Kemijski je otporan na većinu kiselina i vodenih regija, topiv u vodikovom peroksidu i mješavini fluorovodične i dušične kiseline. Praktički je neuništiv i koristi se gdje god je potrebno za rad s visokim temperaturama, izvođenje zavarivanja i izvlačenje metalnih niti.
Podrijetlo imena
Ime Wolframium potječe od minerala poznatog iz 16. stoljeća, wolframa, što je u prijevodu s njemačkog zvučalo kao "vučja krema". Tijekom taljenja kositra iz ruda koje su sadržavale volfram, došlo je do reakcije s pojačanim pjenjenjem između njih, poetski opisano kao: "Tin proždire poput vuka koji proždire ovcu". U 18. stoljeću švedski kemičar Scheeler, tijekom obrade tungsthene minerala dušičnom kiselinom, otkrio je nepoznatu sivu tvar s srebrnim nijansama u proizvodima reakcije. Izvorni mineral je kasnije preimenovan u Scheelite, a novi element postao je poznat kao volfram. Do sada su Amerikanci, Britanci i Francuzi imali svoje staro švedsko ime "teški kamen".
Depoziti i metode dobivanja
Ovaj element spada u skupinu vrlo rijetkih metala i nalazi se u prirodi u obliku složenih kisikovih spojeva s željeznim, manganskim, kalcijevim, olovnim, bakrenim i rijetko zemljanim elementima. Ti minerali su dio granitnih stijena, a koncentracija čistih tvari ne prelazi 2%. Najveći nalazi se nalaze u Kazahstanu, Kini, Kanadi i SAD-u. Bolivija, Portugal, Rusija, Uzbekistan i Južna Koreja također se bave rudarstvom.
Kada se proizvodi volfram, prvo se obogaćuje rudom, a vrijedne komponente se odvajaju od otpadne stijene. Metoda obogaćivanja je brušenje i flotacija s naknadnim magnetskim odvajanjem i oksidacijskim prženjem. Gotovi koncentrat se sinterira s sodom, čime se dobiva topljivi natrijev volframit ili se ispere otopinom sode u autoklavima na visokim temperaturama pod tlakom, neutralizira i precipitira kao kalcijev volframat.
Od toga je volframov oksid, pročišćen iz većine nečistoća, već izoliran, koji se zatim reducira na oko 700 ° C s vodikom. Tako ispada najčišći volfram u prahu. Da bi se prahu dobila kontinuirana vlaknasta struktura, ona se stisne u struji vodika, postupno povećavajući temperaturu gotovo do granice taljenja, tako da metal postaje duktilan i duktilan.
Fizikalna i kemijska svojstva
Metal ima kubičnu kristalnu rešetku usmjerenu na tijelo, ima paramagnetska svojstva i otpornost na vakuum. Točka taljenja volframa je 3422 ° C, vrelište 5555 ° C, gustoća 19, 25 g / cm3, tvrdoća 488 kg / mm² prema Brinellu. U svom čistom obliku podsjeća na platinu, a na temperaturama od oko 1600 ° C uvlači se u tanku nit. Ona pokazuje visoku otpornost na koroziju, u normalnim uvjetima ne mijenja se u vodi i zraku, a kada se zagrije na crvene vruće temperature (oko 500 ° C) tvori šestvalentni oksid.
Volfram ne utječe na koncentriranu klorovodičnu kiselinu i razrijeđenu sumpornu kiselinu. Njegova površina je blago oksidirana vodenom regijom i dušičnom kiselinom.
Otapa se u vodikovom peroksidu, u mješavini fluorovodične i dušične kiseline, u prisutnosti oksidirajućih sredstava reagira s alkalijama, stvarajući veliku količinu topline. Jednostavno se kombinira s ugljikom, stvarajući karbid visoke čvrstoće, međutim, na niskim temperaturama metal brzo oksidira i postaje krhak. Najčešće se koristi:
- trioksidi, zvani anhidridi volframa;
- soli koje formiraju polimerne anione;
- spojevi peroksida;
- spojevi sa sumporom, halogenom i ugljikom.
Područja primjene
Za metalurgiju je volfram osnova vatrostalnih materijala. Na svjetskoj izložbi u Parizu 1900. godine javnosti je prvi put prikazan čelik sa svojim aditivima. Visoka točka taljenja i duktilnost učinile su metal nezamjenjivim u proizvodnji vlakana za žarulje sa žarnom niti i druge vakuumske cijevi, prekrivače koji se koriste u zaslonima s tekućim kristalima, kao i elektrode za argonsko zavarivanje. Visoka gustoća volframa omogućila je da postane temelj za detalje balističkih raketa, oklopnih metaka i projektila u artiljeriji.
Volframove legure proizvedene metalurgijom praha tvrde su i otporne na toplinu, otporne su na kiseline i otporne su na abraziju. Oni su obvezni sastojci najboljih razreda visokolegiranih čelika, gdje slova u nazivu označavaju sastav:
- WA - spoj volframa s aluminijem i silicijom. Karakterizira ga visoka početna temperatura rekristalizacije, čvrstoća nakon žarenja.
- WCu - sastav s bakrom koristi se za izradu visokonaponskih prekidača i tranzistora, u radarskim instalacijama i bipolarnoj elektronici.
WL - aditiv lantan oksida povećava emisijska svojstva.- WLZ - volfram s lantan oksidom i cirkonijevim oksidom je idealan materijal za elektrode koje rade pod visokim naponom.
- WZ - volfram s cerijevim oksidom koristi se kao materijal za elektrode za zavarivanje. Učinak paljenja i vijek trajanja.
- WM - legura volframa i molibdena. Ima visoku čvrstoću i pomaže u očuvanju duktilnosti nakon žarenja.
- WK - volfram s dodatkom kalija dobiva dobru dimenzijsku stabilnost i otpornost na puzanje.
- RE - dopiranje renijem omogućuje termoelementima od takvog čelika da rade na temperaturama iznad 2000 ° C.
Jedinstvena svojstva omogućuju proizvodnju najboljih instrumenata za kirurgiju, oklop tenkova i školjki, ploče za oklop, odgovorne dijelove zrakoplovne i zrakoplovne industrije, kontejnere za radioaktivni otpad, posude za uzgoj kristala safira. Volfram karbid je osnova kompozitnih materijala s ponosnim imenom "pobijedi", koristi se za obradu metala u strojarstvu, rudarstvu i bušenju bušotina. U vakuumskim pećima grijaći elementi termoelementa su izrađeni od legura volframa.
Njegovi spojevi široko se koriste kao katalizatori i pigmenti u raznim industrijama kemijske industrije i industrije boja i lakova. Korištenje disulfidnih soli volframa kao visokotemperaturnog maziva povezano je s formiranjem amorfnog filma sumpora, koji obuhvaća metalne površine trenja. Za potrebe nuklearne fizike koriste se pojedinačni kristali drugih volframata, oni su detektori radioaktivnog zračenja. Među tradicionalnim nakitom pouzdano proširuju svoje proizvode s volfram karbidom. Njihova polirana površina savršeno odražava svjetlost i naziva se "sivo ogledalo", koje je nemoguće ogrepsti, saviti ili slomiti.
Biološka uloga
Volfram nema mnogo biološkog značaja. Neke bakterije nalaze enzime koji ga sadrže. Stoga su postojale hipoteze da je volfram bio uključen u nastanak života u ranim fazama. Nakit iz njega ne uzrokuje alergijske reakcije, a metalna prašina volframove inhalacije iritira sluznice nazofarinksa i grkljana osobe.