Volfram: kasutusala, omadused ja keemilised omadused

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Emake loodus on rikastanud inimkonda kasulike keemiliste elementidega. Mõned neist on peidus selle soolestikus ja sisalduvad suhteliselt väikestes kogustes, kuid nende tähtsus on väga oluline. Üks neist on volfram. Selle kasutamine on tingitud selle erilistest omadustest.

Alguslugu

XVIII sajand – perioodilisuse tabeli avastamise sajand – sai selle metalli ajaloos oluliseks.

Varem aktsepteeriti teatud mineraalsete kivimite hulka kuuluva aine olemasolu, mis takistas nendest vajalike metallide sulamist. Näiteks tina saamine oli raske, kui maak sisaldas sellist elementi. Sulamistemperatuuri erinevuse ja keemiliste reaktsioonide tulemusena tekkis räbu vaht, mis vähendas tina saagist.

VIII sajandil avastasid metalli järjestikku Rootsi teadlane Scheele ja hispaanlased vennad Eluard. See juhtus mineraalsete kivimite – šeeliidi ja volframiidi – oksüdatsiooni keemiliste katsete tulemusena.

Registreeritud elementide perioodilises süsteemis vastav alt aatomnumbrile 74. Haruldane tulekindel metall, millel on aatom.massiga 183,84 on volfram. Selle kasutamine on tingitud juba 20. sajandil avastatud ebatavalistest omadustest.

Kust otsida?

Maa soolestikus sisalduva arvu poolest on see "hõred alt asustatud" ja hõivab 28. koha. See on umbes 22 erineva mineraali komponent, kuid ainult 4 neist on selle kaevandamiseks hädavajalikud: šeeliit (sisaldab umbes 80% trioksiidi), volframiit, ferberiit ja hubneriit (need sisaldavad kumbki 75-77%). Maakide koostis sisaldab kõige sagedamini lisandeid, mõnel juhul viiakse läbi selliste metallide nagu molübdeen, tina, tantaal jne paralleelne "ekstraheerimine". Suurimad maardlad on Hiinas, Kasahstanis, Kanadas, USA-s, on ka Venemaal, Portugalis, Usbekistanis.

Kuidas nad seda saavad?

Eriliste omaduste ja kivimite vähese sisalduse tõttu on puhta volframi saamise tehnoloogia üsna keeruline.

1. Magnetiline eraldamine, elektrostaatiline eraldamine või flotatsioon maagi rikastamiseks volframoksiidi kontsentratsioonini 50–60%.
2. 99% oksiidi eraldamine keemiliste reaktsioonide abil leeliseliste või happeliste reagentidega ja tekkiva sademe faasiline puhastamine.
3. Metalli redutseerimine süsiniku või vesinikuga, vastava metallipulbri väljund.
4. Kangide või pulberpaagutatud brikettide tootmine.

Metallurgiatoodete tootmise üks olulisi etappe on pulbermetallurgia. See põhineb pulbriliste tulekindlate metallide segamisel, nende pressimisel ja sellele järgneval paagutamisel. Sel viisil saadakse suur hulk tehnoloogiliselt olulisi sulameid, sealhulgas volframkarbiidi, mida kasutatakse peamiselt suurenenud võimsuse ja vastupidavusega lõikeriistade tööstuslikus tootmises.

Füüsikalised ja keemilised omadused

Volfram on hõbedase värvi tulekindel ja raskemetall, millel on kehakeskne kristallvõre.

• Sulamistemperatuur – 3422 ˚С.
• Keemistemperatuur – 5555 ˚С.
• Tihedus – 19,25 g/cm3.

See on hea elektrivoolu juht. Ei magnetiseeru. Mõned mineraalid (nt scheeliit) on luminestseeruvad.

Vastupidav hapetele, kõrgel temperatuuril agressiivsetele ainetele, korrosioonile ja vananemisele. Volfram aitab kaasa ka terase negatiivsete lisandite mõju deaktiveerimisele, selle kuumakindluse, korrosioonikindluse ja töökindluse parandamisele. Selliste raud-süsiniksulamite kasutamine on põhjendatud nende valmistatavuse ja kulumiskindlusega.

