Die Geschichte der Entdeckung von Wolfram. Chemische Eigenschaften von Wolfram

24.11.202227.05.2017

Bei Raumtemperatur ist Wolfram gegen atmosphärische Korrosion beständig, aber beim Erhitzen auf 750 K oxidiert es zu WO 3 und reagiert mit Halogenen: bei Raumtemperatur mit Fluor und bei einer Temperatur von etwa 900 K mit Jod.

Beim Erhitzen auf hohe Temperaturen reagiert es mit Kohlenstoff, Silizium und Bor und bildet Carbide, Silizide bzw. Boride. Unter normalen Bedingungen haben Schwefel und Phosphor keinen Einfluss auf Wolfram. An der Luft löst es sich in heißen wässrigen Alkalilösungen, ist jedoch beim Erhitzen schwach anfällig für die Einwirkung von Säuren, mit Ausnahme von Flusssäure und Salpetersäure.

Wasserstoff und Stickstoff gehen bis zu keine chemischen Verbindungen mit Wolfram ein

3000 0 C, obwohl einige Quellen auf die Möglichkeit der Bildung von WH 2 Hydrid hinweisen.

Wolfram bildet mit Sauerstoff drei stabile Oxide:

WO 2 – braune Farbe;

WO 3 – gelb;

W 2 O 5 – bläuliche Farbe.

Alle diese Oxide entstehen bei einer Temperatur von etwa 800 K in Luft oder Sauerstoff, sind alle sehr flüchtig und haben einen niedrigen Schmelzpunkt. Beispielsweise schmilzt WO 3 bei einer Temperatur von 1645 K.

Um Wolframdraht von Molybdändraht zu unterscheiden, wird in der Praxis eine einfache Technik verwendet: Die Spitze des Drahtes wird mit einem Streichholz angezündet. Wenn gelber oder brauner Rauch zu sehen ist, handelt es sich um Wolframdraht, ist er weiß, handelt es sich um Molybdän.

Kohlenstoff reduziert Oxide W:

Bei einer Temperatur von 825 K;

Bei einer Temperatur von 1325 K;

Bei einer Temperatur von 1425 K.

Mit Stickstoff bildet Wolfram bei Temperaturen über 1600 K Nitride, oberhalb von 2275 K zersetzen sie sich jedoch.

Bei Wechselwirkung mit Kohlenstoff und Temperaturen über 1800 K bildet Wolfram die Karbide W 2 Cu und WC. Dichte W 2 C – 16000 kg/m 3, WC – 9000 kg/m 3, Härte etwa 9 Mohs-Einheiten. Bei einer Temperatur von 2875 K zersetzt sich das WC-Kabrid reaktionsgemäß

Abbildung 73 zeigt das W-C-Phasendiagramm.

Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, haben Wolframkarbide einen deutlich niedrigeren Schmelzpunkt als das Metall selbst. So schmilzt WC bei einer Temperatur von etwa 2875 K, W 2 C - 3065 K. Darüber hinaus können Karbide mit Wolfram eutektische Legierungen bilden, deren Schmelzpunkt deutlich unter dem des Metalls liegt, das bei 3683 K schmilzt. Daher ist es Es ist notwendig, Raketenwissenschaftler auf die Gefahr der Karbidbildung an der Graphit-Wolfram-Grenzfläche aufmerksam zu machen, die bei Erwärmung über 2675 K auftritt. Die Warnung ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass das Design der Düse einen kritischen Abschnitt der Auskleidung darstellt eines Festbrennstoffmotors kombiniert eine Wolfram-Innenauskleidung mit einem Graphithalter.

Um diese Reaktion zu vermeiden, wird zwischen der Wolframauskleidung und dem Graphit des Halters eine sogenannte „Barriereschicht“ aus Tantal- oder Titankarbid (TaC, TiC) aufgebracht.

Aufgrund der hohen Dichte von Wolfram und seiner Knappheit streben Designer und Technologen danach, es durch leichtere und weniger seltene Materialien zu ersetzen, worauf weiter unten eingegangen wird.

Reis. 73. W-C-Zustandsdiagramm

Reis. 74. Schema des Stoffübergangs in einer Lampe

Glühlampen: 1 – Wand des Kolbens, wo WJ 2 gebildet wird; 2 – Helix, wobei WJ 2 in W und J zerfällt

Obwohl die Reaktion von Wolfram mit Jod nichts mit Raketentechnologie zu tun hat, möchte ich dennoch kurz darauf eingehen.

Bei Temperaturen über 850 K bildet Wolfram mit Joddampf Jodid, ein leicht sublimierendes Salz der Jodsäure:

Bei einer Temperatur von 2475 K zersetzt sich Jodid:

Diese beiden Reaktionen werden beispielsweise zur Übertragung von Wolfram in Glühlampen genutzt: Trotz des geringen Dampfdrucks in ihnen verdampft Wolfram im Vakuum. Seine Dämpfe setzen sich an den Wänden des Glaskolbens der Lampe ab und seine Transparenz nimmt ab. Wird der Kolben mit Joddampf gefüllt, reagiert dieser mit Wolfram an der heißen Lampenwand und bildet WJ 2, das durch Diffusion in die erhitzte Wolframspirale gelangt und sich zersetzt. Freies Jod wandert wieder zur Wand, Wolfram bleibt auf der Spirale und so weiter. Das Endergebnis ist eine erhöhte Leuchtkraft und Haltbarkeit jodgefüllter Lampen.

Die gleiche Reaktion wird in der Technologie zur Herstellung reiner Refraktärmetalle verwendet: Wolfram, Tantal, Molybdän, Hafnium usw.

Mit dieser Reaktion lassen sich auch dünne Wolframschalen herstellen. Zusätzlich zur Jodidmethode können Sie zu diesem Zweck auch die Carbonylmethode verwenden, d. h. Zersetzung von WCO 2 . In Strahltriebwerken wird Wolfram aufgrund seiner geringen thermischen Stabilität in der Regel nicht in reiner Form, sondern in Form sogenannter Pseudolegierungen mit Kupfer eingesetzt. Dies wird weiter unten besprochen.

Bereits im 16. Jahrhundert war das Mineral Wolframit bekannt, das aus dem Deutschen übersetzt ( Wolf Rahm) bedeutet „Wolfscreme“. Diesen Namen erhielt das Mineral aufgrund seiner Eigenschaften. Tatsache ist, dass Wolfram, das Zinnerze begleitete, es beim Schmelzen von Zinn einfach in Schlackenschaum verwandelte, weshalb man sagte: „Verschlingt Zinn wie ein Wolf ein Schaf.“ Im Laufe der Zeit wurde von Wolframit der Name Wolfram für das 74. chemische Element des Periodensystems übernommen.

Eigenschaften von Wolfram

Wolfram ist ein hellgraues Übergangsmetall. Äußerlich ähnelt es Stahl. Aufgrund seiner eher einzigartigen Eigenschaften ist dieses Element ein sehr wertvolles und seltenes Material, dessen reine Form in der Natur nicht vorkommt. Wolfram hat:

eine ziemlich hohe Dichte, die 19,3 g/cm 3 entspricht;
hoher Schmelzpunkt von 3422 0 C;
ausreichender elektrischer Widerstand - 5,5 μOhm*cm;
normaler Indikator des linearen Expansionsparameterkoeffizienten gleich 4,32;
der höchste Siedepunkt aller Metalle, gleich 5555 0 C;
geringe Verdunstungsrate, auch trotz Temperaturen über 200 0 C;
relativ geringe elektrische Leitfähigkeit. Dies hindert Wolfram jedoch nicht daran, ein guter Leiter zu bleiben.

