Wolfram: vlastnosti a aplikace

Původ názvu

Jméno Wolframium pocházelo z minerálního wolframu, který byl znám ze 16. století, což v němčině zní jako "vlčí krém". Při roztavení cínu ze svých rud obsahujících wolfram se mezi nimi objevila reakce s vylepšeným pěněním, který byl poeticky popsán následovně: "Cín pohltil, jako vlk požívá ovce." V 18. století švédský chemik Scheler při ošetřování wolframu kyselinou dusičnou objevil v reakčních produktech neznámou šedou látku se stříbřitým odstínem. Původní minerál byl později přejmenován na scheelit a nový prvek se nazýval wolfram. Až doteď Američané, Angličané a Francouzi mají své staré švédské označení "těžký kámen".

Vklady a metody získání

Tento prvek patří do skupiny velmi vzácných kovů a příroda se vyskytuje ve formě komplexních sloučenin kyslíku s prvky železa, manganu, vápníku, olova, mědi a vzácných zemin. Tyto minerály jsou součástí žulových hornin a koncentrace čisté látky nepřesahuje 2%. Největší ložiska byly nalezeny v Kazachstánu, Číně, Kanadě a USA. Na těžbě se také podílejí Bolívie, Portugalsko, Rusko, Uzbekistán a Jižní Korea.

Při získávání wolframu nejprve obohacujte rudu a oddělujte cenné složky od odpadní horniny. Způsob obohacování - broušení a flotace, následované magnetickou separací a oxidačním odpalováním. Hotový koncentrát je slinutý sodou, získává se rozpustný natrium-wolframit, nebo je vyloučen roztokem sodíku v autoklávi při vysokých teplotách pod tlakem, neutralizován a vysrážen jako wolfram vápenatý.

Z nich byl již odstraněn oxid wolframu, který byl vyčištěn z většiny nečistot, který je potom snížen vodíkem při teplotách okolo 700 ° C. Výsledkem je nejvíce čistý práškový wolfram. Aby byl prášek vytvořen pevnou vláknitou strukturou, je lisován v proudu vodíku a postupně se zvyšuje teplota téměř na teplotu tání, takže se kov stává tvárným a tvárným.

Fyzikální a chemické vlastnosti

Kov má kubickou křišťálovou mřížku se středovým objemem, má paramagnetické vlastnosti a odolnost proti podtlaku. Bod tání wolframu je 3422 ° C, teplota varu 5555 ° C, jeho hustota je 19,25 g / cm3, tvrdost 488 kg / mm² podle Brinella. Ve své nejčistší podobě připomíná platinu a při teplotách okolo 1600 ° C se protáhne do tenké nitě. Ukazuje vysokou odolnost proti korozi, za normálních podmínek se nemění ve vodě a vzduchu a při zahřátí na červené teplo (asi 500 ° C) vytváří šestimocný oxid.

Volfrám nereaguje s koncentrovanou kyselinou chlorovodíkovou a zředěnou kyselinou sírovou. Jeho povrch je mírně oxidován s aqua regia a kyselinou dusičnou.

Rozpustí se v peroxidu vodíku, ve směsi kyseliny fluorovodíkové a kyseliny dusičné, v přítomnosti oxidačních činidel reaguje s alkalickými látkami a uvolňuje velké množství tepla. Snadno se spojuje s uhlíkem, vytváří vysokopevnostní karbid, nicméně při nízkých teplotách kov rychle zoxiduje a stává se křehkým. Nejčastěji používané jsou:

• trioxidy, nazvané anhydridy wolframu;
• soli vytvářející polymerní anionty;
• peroxidové sloučeniny;
• sloučeniny se sírou, halogeny a uhlíkem.

Aplikace

Pro hutnictví je wolfram základem žáruvzdorných materiálů. Na světové výstavě v Paříži v roce 1900 byla veřejnost poprvé vystavena oceli s jejími přísadami. Vysoký bod tání a plasticita činí z kovu nenahraditelný ve výrobě vláken pro žárovky a jiné vakuové trubky, potahování tranzistorů používaných v displejích z tekutých krystalů a také elektrody pro argonové svařování. Vysoká hustota wolframu jí umožnila stát se základem detailů balistických střel, střelných zbraní a skořápek v dělostřelectvu.

Volfrámové slitiny vyráběné práškovou metalurgií se vyznačují tvrdostí a tepelnou odolností, odolností proti kyselinám a odolností proti oděru. Jsou to povinné součásti nejlepších druhů vysoce legovaných ocelí, kde písmena v názvu označují složení:

• WA - spojení wolframu s hliníkem a křemíkem. Charakterizováno vysokou počáteční rekrystalizační teplotou, pevností po žíhání.
• WCu - Kompozice s mědí se používá pro výrobu vysokonapěťových spínačů a tranzistorů, v radarových zařízeních a bipolární elektronice.
• WL - přidání oxidu lanthanu zvyšuje emisní vlastnosti.
• WLZ - wolfram s oxidem lanthanu a oxidem zirkoničitým je ideálním materiálem pro elektrody pracující pod vysokým napětím.
• WZ - wolfram s oxidem ceru se používá jako materiál pro svařovací elektrody. Zvýší se charakteristiky zapalování a životnost.
• WM - slitina wolframu a molybdenu. Má vysokou pevnost a pomáhá udržovat plastičnost po žíhání.
• WK - wolfram s přídavkem draslíku má dobrou rozměrovou stabilitu a odolnost proti tečení.
• WRe - legování s rheniem umožňuje, aby termočlánky vyrobené z takové oceli pracovaly při teplotách nad 2000 ° C.

Jedinečné vlastnosti umožňují vyrábět ty nejlepší nástroje pro chirurgii, pancéřové zbraně a kryty, desky pro neprůstřelné vesty, zodpovědné části leteckého a leteckého průmyslu, kontejnery pro radioaktivní odpady, kontejnery pro růst krystalů safírů. Karbid wolframu je základem kompozitních materiálů s hrdým názvem "win", je používán pro zpracování kovů ve strojírenství, těžbě, vrtání vrtů. Ve vakuových pecích jsou termočlánkové topné články vyrobeny z wolframových slitin.

Její sloučeniny jsou rozšířeny jako katalyzátory a pigmenty v různých chemickém a lakovacím průmyslu. Použití wolframových solí disulfidů jako vysokoteplotního maziva je spojeno s tvorbou amorfní vrstvy síry, která pokrývá kovové povrchy bez tření. Jednotlivé krystaly ostatních wolframů se používají pro potřeby jaderné fyziky, jsou detektory radioaktivních emisí. Mezi tradičními šperky zdobí své výrobky z karbidu wolframu. Jejich lesklý povrch dokonale odráží světlo a nazývá se "šedým zrcátkem", který nemůže být poškrábaný, ohnutý a zlomený.

Biologická role

Wolfram nemá velký biologický význam. Některé bakterie obsahují enzymy, které ji obsahují. Proto se vyskytly hypotézy, že wolfram se na počátku života podílel na vzniku života. Šperky z něj nevyvolávají alergické reakce a kovový prach wolframu při vdechování dráždí slizniční orgány nosohltanu a lidský hrtan.