Volframs: pielietojums, īpašības un ķīmiskās īpašības

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Māte daba ir bagātinājusi cilvēci ar noderīgiem ķīmiskajiem elementiem. Dažas no tām ir paslēptas tās zarnās un satur salīdzinoši nelielos daudzumos, taču to nozīme ir ļoti nozīmīga. Viens no tiem ir volframs. Tā izmantošana ir saistīta ar tā īpašajām īpašībām.

Izcelsmes stāsts

XVIII gadsimts - periodiskās tabulas atklāšanas gadsimts - kļuva par būtisku šī metāla vēsturē.

Iepriekš tika pieņemta noteiktas vielas, kas ietilpst minerāliežu sastāvā, esamība, kas neļāva no tiem izkausēt nepieciešamos metālus. Piemēram, alvas iegūšana bija sarežģīta, ja rūda saturēja šādu elementu. Kušanas temperatūras starpības un ķīmisko reakciju rezultātā veidojās izdedžu putas, kas samazināja alvas iznākumu.

VIII gadsimtā metālu secīgi atklāja zviedru zinātnieks Šēle un spāņi brāļi Eluardi. Tas notika ķīmisko eksperimentu rezultātā par minerāliežu – šelīta un volframīta – oksidēšanu.

Reģistrēts elementu periodiskajā sistēmā saskaņā ar atomskaitli 74. Rets ugunsizturīgs metāls ar atomuar masu 183,84 ir volframs. Tā izmantošana ir saistīta ar neparastajām īpašībām, kas atklātas jau 20. gadsimtā.

Kur meklēt?

Zemes zarnās esošā skaita ziņā tas ir "mazapdzīvots" un ieņem 28. vietu. Tas ir aptuveni 22 dažādu minerālu sastāvdaļa, taču tikai 4 no tiem ir būtiski tā ieguvei: šeelīts (satur apmēram 80% trioksīda), volframīts, ferberīts un hubnerīts (tie satur 75-77% katrā). Rūdu sastāvs visbiežāk satur piemaisījumus, dažos gadījumos paralēli tiek veikta tādu metālu kā molibdēna, alvas, tantala u.c. "ekstrakcija". Lielākie noguldījumi ir Ķīnā, Kazahstānā, Kanādā, ASV, ir arī Krievijā, Portugālē, Uzbekistānā.

Kā viņi to iegūst?

Īpašo īpašību, kā arī zemā satura dēļ akmeņos, tīra volframa iegūšanas tehnoloģija ir diezgan sarežģīta.

1. Magnētiskā atdalīšana, elektrostatiskā atdalīšana vai flotācija, lai bagātinātu rūdu līdz 50–60% volframa oksīda koncentrācijas.
2. 99% oksīda izolēšana ķīmiskās reakcijās ar sārmainiem vai skābiem reaģentiem un iegūto nogulšņu fāzu attīrīšana.
3. Metāla reducēšana ar oglekli vai ūdeņradi, atbilstošā metāla pulvera izvade.
4. Lietu vai pulvera saķepināšanas brikešu ražošana.

Viens no svarīgiem posmiem metalurģijas izstrādājumu ražošanā ir pulvermetalurģija. Tā pamatā ir pulverveida ugunsizturīgo metālu sajaukšana, to presēšana un sekojoša saķepināšana. Tādā veidā tiek iegūts liels skaits tehnoloģiski nozīmīgu sakausējumu, tostarp volframa karbīds, kura pielietojums galvenokārt sastopams paaugstinātas jaudas un izturības griezējinstrumentu rūpnieciskajā ražošanā.

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Volframs ir ugunsizturīgs un smagais sudraba krāsas metāls ar kristāla režģi, kura centrā ir ķermenis.

• Kušanas temperatūra - 3422 ˚С.
• Vārīšanās temperatūra - 5555 ˚С.
• Blīvums - 19,25 g/cm3.

Tas ir labs elektriskās strāvas vadītājs. Nemagnetizējas. Daži minerāli (piemēram, šeelīts) ir luminiscējoši.

Izturīgs pret skābēm, agresīvām vielām augstā temperatūrā, koroziju un novecošanos. Volframs arī palīdz novērst negatīvo piemaisījumu ietekmi tēraudos, uzlabo tā karstumizturību, izturību pret koroziju un uzticamību. Šādu dzelzs-oglekļa sakausējumu izmantošana ir pamatota ar to izgatavojamību un nodilumizturību.