Tabelle 1. Eigenschaften von Wolfram

Charakteristisch	Bedeutung
Eigenschaften des Atoms
Name, Symbol, Nummer	Wolfram / Wolframium (W), 74
Atommasse (Molmasse)	183,84(1) a. e.m. (g/mol)
Elektronische Konfiguration	4f14 5d4 6s2
Atomradius	141 Uhr
Chemische Eigenschaften
Kovalenter Radius	170 Uhr
Ionenradius	(+6e) 62 (+4e) 19:00 Uhr
Elektronegativität	2,3 (Pauling-Skala)
Elektrodenpotential	W ← W3+ 0,11 VW ← W6+ 0,68 V
Oxidationsstufen	6, 5, 4, 3, 2, 0
Ionisierungsenergie (erstes Elektron)	769,7 (7,98) kJ/mol (eV)
Thermodynamische Eigenschaften einer einfachen Substanz
Dichte (bei normalen Bedingungen)	19,25 g/cm³
Schmelztemperatur	3695 K (3422 °C, 6192 °F)
Siedetemperatur	5828 K (5555 °C, 10031 °F)
Ud. Schmelzwärme	285,3 kJ/kg 52,31 kJ/mol
Ud. Verdampfungswärme	4482 kJ/kg 824 kJ/mol
Molare Wärmekapazität	24,27 J/(K mol)
Molares Volumen	9,53 cm³/mol
Kristallgitter einer einfachen Substanz
Gitterstruktur	kubisch raumzentriert
Gitterparameter	3.160 Å
Debye-Temperatur	310K
Andere Eigenschaften
Wärmeleitfähigkeit	(300 K) 162,8 W/(mK)
CAS-Nummer	7440-33-7

All dies macht Wolfram zu einem sehr haltbaren Metall, das nicht anfällig für mechanische Beschädigungen ist. Das Vorhandensein solch einzigartiger Eigenschaften schließt jedoch nicht aus, dass Wolfram auch Nachteile hat. Diese beinhalten:

hohe Zerbrechlichkeit bei sehr niedrigen Temperaturen;
hohe Dichte, was die Verarbeitung erschwert;
geringe Säurebeständigkeit bei niedrigen Temperaturen.

Herstellung von Wolfram

Wolfram gehört neben Molybdän, Rubidium und einer Reihe anderer Stoffe zu einer Gruppe seltener Metalle, die sich durch eine sehr geringe Verbreitung in der Natur auszeichnen. Aus diesem Grund kann es, wie viele Mineralien auch, nicht auf herkömmliche Weise gewonnen werden. Somit besteht die industrielle Produktion von Wolfram aus folgenden Schritten:

Gewinnung von Erz, das einen bestimmten Anteil an Wolfram enthält;
Organisation geeigneter Bedingungen, unter denen Metall von der verarbeiteten Masse getrennt werden kann;
Konzentration eines Stoffes in Form einer Lösung oder eines Niederschlags;
Reinigen der resultierenden chemischen Verbindung aus dem vorherigen Schritt;
Isolierung von reinem Wolfram.

So kann die Reinsubstanz aus dem geförderten wolframhaltigen Erz auf verschiedene Weise isoliert werden.

Als Ergebnis der Aufbereitung von Wolframerz durch Schwerkraft, Flotation, magnetische oder elektrische Trennung. Bei diesem Prozess entsteht ein Wolframkonzentrat, bestehend aus 55-65 % Wolframanhydrid (Trioxid) WO 3. In Konzentraten dieses Metalls wird der Gehalt an Verunreinigungen überwacht, zu denen Phosphor, Schwefel, Arsen, Zinn, Kupfer, Antimon und Wismut gehören können.
Bekanntermaßen ist Wolframtrioxid WO 3 das Hauptmaterial zur Abtrennung von metallischem Wolfram bzw. Wolframcarbid. Die Produktion von WO 3- erfolgt durch Zersetzung von Konzentraten, Auslaugen einer Legierung oder eines Sinters usw. In diesem Fall ist das Ergebnis ein Material, das zu 99,9 % aus WO 3 besteht.
Aus Wolframanhydrid WO 3. Durch die Reduktion dieser Substanz mit Wasserstoff oder Kohlenstoff wird Wolframpulver gewonnen. Der Einsatz der zweiten Komponente für die Reduktionsreaktion wird seltener eingesetzt. Dies ist auf die Sättigung von WO 3 mit Karbiden während der Reaktion zurückzuführen, wodurch das Metall an Festigkeit verliert und schwieriger zu verarbeiten wird. Wolframpulver wird durch spezielle Verfahren hergestellt, dank derer es möglich wird, seine chemische Zusammensetzung, Korngröße und -form sowie die Partikelgrößenverteilung zu kontrollieren. So kann der Anteil an Pulverpartikeln durch eine schnelle Temperaturerhöhung oder eine geringe Wasserstoffzufuhrrate erhöht werden.
Herstellung von kompaktem Wolfram, das die Form von Stäben oder Barren hat und ein Rohling für die weitere Herstellung von Halbzeugen – Drähten, Stäben, Bändern usw. – ist.

Letztere Methode wiederum beinhaltet zwei mögliche Optionen. Eine davon bezieht sich auf pulvermetallurgische Methoden, die andere auf das Schmelzen in Elektrolichtbogenöfen mit einer abschmelzenden Elektrode.

Pulvermetallurgische Methode

Aufgrund der Tatsache, dass es dank dieser Methode möglich ist, die Zusatzstoffe, die Wolfram seine besonderen Eigenschaften verleihen, gleichmäßiger zu verteilen, erfreut es sich größerer Beliebtheit.

Es umfasst mehrere Phasen:

Metallpulver wird zu Riegeln gepresst;
Die Werkstücke werden bei niedrigen Temperaturen gesintert (sog. Vorsintern);
Schweißen von Werkstücken;
Gewinnung von Halbzeugen durch Bearbeitung von Rohlingen. Die Umsetzung dieser Stufe erfolgt durch Schmieden oder mechanische Bearbeitung (Schleifen, Polieren). Es ist zu beachten, dass die mechanische Bearbeitung von Wolfram nur unter dem Einfluss hoher Temperaturen möglich ist, andernfalls ist eine Bearbeitung nicht möglich.

Gleichzeitig muss das Pulver gut gereinigt sein und einen maximal zulässigen Anteil an Verunreinigungen von bis zu 0,05 % aufweisen.

Mit dieser Methode ist es möglich, Wolframstäbe mit einem quadratischen Querschnitt von 8x8 bis 40x40 mm und einer Länge von 280-650 mm zu erhalten. Es ist erwähnenswert, dass sie bei Raumtemperatur recht stark sind, aber eine erhöhte Zerbrechlichkeit aufweisen.

Sicherung

Diese Methode wird verwendet, wenn Wolframrohlinge mit relativ großen Abmessungen benötigt werden – von 200 kg bis 3000 kg. Solche Rohlinge werden üblicherweise zum Walzen, Ziehen von Rohren und zur Herstellung von Produkten durch Gießen benötigt. Zum Schmelzen müssen besondere Bedingungen geschaffen werden – ein Vakuum oder eine verdünnte Wasserstoffatmosphäre. Das Ergebnis sind Wolframbarren, die eine grobkristalline Struktur aufweisen und aufgrund des hohen Anteils an Verunreinigungen zudem sehr spröde sind. Der Verunreinigungsgehalt kann durch Vorschmelzen von Wolfram in einem Elektronenstrahlofen reduziert werden. Die Struktur bleibt jedoch unverändert. Dabei werden die Barren zur Reduzierung der Korngröße weiter geschmolzen, allerdings in einem Elektrolichtbogenofen. Gleichzeitig werden den Barren beim Schmelzvorgang Legierungsstoffe zugesetzt, die dem Wolfram besondere Eigenschaften verleihen.