Mehaanilised ja tehnoloogilised omadused

Volfram on kõva ja vastupidav metall. Selle kõvadus on 488 HB, tõmbetugevus on 1130-1375 MPa. Külm alt pole see plastik. Temperatuuril 1600 ˚С suureneb plastilisus survetöötlusele absoluutse vastuvõtlikkuse olekusse: sepistamine, v altsimine, tõmbamine. On teada, et 1 kg seda metalli võimaldab toota niidi kogupikkusega kuni 3 km.

Masintöötlemine on raske liigse kõvaduse jahaprus. Puurimiseks, treimiseks, freesimiseks kasutatakse pulbermetallurgiaga valmistatud kõvasulamist volfram-koob altmaterjale. Harvemini kasutatakse madalatel pööretel ja eritingimustel kiirelt legeeritud volframterasest valmistatud tööriistu. Standardsed lõikepõhimõtted ei kehti, kuna seadmed kuluvad ülikiiresti ja töödeldud volfram praguneb. Kasutatakse järgmisi tehnoloogiaid:

1. Pinnakihi keemiline töötlemine ja immutamine, sh hõbeda kasutamine sel eesmärgil.
2. Pinna kuumutamine ahjude, gaasileegi, elektrivooluga 0,2 A. Lubatud temperatuur, mille juures plastilisus veidi suureneb ja sellest tulenev alt paraneb lõikamine, on 300–450 ˚С.
3. Volframi lõikamine sulavate materjalidega.

Teritamine ja lihvimine tuleks läbi viia teemant- ja põlvetööriistadega, harvem korundiga.

Selle tulekindla metalli keevitamine toimub peamiselt elektrikaare, volfram- või süsinikelektroodide toimel inertgaasi või vedeliku varjestuses. Võimalik on ka kontaktkeevitus.

Sellel konkreetsel keemilisel elemendil on omadused, mis eristavad selle massist. Näiteks, mida iseloomustab kõrge kuumus- ja kulumiskindlus, parandab see legeeritud volframi sisaldavate teraste kvaliteeti ja lõikeomadusi ning selle kõrge sulamistemperatuur võimaldab toota hõõgniite hõõglampide jaoks ja elektroodide keevitamiseks.

Rakendus

Haruldus, ebatavalisus ja tähtsus määravad metalli nimega volfram – volfram laialdase kasutuse kaasaegses tehnoloogias. Omadused ja rakendus õigustavad kõrget hinda ja nõudlust. Kõrge sulamistemperatuur, kõvadus, tugevus, kuumakindlus ja vastupidavus keemilisele rünnakule ja korrosioonile, kulumiskindlus ja lõikeomadused on selle peamised trumbid. Kasutusjuhtumid:

1. Filaments.
2. Teraste legeerimine kiirete, kulumiskindlate, kuumakindlate ja kuumakindlate raud-süsiniksulamite saamiseks, mida kasutatakse puuride ja muude tööriistade, stantside, vedrude ja vedrude tootmiseks, rööpad.
3. Puberdatud kõvasulamite tootmine, mida kasutatakse peamiselt väga kulumiskindlate lõike-, puurimis- või pressimistööriistadena.
4. Elektroodid TIG- ja takistuskeevitamiseks.
5. Röntgeni- ja raadiotehnika osade, erinevate tehniliste lampide tootmine.
6. Erilised helendavad värvid.
7. Traadid ja osad keemiatööstusele.
8. Erinevad praktilised pisiasjad, näiteks rakised kalapüügiks.

Populaarset koguvad mitmesugused volframit sisaldavad sulamid. Selliste materjalide ulatus on kohati üllatav – rasketehnikast kergetööstuseni, kus valmistatakse eriomadustega (näiteks tulekindlaid) kangaid.

Universaalseid materjale pole olemas. Iga tuntud element ja loodud sulamid eristuvad nende unikaalsuse ja vajalikkuse poolest teatud elu- ja tööstuse valdkondades. Mõnel neist on aga erilised omadused, mis muudavad võimalikuks varem teostamatud protsessid. Üks selline metall on volfram. Selle rakendusala ei ole piisav alt lai, nagu teras, kuid kõik võimalused on inimkonna jaoks äärmiselt kasulikud ja vajalikud.