Mehāniskās un tehnoloģiskās īpašības

Volframs ir ciets, izturīgs metāls. Tās cietība ir 488 HB, stiepes izturība ir 1130-1375 MPa. Kad auksts, tas nav plastmasas. Temperatūrā 1600 ˚С plastiskums palielinās līdz stāvoklim, kurā ir absolūta jutība pret apstrādi ar spiedienu: kalšana, velmēšana, vilkšana. Ir zināms, ka no 1 kg šī metāla ir iespējams izgatavot vītni ar kopējo garumu līdz 3 km.

Apstrāde ir sarežģīta pārmērīgas cietības untrauslums. Urbšanai, virpošanai, frēzēšanai tiek izmantoti karbīda volframa-kob alta materiāli, kas izgatavoti pulvermetalurģijā. Retāk zemā ātrumā un īpašos apstākļos tiek izmantoti instrumenti, kas izgatavoti no ātrgaitas leģēta volframa tērauda. Standarta griešanas principi nav piemērojami, jo iekārta ļoti ātri nolietojas, un apstrādātais volframs plaisā. Tiek izmantotas šādas tehnoloģijas:

1. Virsmas slāņa ķīmiskā apstrāde un impregnēšana, ieskaitot sudraba izmantošanu šim nolūkam.
2. Virsmas sildīšana ar krāsnīm, gāzes liesmu, elektrisko strāvu 0,2 A. Pieļaujamā temperatūra, pie kuras nedaudz palielinās plastiskums un attiecīgi uzlabojas griešana, ir 300-450 ˚С..
3. Volframa griešana ar kausējamiem materiāliem.

Asināšana un slīpēšana jāveic, izmantojot dimanta un elkoņa instrumentus, retāk korundu.

Šī ugunsizturīgā metāla metināšana tiek veikta galvenokārt elektriskā loka, volframa vai oglekļa elektrodu iedarbībā inertās gāzes vai šķidruma ekranējumā. Iespējama arī kontaktmetināšana.

Šim konkrētajam ķīmiskajam elementam ir īpašības, kas to izceļ no citiem. Tā, piemēram, kam raksturīga augsta karstumizturība un nodilumizturība, tas uzlabo leģētu volframu saturošu tēraudu kvalitāti un griešanas īpašības, un tā augstā kušanas temperatūra ļauj ražot kvēldiegus spuldzēm un elektrodus metināšanai.

Pieteikums

Retums, neparastums un nozīme nosaka metāla, ko sauc par volframu - volframu, plašo izmantošanu mūsdienu tehnoloģijās. Īpašības un pielietojums attaisno augstās izmaksas un pieprasījumu. Augsta kušanas temperatūra, cietība, izturība, karstumizturība un izturība pret ķīmisko iedarbību un koroziju, nodilumizturība un griešanas īpašības ir tās galvenie trumpji. Lietošanas gadījumi:

1. Pavedieni.
2. Tēraudu leģēšana, lai iegūtu ātrdarbīgus, nodilumizturīgus, karstumizturīgus un karstumizturīgus dzelzs-oglekļa sakausējumus, kurus izmanto urbju un citu instrumentu, perforatoru, atsperu un atsperu ražošanai, sliedes.
3. Pulverveida cieto sakausējumu ražošana, ko galvenokārt izmanto kā ļoti nodilumizturīgus griešanas, urbšanas vai presēšanas instrumentus.
4. Elektrodi TIG un pretestības metināšanai.
5. Detaļu ražošana rentgena un radiotehnikai, dažādas tehniskās lampas.
6. Īpašas gaismas krāsas.
7. Vadi un detaļas ķīmiskajai rūpniecībai.
8. Dažādas praktiskas mazas lietas, piemēram, džigi makšķerēšanai.

Popularitāti iegūst dažādi sakausējumi, kas satur volframu. Šādu materiālu apjoms dažkārt pārsteidz - no smagās mašīnbūves līdz vieglajai rūpniecībai, kur tiek izgatavoti audumi ar īpašām īpašībām (piemēram, ugunsizturīgi).

Nav universālu materiālu. Katrs zināmais elements un radītie sakausējumi izceļas ar savu unikalitāti un nepieciešamību noteiktām dzīves un rūpniecības jomām. Tomēr dažiem no tiem ir īpašas īpašības, kas padara iespējamus iepriekš neizpildāmus procesus. Viens no šādiem metāliem ir volframs. Tā pielietojums nav pietiekami plašs, piemēram, tērauds, taču katra no iespējām ir ārkārtīgi noderīga un nepieciešama cilvēcei.