Um Wolframbarren mit feinkörniger Struktur zu erhalten, wird das Lichtbogenschädelschmelzen mit Metallguss in eine Form verwendet.

Die Methode zur Gewinnung des Metalls bestimmt das Vorhandensein von Zusatzstoffen und Verunreinigungen darin. Daher werden heute mehrere Wolframsorten hergestellt.

Wolframsorten

HF – reines Wolfram, das keine Zusatzstoffe enthält;
VA ist ein Metall, das Aluminium- und Silica-Alkali-Zusätze enthält, die ihm zusätzliche Eigenschaften verleihen;
VM ist ein Metall, das Thorium- und Siliciumdioxid-Alkali-Zusätze enthält;
VT – Wolfram, das als Zusatz Thoriumoxid enthält, was die Emissionseigenschaften des Metalls deutlich erhöht;
VI – Metall, das Yttriumoxid enthält;
VL – Wolfram mit Lanthanoxid, das auch die Emissionseigenschaften erhöht;
VR – Legierung aus Rhenium und Wolfram;
VРН – das Metall enthält keine Zusätze, es können jedoch Verunreinigungen in großen Mengen vorhanden sein;
MV ist eine Legierung aus Wolfram und Molybdän, die die Festigkeit nach dem Glühen deutlich erhöht und gleichzeitig die Duktilität beibehält.

Wo wird Wolfram verwendet?

Dank seiner einzigartigen Eigenschaften ist das chemische Element 74 aus vielen Industriezweigen nicht mehr wegzudenken.

Wolfram wird hauptsächlich als Grundlage für die Herstellung feuerfester Materialien in der Metallurgie verwendet.
Unter obligatorischer Beteiligung von Wolfram werden Glühfäden hergestellt, die das Hauptelement von Beleuchtungsgeräten, Bildröhren und anderen Vakuumröhren sind.
Dieses Metall liegt auch der Herstellung schwerer Legierungen zugrunde, die als Gegengewichte, panzerbrechende Unterkaliberkerne und Pfeilflügelgeschosse von Artilleriegeschützen verwendet werden.
Wolfram ist die Elektrode, die beim Argon-Lichtbogenschweißen verwendet wird.
Seine Legierungen weisen eine hohe Beständigkeit gegen verschiedene Temperaturen, saure Umgebungen sowie Härte und Abriebfestigkeit auf und werden daher bei der Herstellung von chirurgischen Instrumenten, Panzerpanzerungen, Torpedo- und Projektilhüllen, Flugzeug- und Triebwerksteilen sowie nuklearen Lagerbehältern verwendet . Abfall;
Vakuum-Widerstandsöfen, in denen die Temperatur extrem hohe Werte erreicht, sind mit Heizelementen ausgestattet, die ebenfalls aus Wolfram bestehen;
Der Einsatz von Wolfram ist beliebt zum Schutz vor ionisierender Strahlung.
Wolframverbindungen werden als Legierungselemente, Hochtemperaturschmierstoffe, Katalysatoren, Pigmente und auch zur Umwandlung thermischer Energie in elektrische Energie (Wolframditellurid) verwendet.

Hat eine hellgraue Farbe. Im Periodensystem von Mendelejew hat es die 74. Seriennummer. Das chemische Element ist feuerfest. Es enthält 5 stabile Isotope.

Chemische Eigenschaften von Wolfram

Die chemische Beständigkeit von Wolfram in Luft und Wasser ist recht hoch. Beim Erhitzen ist es anfällig für Oxidation. Je höher die Temperatur, desto höher ist die Oxidationsrate des chemischen Elements. Bei Temperaturen über 1000 °C beginnt Wolfram zu verdampfen. Bei Raumtemperatur können Salz-, Schwefel-, Fluss- und Salpetersäure keine Wirkung auf Wolfram haben. Eine Mischung aus Salpetersäure und Flusssäure löst Wolfram. Weder im flüssigen noch im festen Zustand vermischt sich Wolfram mit Gold, Silber, Natrium oder Lithium. Es gibt auch keine Wechselwirkung mit Zink, Magnesium, Kalzium oder Quecksilber. Wolfram ist in Tantal und Niob löslich und kann mit Chrom und Molybdän sowohl im festen als auch im flüssigen Zustand Lösungen bilden.

Anwendungen von Wolfram

Wolfram wird in der modernen Industrie sowohl in reiner Form als auch in Legierungen verwendet. Wolfram ist ein verschleißfestes Metall. Wolframhaltige Legierungen werden häufig zur Herstellung von Turbinenschaufeln und Ventilen für Flugzeugtriebwerke verwendet. Auch in der Röntgentechnik und Radioelektronik hat dieses chemische Element seine Anwendung bei der Herstellung verschiedener Teile gefunden. Wolfram wird für die Glühfäden elektrischer Lampen verwendet.

Chemische Wolframverbindungen haben kürzlich ihre praktische Anwendung gefunden. Phosphor-Wolfram-Heteropolysäure wird zur Herstellung heller, lichtbeständiger Farben und Lacke verwendet. Wolframate der Seltenerdelemente, Erdalkalimetalle und Cadmium werden zur Herstellung von Leuchtfarben und zur Herstellung von Lasern verwendet.

Heute werden traditionelle Eheringe aus Gold zunehmend durch Produkte aus anderen Metallen ersetzt. Eheringe aus Wolframkarbid erfreuen sich großer Beliebtheit. Solche Produkte sind sehr langlebig. Die Hochglanzpolitur des Rings verblasst nicht mit der Zeit. Das Produkt behält während der gesamten Nutzungsdauer seinen Originalzustand.

Wolfram wird als Legierungszusatz für Stahl verwendet. Dies verleiht dem Stahl Festigkeit und Härte bei hohen Temperaturen. Daher sind Werkzeuge aus Wolframstahl in der Lage, sehr intensiven Metallbearbeitungsprozessen standzuhalten.

Wolfram ist ein chemisches Element der 4. Gruppe mit der Ordnungszahl 74 im Periodensystem von Dmitri Iwanowitsch Mendelejew und wird als W (Wolframium) bezeichnet. Das Metall wurde 1783 von zwei spanischen Chemikern, den Gebrüdern d'Eluyard, entdeckt und isoliert. Der Name „Wolframium“ selbst wurde auf das Element vom bereits im 16. Jahrhundert bekannten Mineral Wolframit übertragen, damals hieß es „Wolfsschaum“ oder auf Lateinisch „Spuma lupi“, auf Deutsch klingt dieser Satz so „Wolf Rahm“ (Wolfram). Der Name ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass Wolfram, wenn es Zinnerze begleitet, das Schmelzen von Zinn erheblich beeinträchtigt, weil verwandelte Zinn in Schlackenschaum (über diesen Prozess begann man zu sagen: „Das Zinn frisst das Zinn wie ein Wolf ein Schaf frisst!“). Derzeit wird in den USA, Frankreich, Großbritannien und einigen anderen Ländern der Name „Wolfram“ (vom schwedischen Wort tungsten, was übersetzt „schwerer Stein“ bedeutet) zur Bezeichnung von Wolfram verwendet.

Wolfram ist ein hartes, graues Übergangsmetall. Wolfram wird hauptsächlich als Grundmaterial für feuerfeste Materialien in der Metallurgie verwendet. Wolfram ist äußerst feuerfest; unter normalen Bedingungen ist das Metall chemisch beständig.

Wolfram unterscheidet sich von allen anderen Metallen durch seine ungewöhnliche Härte, Schwere und Feuerfestigkeit. Seit der Antike verwenden Menschen den Ausdruck „schwer wie Blei“ oder „schwerer als Blei“, „bleihaltige Augenlider“ usw. Richtiger wäre es jedoch, in diesen Allegorien das Wort „Wolfram“ zu verwenden. Die Dichte dieses Metalls ist fast doppelt so hoch wie die von Blei, genauer gesagt 1,7-mal. Damit ist die Atommasse von Wolfram geringer und liegt bei 184 gegenüber 207 bei Blei.

Wolfram ist ein hellgraues Metall; der Schmelz- und Siedepunkt dieses Metalls ist am höchsten. Aufgrund der Duktilität und Feuerfestigkeit von Wolfram kann es als Glühfaden für Beleuchtungsgeräte, in Bildröhren sowie in anderen Vakuumröhren verwendet werden.

Es sind zwanzig Wolframmineralien bekannt. Am häufigsten: Mineralien der Scheelit-Wolframit-Gruppe, die von industrieller Bedeutung sind. Seltener kommt Wolframitsulfid vor, d. h. Wolframsit (WS2) und oxidartige Verbindungen – Ferro- und Cuprotungstit, Wolframit, Hydrowolfram. Vadas, Psilomelane mit hohem Wolframgehalt, sind weit verbreitet.

Abhängig von den Vorkommensbedingungen, der Morphologie und der Art der Wolframvorkommen werden bei ihrer Erschließung Tagebau-, Untertage- und kombinierte Methoden eingesetzt.

Derzeit gibt es keine Methoden zur direkten Gewinnung von Wolfram aus Konzentraten. Dabei werden zunächst Zwischenverbindungen aus dem Konzentrat isoliert und anschließend daraus metallisches Wolfram gewonnen. Die Isolierung von Wolfram umfasst: die Zersetzung von Konzentraten, dann den Übergang des Metalls in Verbindungen, aus denen es von den übrigen begleitenden Elementen getrennt wird. Freisetzung von Wolframsäure, d.h. reine chemische Verbindung Wolfram, wird mit der anschließenden Herstellung von Wolfram in metallischer Form fortgesetzt.

Wolfram wird bei der Herstellung von Maschinen und Geräten für die Metallverarbeitung, die Bau- und Bergbauindustrie, bei der Herstellung von Beleuchtungskörpern und Lampen, in der Transport- und Elektronikindustrie, in der chemischen Industrie und anderen Bereichen eingesetzt.

Das aus Wolframstahl gefertigte Werkzeug hält den enormen Geschwindigkeiten der intensivsten Metallbearbeitungsprozesse stand. Die Schnittgeschwindigkeit mit einem solchen Werkzeug wird normalerweise in mehreren zehn Metern pro Sekunde gemessen.

Wolfram kommt in der Natur recht selten vor. Der Metallgehalt in der Erdkruste beträgt massemäßig etwa 1,3·10−4 %. Die wichtigsten wolframhaltigen Mineralien sind die natürlich vorkommenden Wolframate: Scheelit, ursprünglich Wolfram genannt, und Wolframit.

Biologische Eigenschaften

Die biologische Rolle von Wolfram ist unbedeutend. Wolfram ist in seinen Eigenschaften Molybdän sehr ähnlich, im Gegensatz zu letzterem ist Wolfram jedoch kein essentielles Element. Trotz dieser Tatsache ist Wolfram durchaus in der Lage, Molybdän in Tieren und Pflanzen als Teil von Bakterien zu ersetzen, während es die Aktivität von Mo-abhängigen Enzymen, beispielsweise Xanthinoxidase, hemmt. Aufgrund der Anreicherung von Wolframsalzen bei Tieren sinkt der Harnsäurespiegel und der Hypoxanthin- und Xanthinspiegel steigt. Wolframstaub reizt wie andere Metallstäube die Atemwege.

Im Durchschnitt nimmt der menschliche Körper etwa 0,001–0,015 Milligramm Wolfram pro Tag mit der Nahrung auf. Die Verdaulichkeit des Elements selbst sowie der Wolframsalze im menschlichen Magen-Darm-Trakt beträgt 1-10 %, von schwerlöslichen Wolframsäuren bis zu 20 %. Wolfram reichert sich hauptsächlich im Knochengewebe und in den Nieren an. Knochen enthalten etwa 0,00025 mg/kg und menschliches Blut enthält etwa 0,001 mg/l Wolfram. Das Metall wird normalerweise auf natürlichem Wege über den Urin aus dem Körper ausgeschieden. Aber 75 % des radioaktiven Wolframisotops 185W werden über den Kot ausgeschieden.

Nahrungsquellen für Wolfram sowie sein täglicher Bedarf wurden noch nicht untersucht. Eine toxische Dosis für den menschlichen Körper wurde bisher nicht ermittelt. Bei Ratten kommt es ab etwas mehr als 30 mg der Substanz zu einem tödlichen Ausgang. In der Medizin geht man davon aus, dass Wolfram keine metabolischen, krebserzeugenden oder fruchtschädigenden Wirkungen auf Mensch und Tier hat.

Indikator für den Elementarstatus von Wolfram im menschlichen Körper: Urin, Vollblut. Es liegen keine Daten zu einer Abnahme des Wolframspiegels im Blut vor.

Ein erhöhter Wolframgehalt im Körper tritt am häufigsten bei Arbeitern in Hüttenwerken auf, die feuerfeste und hitzebeständige Materialien, legierte Stähle herstellen, sowie bei Menschen, die mit Wolframcarbid in Kontakt gekommen sind.

Das klinische Syndrom „Schwermetallkrankheit“ oder Pneumokoniose kann durch chronische Exposition gegenüber Wolframstaub entstehen. Zu den Anzeichen können das Auftreten von Husten, Atembeschwerden, die Entwicklung von atopischem Asthma und Veränderungen in der Lunge gehören. Die oben genannten Syndrome klingen normalerweise nach einer langen Ruhepause und einfach dann ab, wenn kein direkter Kontakt mit Vanadium besteht. In den schwersten Fällen, wenn die Krankheit zu spät diagnostiziert wird, entwickeln sich die Pathologie „Cor pulmonale“, ein Emphysem und eine Lungenfibrose.

„Schwermetallkrankheiten“ und die Voraussetzungen für ihr Auftreten treten meist als Folge der Exposition gegenüber mehreren Arten von Metallen und Salzen (z. B. Kobalt, Wolfram usw.) auf. Es wurde festgestellt, dass die kombinierte Wirkung von Wolfram und Kobalt auf den menschlichen Körper die schädliche Wirkung auf das Lungensystem verstärkt. Die Kombination von Wolfram- und Kobaltkarbiden kann lokale Entzündungen und Kontaktdermatitis verursachen.

Im gegenwärtigen Stadium der medizinischen Entwicklung gibt es keine wirksamen Möglichkeiten, den Stoffwechsel zu beschleunigen oder eine Gruppe von Metallverbindungen zu eliminieren, die das Auftreten einer „Schwermetallkrankheit“ hervorrufen können. Deshalb ist es so wichtig, ständig vorbeugende Maßnahmen durchzuführen und Menschen mit hoher Schwermetallempfindlichkeit rechtzeitig zu identifizieren und eine Diagnose im Anfangsstadium der Erkrankung durchzuführen. Alle diese Faktoren bestimmen die weiteren Erfolgsaussichten bei der Behandlung der Pathologie. In einigen Fällen werden jedoch bei Bedarf eine Komplexbildnertherapie und eine symptomatische Behandlung eingesetzt.

Mehr als die Hälfte (58 % um genau zu sein) des gesamten produzierten Wolframs wird für die Produktion von Wolframcarbid verwendet, und fast ein Viertel (23 % um genau zu sein) wird für die Produktion verschiedener Stähle und Legierungen verwendet. Die Herstellung von „gewalzten“ Wolframprodukten (dazu gehören Glühlampenfäden, elektrische Kontakte usw.) macht etwa 8 % des weltweit verbrauchten Wolframs aus, und die restlichen 9 % werden zur Herstellung von Katalysatoren und Pigmenten verwendet.

Wolframdraht, der in elektrischen Lampen Verwendung findet, hat kürzlich ein neues Profil erhalten: Es wurde vorgeschlagen, ihn als Schneidwerkzeug bei der Bearbeitung spröder Materialien zu verwenden.

Die hohe Festigkeit und gute Duktilität von Wolfram ermöglichen die Herstellung einzigartiger Gegenstände. Aus diesem Metall lässt sich beispielsweise ein so dünner Draht ziehen, dass 100 km dieses Drahtes eine Masse von nur 250 kg haben.

Geschmolzenes flüssiges Wolfram könnte in diesem Zustand sogar nahe der Sonnenoberfläche selbst verbleiben, da der Siedepunkt des Metalls über 5500 °C liegt.

Viele Menschen wissen, dass Bronze aus Kupfer, Zink und Zinn besteht. Doch die sogenannte Wolframbronze ist nicht nur per Definition keine Bronze, denn... enthält keines der oben genannten Metalle; es ist überhaupt keine Legierung, weil Es enthält keine rein metallischen Verbindungen und Natrium und Wolfram werden oxidiert.

Pfirsichfarbe zu bekommen war sehr schwierig und oft völlig unmöglich. Dabei handelt es sich weder um Rot noch um Rosa, sondern um eine Art Zwischenfarbe und sogar mit einem grünlichen Farbton. Die Legende besagt, dass es mehr als 8.000 Versuche brauchte, um diese Farbe zu erhalten. Im 17. Jahrhundert wurden für den damaligen chinesischen Kaiser in einer speziellen Fabrik in der Provinz Shanxi nur die teuersten Porzellanprodukte mit Pfirsichfarbe verziert. Doch als nach einiger Zeit das Geheimnis des seltenen Lacks gelüftet wurde, stellte sich heraus, dass dieser nur auf Wolframoxid basierte.

Dies geschah im Jahr 1911. Ein Student kam aus Peking in die Provinz Yunnan, sein Name war Li. Tag für Tag verschwand er in den Bergen und versuchte, einen Stein zu finden, wie er erklärte, es sei ein Zinnstein. Aber nichts hat bei ihm funktioniert. Der Besitzer des Hauses, in dem die Studentin Li lebte, lebte mit einer kleinen Tochter namens Xiao-mi zusammen. Das Mädchen hatte großes Mitleid mit dem unglücklichen Schüler und erzählte ihm abends beim Abendessen einfache Geschichten. Eine Geschichte erzählte von einem ungewöhnlichen Ofen, der aus dunklen Steinen gebaut wurde, die direkt von der Klippe gerissen und im Hinterhof ihres Hauses verlegt wurden. Dieser Ofen erwies sich als recht erfolgreich und vor allem langlebig; er leistete seinen Besitzern viele Jahre lang gute Dienste. Die junge Xiao-mi schenkte dem Schüler sogar einen solchen Stein. Es war ein gerollter, bleischwerer brauner Stein. Später stellte sich heraus, dass es sich bei diesem Stein um reines Wolframit handelte...

Im Jahr 1900 wurden bei der Eröffnung der Weltausstellung für Metallurgie in Paris erstmals völlig neue Beispiele von Schnellarbeitsstahl (einer Legierung aus Stahl und Wolfram) vorgeführt. Buchstäblich unmittelbar danach begann Wolfram in der metallurgischen Industrie aller hochentwickelten Länder weit verbreitet zu sein. Aber es gibt eine ziemlich interessante Tatsache: Wolframstahl wurde erstmals 1865 in Russland im Motovilikha-Werk im Ural erfunden.

Anfang 2010 fiel ein interessantes Artefakt in die Hände von Ufologen aus Perm. Es wird angenommen, dass es sich um ein Teil eines Raumschiffs handelt. Eine Analyse des Fragments ergab, dass das Objekt fast vollständig aus reinem Wolfram besteht. Nur 0,1 % der Zusammensetzung bestehen aus seltenen Verunreinigungen. Wissenschaftlern zufolge bestehen Raketendüsen aus reinem Wolfram. Aber eine Tatsache kann noch nicht erklärt werden. An der Luft oxidiert und rostet Wolfram schnell. Aber aus irgendeinem Grund korrodiert dieses Fragment nicht.

Geschichte

Das Wort „Wolfram“ selbst ist deutschen Ursprungs. Früher wurde Wolfram nicht als Metall selbst bezeichnet, sondern als sein Hauptmineral, d.h. zu Wolframit. Einige vermuten, dass das Wort damals fast als Schimpfwort verwendet wurde. Vom frühen 16. Jahrhundert bis zur zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts galt Wolfram als Zinnmineral. Obwohl es ziemlich oft mit Zinnerzen einhergeht. Aber aus Erzen, die Wolframit enthielten, wurde viel weniger Zinn geschmolzen. Es war, als würde jemand oder etwas die nützliche Dose „essen“. Daher kommt auch der Name des neuen Elements. Auf Deutsch bedeutet Wolf Wolf und Ram bedeutet auf Altdeutsch Widder. Diese. Der Ausdruck „Zinn frisst Zinn wie ein Wolf ein Lamm“ wurde zum Namen des Metalls.

Das bekannte Chemical Abstract Journal der USA oder Referenzpublikationen zu allen chemischen Elementen von Mellor (England) und Pascal (Frankreich) enthalten nicht einmal eine Erwähnung eines solchen Elements wie Wolfram. Das chemische Element Nummer 74 heißt Wolfram. Das Symbol W, das für Wolfram steht, hat sich erst in den letzten Jahren stark verbreitet. In Frankreich und Italien wurde das Element bis vor kurzem mit den Buchstaben Tu bezeichnet, d.h. die ersten Buchstaben des Wortes Wolfram.

Der Grund für diese Verwirrung liegt in der Geschichte der Entdeckung des Elements. Im Jahr 1783 berichteten die spanischen Chemiker, die Gebrüder Eluard, dass sie ein neues chemisches Element entdeckt hatten. Bei der Zersetzung des sächsischen Minerals „Wolfram“ mit Salpetersäure gelang es ihnen, „saure Erde“ zu gewinnen, d. h. ein gelber Niederschlag eines Oxids eines unbekannten Metalls; der Niederschlag erwies sich als in Ammoniak löslich. Im Ausgangsmaterial war dieses Oxid zusammen mit Mangan- und Eisenoxiden vorhanden. Die Eluard-Brüder nannten dieses Element Wolfram und das Mineral, aus dem das Metall gewonnen wurde, Wolframit.

Aber die Eluard-Brüder können nicht zu 100 % als Entdecker des Wolframs bezeichnet werden. Natürlich waren sie die ersten, die ihre Entdeckung in gedruckter Form veröffentlichten, aber ... 1781, zwei Jahre vor der Entdeckung der Brüder, fand der berühmte schwedische Chemiker Carl Wilhelm Scheele genau dieselbe „gelbe Erde“, als er ein anderes Mineral mit Salpeter behandelte Säure. Der Wissenschaftler nannte es einfach „Wolfram“ (übersetzt aus dem Schwedischen tung – schwer, sten – Stein, also „schwerer Stein“). Karl Wilhelm Scheele stellte fest, dass sich „gelbe Erde“ in ihrer Farbe und in anderen Eigenschaften von ähnlicher Molybdänerde unterscheidet. Der Wissenschaftler erfuhr auch, dass es im Mineral selbst mit Kalziumoxid gebunden war. Zu Ehren Scheeles wurde der Name des Minerals „Wolfram“ in „Scheelit“ geändert. Interessant ist, dass einer der Eluard-Brüder ein Schüler von Scheele war; 1781 arbeitete er im Labor des Lehrers. Weder Scheele noch die Eluard-Brüder teilten die Entdeckung. Scheele erhob einfach keinen Anspruch auf diese Entdeckung, und die Eluard-Brüder bestanden nicht auf der Priorität ihres Vorrangs.

Viele Menschen haben von den sogenannten „Wolframbronzen“ gehört. Das sind optisch sehr schöne Metalle. Blaue Wolframbronze hat die folgende Zusammensetzung Na2O · WO2 · und goldene – 4WO3Na2O · WO2 · WO3; Violett und Purpurrot nehmen eine Zwischenstellung ein, bei ihnen beträgt das Verhältnis von WO3 zu WO2 weniger als vier und mehr als eins. Wie die Formeln zeigen, enthalten diese Stoffe weder Zinn noch Kupfer noch Zink. Dies sind keine Bronzen und überhaupt keine Legierungen, weil... Sie enthalten nicht einmal Metallverbindungen und Natrium und Wolfram werden hier oxidiert. Solche „Bronzen“ ähneln nicht nur im Aussehen echter Bronze, sondern auch in ihren Eigenschaften: Härte, Beständigkeit gegenüber chemischen Reagenzien und hohe elektrische Leitfähigkeit.

In der Antike gehörte die Pfirsichfarbe zu den seltensten, man sagte, dass 8.000 Experimente durchgeführt werden mussten, um sie zu erhalten. Im 17. Jahrhundert war das teuerste Porzellan des chinesischen Kaisers pfirsichfarben bemalt. Doch nachdem das Geheimnis dieser Farbe gelüftet wurde, stellte sich unerwartet heraus, dass ihre Basis Wolframoxid war.

In der Natur sein

Wolfram kommt in der Natur kaum vor, der Metallgehalt in der Erdkruste beträgt 1,3·10 -4 Masse-%. Wolfram kommt hauptsächlich in komplexen oxidierten Verbindungen vor, die aus Wolframtrioxid WO3 sowie Oxiden von Eisen und Kalzium oder Mangan, manchmal Kupfer, Blei, Thorium und verschiedenen Seltenerdelementen gebildet werden. Das am häufigsten vorkommende Mineral Wolframit ist eine feste Lösung von Wolframaten, d. h. Salze von Wolframsäure, Mangan und Eisen (nMnWO 4 mFeWO 4). Die Lösung erscheint als harte und schwere Kristalle von schwarzer oder brauner Farbe, je nachdem, wie viele verschiedene Verbindungen in der Lösung vorherrschen. Bei mehr Manganverbindungen (Hübnerit) sind die Kristalle schwarz, bei überwiegenden Eisenverbindungen (Ferberit) ist die Lösung braun. Wolframit ist ein ausgezeichneter Stromleiter und paramagnetisch.

Wie andere Wolframmineralien ist Scheelit von industrieller Bedeutung, d. h. Calciumwolframat (Formel CaWO 4). Das Mineral bildet glänzende Kristalle von hellgelber und manchmal fast weißer Farbe. Scheelit ist überhaupt nicht magnetisch, hat aber eine weitere Eigenschaft – die Fähigkeit zu lumineszieren. Nach ultravioletter Beleuchtung im Dunkeln fluoresziert es mit einer leuchtend blauen Farbe. Das Vorhandensein von Molybdänverunreinigungen verändert die Farbe des Glühens; sie wechselt zu blassem Blau, manchmal zu Creme. Dank dieser Eigenschaft lassen sich geologische Vorkommen des Minerals leicht erkennen.

Typischerweise sind Wolframerzvorkommen mit dem Granitgebiet verbunden. Große Scheelit- oder Wolframitkristalle sind sehr selten. Normalerweise werden Mineralien einfach in Granitfelsen eingebettet. Es ist ziemlich schwierig, Wolfram aus Granit zu gewinnen, weil... seine Konzentration beträgt normalerweise nicht mehr als 2 %. Insgesamt sind nicht mehr als 20 Wolframmineralien bekannt. Unter ihnen können wir Stolzit und Rasoit unterscheiden, zwei verschiedene kristalline Modifikationen von Bleiwolframat PbWO 4. Die übrigen Mineralien sind Zersetzungsprodukte oder Sekundärformen gewöhnlicher Mineralien, zum Beispiel Scheelit und Wolframit (Hydrowolframit, ein hydratisiertes Wolframoxid, das aus Wolframit gebildet wird; Wolframocker), Rousselit, ein Mineral, das Wolfram- und Wismutoxide enthält. Das einzige nichtoxidische Wolframmineral ist Wolframit (WS 2), und seine Hauptreserven befinden sich in den Vereinigten Staaten. Typischerweise liegt der Wolframgehalt im Bereich von 0,3 % bis 1,0 % WO 3 .

Alle Wolframvorkommen sind hydrothermalen oder magmatischen Ursprungs. Scheelit und Wolframit kommen häufig in Form von Adern an Stellen vor, an denen Magma in Risse in der Erdkruste eingedrungen ist. Der Großteil der Wolframvorkommen konzentriert sich auf Gebiete junger Gebirgszüge – die Alpen, den Himalaya und den Pazifikgürtel. Die größten Wolframit- und Scheelitvorkommen befinden sich in China, Burma, den USA, Russland (Ural, Transbaikalien und Kaukasus), Portugal und Bolivien. Die jährliche Produktion von Wolframerzen beträgt weltweit etwa 5,95.104 Tonnen Metall, wovon 49,5.104 Tonnen (oder 83 %) in China abgebaut werden. In Russland werden etwa 3.400 Tonnen pro Jahr abgebaut, in Kanada sind es 3.000 Tonnen pro Jahr.

China spielt eine weltweit führende Rolle bei der Entwicklung von Wolframrohstoffen (die Jianshi-Lagerstätte macht 60 Prozent der chinesischen Produktion aus, Hunan – 20 Prozent, Yunnan – 8 Prozent, Guandong – 6 Prozent, Innere Mongolei und Guanzhi – jeweils 2 %). , Da sind andere). In Russland befinden sich die größten Wolframerzvorkommen in zwei Regionen: im Nordkaukasus (Tyrnyauz, Kabardino-Balkarien) und im Fernen Osten. Die Anlage in Naltschik verarbeitet Wolframerz zu Ammoniumparawolframat und Wolframoxid.

Der größte Wolframverbraucher ist Westeuropa (30 %). USA und China – jeweils 25 %, 12–13 % – Japan. In der GUS werden jährlich etwa 3000 Tonnen Metall verbraucht.

Anwendung

Insgesamt produziert die Welt jährlich etwa 30.000 Tonnen Wolfram. Wolframstahl und andere Legierungen, die Wolfram und seine Karbide enthalten, werden bei der Herstellung von Panzerpanzerungen, Granaten und Torpedos, den wichtigsten Teilen von Flugzeugen und Verbrennungsmotoren, verwendet.

Die besten Werkzeugstähle enthalten sicherlich Wolfram. Die Metallurgie im Allgemeinen absorbiert etwa 95 % des gesamten produzierten Wolframs. Typisch für die Metallurgie ist, dass nicht nur reines Wolfram verwendet wird, sondern hauptsächlich billigeres Wolfram – Ferrotungsten, d. h. eine Legierung, die etwa 80 % Wolfram und etwa 20 % Eisen enthält. Es wird in Elektrolichtbogenöfen hergestellt.

Wolframlegierungen weisen eine Reihe bemerkenswerter Eigenschaften auf. Eine Legierung aus Wolfram, Kupfer und Nickel, die auch als „schweres“ Metall bezeichnet wird, ist ein Rohstoff für die Herstellung von Behältern zur Lagerung radioaktiver Stoffe. Die Schutzwirkung einer solchen Legierung ist um 40 % größer als die von Blei. Diese Legierung wird auch in der Strahlentherapie eingesetzt, da die relativ geringe Dicke des Schirms einen ausreichenden Schutz bietet.

Eine Legierung aus Wolframcarbid und 16 Prozent Kobalt hat eine solche Härte, dass sie Diamant beim Bohren von Bohrlöchern teilweise ersetzt. Wolfram-Pseudolegierungen mit Silber und Kupfer sind ein hervorragendes Material für Schalter und Schalter unter Bedingungen hoher elektrischer Spannung. Solche Produkte halten sechsmal länger als herkömmliche Kupferkontakte.

Die Verwendung von reinem Wolfram oder wolframhaltigen Legierungen basiert im Wesentlichen auf deren Härte, Feuerfestigkeit und chemischer Beständigkeit. Wolfram in seiner reinen Form wird häufig bei der Herstellung von Glühfäden für elektrische Glühlampen sowie Kathodenstrahlröhren verwendet, bei der Herstellung von Tiegeln zum Verdampfen von Metallen, in Kontakten von Automobil-Zündverteilern und in Zielen für Röntgenröhren; werden als Wicklungen und Heizelemente von Elektroöfen sowie als Strukturmaterial für Raumfahrt- und Flugzeuge verwendet, die bei hohen Temperaturen betrieben werden.

Wolfram ist Teil der Legierungen von Schnellarbeitsstählen (Wolframgehalt 17,5 - 18,5 %), Stelliten (hergestellt aus Kobalt mit Zusätzen von Cr, C, W), Hastalloy (Ni-basierte Edelstähle) sowie vielen anderen Legierungen . Wolfram wird als Basis bei der Herstellung von hitzebeständigen Legierungen und Werkzeuglegierungen verwendet, nämlich Ferrotungsten (W 68–86 %, Mo und Eisen bis zu 7 %), das leicht durch direkte Reduktion von Scheelit oder Wolframitkonzentrat gewonnen wird. Wolfram wird bei der Herstellung von Pobedit verwendet. Dabei handelt es sich um eine superharte Legierung mit 80–85 % Wolfram, 7–14 % Kobalt und 5–6 % Kohlenstoff. Pobedit ist im Metallverarbeitungsprozess sowie in der Öl- und Bergbauindustrie einfach unersetzlich.

Magnesium- und Calciumwolframat werden häufig in Leuchtstoffgeräten verwendet. Andere Wolframsalze werden in der Gerberei- und Chemieindustrie verwendet. Wolframdisulfid ist ein trockenes Hochtemperaturschmiermittel, das bei Temperaturen bis 500 °C stabil ist. Wolframbronzen sowie andere Wolframverbindungen werden bei der Herstellung von Farben verwendet. Viele Wolframverbindungen sind hervorragende Katalysatoren.

Bei der Herstellung elektrischer Lampen ist Wolfram unverzichtbar, da es nicht nur außergewöhnlich feuerfest, sondern auch recht duktil ist. 1 kg Wolfram dient als Rohstoff für die Herstellung von 3,5 km Draht. Diese. Aus 1 kg Wolfram können Glühfäden für 23.000 60-Watt-Lampen hergestellt werden. Allein dank dieser Eigenschaft verbraucht die Elektroindustrie weltweit etwa hundert Tonnen Wolfram pro Jahr.

Produktion

Der erste Schritt bei der Gewinnung von Wolfram ist die Erzanreicherung, d.h. Abtrennung wertvoller Bestandteile aus der Haupterzmasse, dem Ganggestein. Die verwendeten Aufbereitungsmethoden sind die gleichen wie bei anderen Schwermetallerzen: Mahlen und Flotation, gefolgt von magnetischer Trennung (Wolframiterze) und oxidativem Rösten. Das auf diese Weise gewonnene Konzentrat wird üblicherweise mit einem Überschuss an Soda verbrannt, wodurch Wolfram in einen löslichen Zustand gebracht wird, d. h. in Natriumwolframit.

Eine andere Methode zur Gewinnung dieses Stoffes ist die Auslaugung. Wolfram wird mit einer Sodalösung bei erhöhter Temperatur und unter Druck extrahiert, gefolgt von der Neutralisation und Ausfällung von Calciumwolframat, d. h. Scheelitis. Scheelit wird gewonnen, weil sich gereinigtes Wolframoxid recht einfach extrahieren lässt.

CaWO 4 → H 2 WO 4 oder (NH 4) 2 WO 4 → WO 3

Wolframoxid wird auch über Chloride gewonnen. Das Wolframkonzentrat wird bei erhöhten Temperaturen mit Chlorgas behandelt. Dabei entstehen Wolframchloride, die sich durch Sublimation leicht von anderen Chloriden trennen lassen. Das entstehende Chlorid kann zur Herstellung von Oxid verwendet werden oder es kann direkt Metall daraus extrahiert werden.

Im nächsten Schritt werden die Oxide und Chloride in Wolframmetall umgewandelt. Der beste Weg, Wolframoxid zu reduzieren, ist die Verwendung von Wasserstoff. Bei dieser Reduktion ist das Metall am reinsten. Die Reduktion des Oxids erfolgt in einem speziellen Rohrofen, in dem sich das „Boot“ aus WO 3 durch mehrere Temperaturzonen bewegt. Trockener Wasserstoff strömt dem „Boot“ entgegen. Die Reduktion des Oxids erfolgt in heißen (450-600°C) und kalten Zonen (750-1100°C). In kalten Zonen erfolgt die Reduktion zu WO 2 und dann zu Metall. Während die Zeit durch die heiße Zone vergeht, ändern die Wolframpulverkörner ihre Größe.

Die Reduktion kann nicht nur unter Zufuhr von Wasserstoff erfolgen. Kohle wird häufig verwendet. Durch das feste Reduktionsmittel wird die Herstellung vereinfacht, allerdings muss die Temperatur in diesem Fall 1300°C erreichen. Kohle selbst und die darin immer enthaltenen Verunreinigungen bilden durch Reaktion mit Wolfram Karbide anderer Verbindungen. Dadurch wird das Metall verunreinigt. In der Elektroindustrie wird jedoch nur hochwertiges Wolfram verwendet. Schon 0,1 % Eisenverunreinigung machen Wolfram für die Herstellung dünnster Drähte geeignet, denn es wird viel fragiler.

Die Trennung von Wolfram von Chloriden basiert auf der Pyrolyse. Wolfram und Chlor bilden einige Verbindungen. Überschüssiges Chlor ermöglicht die Umwandlung aller Stoffe in WCl6, das wiederum bei einer Temperatur von 1600 °C in Chlor und Wolfram zerfällt. Ist Wasserstoff vorhanden, beginnt der Prozess bei 1000°C.

Auf diese Weise wird Wolfram in Pulverform gewonnen, das dann bei hoher Temperatur im Wasserstoffstrom gepresst wird. In der ersten Pressstufe (Erhitzen auf ca. 1100–1300 °C) entsteht ein spröder, poröser Barren. Dann wird weiter gepresst und die Temperatur beginnt fast bis zum Schmelzpunkt von Wolfram anzusteigen. In einer solchen Umgebung beginnt das Metall fest zu werden und erlangt nach und nach seine Qualitäten und Eigenschaften.

Durchschnittlich 30 % des in der Industrie produzierten Wolframs ist Wolfram aus recycelten Materialien. Wolframschrott, Sägemehl, Späne und Pulver werden oxidiert und in Ammoniumparawolframat umgewandelt. Schneidstahlschrott wird in der Regel bei einem Betrieb entsorgt, der die gleichen Stähle herstellt. Abfälle von Elektroden, Glühlampen und chemischen Reagenzien werden fast nie recycelt.

In der Russischen Föderation werden Wolframprodukte hergestellt in: Skopino Hydrometallurgical Plant „Metallurg“, Wladikawkas Werk „Pobedit“, Nalchik Hydrometallurgical Plant, Kirovgrad Hard Alloy Plant, Elektrostal, Chelyabinsk Electrometallurgical Plant.

Physikalische Eigenschaften

Wolfram ist ein hellgraues Metall. Es hat den höchsten Schmelzpunkt aller bekannten Elemente außer Kohlenstoff. Der Wert dieses Indikators liegt zwischen etwa 3387 und 3422 Grad Celsius. Wolfram weist hervorragende mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen auf; von allen Metallen weist Wolfram den niedrigsten Wert eines solchen Indikators wie des Ausdehnungskoeffizienten auf.

Wolfram ist eines der schwersten Metalle, seine Dichte beträgt 19250 kg/m3. Das Metall hat ein kubisch raumzentriertes Gitter mit dem Parameter a = 0,31589 nm. Bei einer Temperatur von 0 Grad Celsius beträgt die elektrische Leitfähigkeit von Wolfram nur 28 % des Wertes des gleichen Indikators für Silber (Silber leitet den Strom besser als jedes andere Metall). Reines Wolfram lässt sich sehr leicht verarbeiten, kommt jedoch selten in reiner Form vor; häufiger weist es Verunreinigungen aus Kohlenstoff und Sauerstoff auf, wodurch es seine bekannte Härte erhält. Der elektrische Widerstand des Metalls beträgt bei einer Temperatur von 20 Grad Celsius 5,5 * 10 -4, bei einer Temperatur von 2700 Grad Celsius - 90,4 * 10 -4.

Wolfram unterscheidet sich von allen anderen Metallen durch seine besondere Feuerfestigkeit, Schwere und Härte. Die Dichte dieses Metalls ist fast doppelt so hoch wie die des gleichen Bleis, genauer gesagt 1,7-mal. Die Atommasse des Elements ist dagegen geringer und beträgt 184 gegenüber 207.

Wolfram hat ungewöhnlich hohe Zug- und Druckmodulwerte, eine enorme Temperaturkriechbeständigkeit und das Metall verfügt über eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit. Wolfram hat einen relativ hohen Elektronenemissionskoeffizienten, der durch Legieren des Elements mit Oxiden einiger anderer Metalle erheblich verbessert werden kann.

Die Farbe des resultierenden Wolframs hängt weitgehend von der Art seiner Herstellung ab. Geschmolzenes Wolfram ist ein glänzendes, graues Metall, das Platin sehr ähnlich sieht. Wolframpulver kann grau, dunkelgrau und sogar schwarz sein: Je kleiner die Körnung des Pulvers, desto dunkler wird es.

Wolfram ist sehr beständig: Bei Raumtemperatur verändert es sich an der Luft nicht; Wenn die Temperatur Rotglut erreicht, beginnt das Metall langsam zu oxidieren und setzt Wolframsäureanhydrid frei. Wolfram ist in Schwefelsäure, Flusssäure und Salzsäure nahezu unlöslich. In Königswasser und Salpetersäure wird das Metall von der Oberfläche her oxidiert. In einer Mischung aus Flusssäure und Salpetersäure löst sich Wolfram auf und bildet dabei Wolframsäure. Von allen Wolframverbindungen sind die größten praktischen Vorteile: Wolframanhydrid oder Wolframtrioxid, Peroxide mit der allgemeinen Formel ME2WOX, Wolframate, Verbindungen mit Kohlenstoff, Schwefel und Halogenen.

Wolfram, das in der Natur vorkommt, besteht aus 5 stabilen Isotopen mit den Massenzahlen 186,184, 183, 182, 181. Das häufigste Isotop ist mit der Massenzahl 184, sein Anteil beträgt 30,64 %. Von der relativen Vielfalt künstlicher radioaktiver Isotope des Elements Nummer 74 sind nur drei von praktischer Bedeutung: Wolfram-181 (seine Halbwertszeit beträgt 145 Tage), Wolfram-185 (seine Halbwertszeit beträgt 74,5 Tage), Wolfram-187 ( seine Halbwertszeit beträgt 23,85 Stunden. Alle diese Isotope entstehen in Kernreaktoren beim Beschuss von Wolframisotopen mit Neutronen aus einer natürlichen Mischung.

Die Wertigkeit von Wolfram ist variabel – von 2 bis 6, am stabilsten ist sechswertiges Wolfram; drei- und zweiwertige Verbindungen des chemischen Elements sind instabil und haben keine praktische Bedeutung. Der Radius eines Wolframatoms beträgt 0,141 nm.

Der Wolfram-Clarke der Erdkruste beträgt nach Winogradow 0,00013 g/t. Sein durchschnittlicher Gesteinsgehalt, Gramm/Tonne: ultrabasisch – 0,00001, basisch – 0,00007, mittel – 0,00012, sauer – 0,00019.

Chemische Eigenschaften

Wolfram wird nicht angegriffen durch: Königswasser, Schwefel-, Salz-, Fluss- und Salpetersäure, eine wässrige Lösung von Natriumhydroxid, Quecksilber, Quecksilberdampf, Ammoniak (bis 700° C), Luft und Sauerstoff (bis 400° C), Wasserstoff, Wasser, Chlorwasserstoff (bis 600° C), Kohlenmonoxid (bis 800° C), Stickstoff.

Schon nach kurzer Erhitzung beginnt sich trockenes Fluor mit fein gemahlenem Wolfram zu verbinden. Dadurch entsteht Hexafluorid (Formel WF 6) – ein sehr interessanter Stoff mit einem Schmelzpunkt von 2,5 °C und einem Siedepunkt von 19,5 °C. Nach Reaktion mit Chlor entsteht eine ähnliche Verbindung, jedoch die Die Reaktion ist erst bei einer Temperatur von 600 °C möglich. WC16, stahlblaue Kristalle, beginnt bei einer Temperatur von 275 °C zu schmelzen und bei 347 °C zu sieden. Wolfram bildet mit Jod und Brom schwach stabile Verbindungen: Tetra- und Diiodid, Penta- und Dibromid.

Bei hohen Temperaturen kann sich Wolfram mit Selen, Schwefel, Stickstoff, Bor, Tellur, Silizium und Kohlenstoff verbinden. Einige dieser Verbindungen zeichnen sich durch eine erstaunliche Härte sowie andere hervorragende Eigenschaften aus.

Von besonderem Interesse ist Carbonyl (Formel W(CO) 6). Wolfram verbindet sich hier mit Kohlenmonoxid und hat daher eine Wertigkeit von Null. Wolframcarbonyl wird unter besonderen Bedingungen hergestellt, weil er ist extrem instabil. Bei einer Temperatur von 0°C wird es aus einer speziellen Lösung in Form farbloser Kristalle freigesetzt; bei Erreichen von 50°C sublimiert Carbonyl; bei 100°C zersetzt es sich vollständig. Aber gerade dank dieser Verbindung können dichte und harte Wolframbeschichtungen (aus reinem Wolfram) erhalten werden. Viele Wolframverbindungen sind, wie auch Wolfram selbst, sehr aktiv. Beispielsweise hat Wolframoxid Wolframoxid WO 3 die Fähigkeit zur Polymerisation. Dabei entstehen sogenannte Heteropolyverbindungen (ihre Moleküle können mehr als 50 Atome enthalten) und Isopolyverbindungen.

Wolframoxid (VI)WO 3 ist eine kristalline Substanz mit hellgelber Farbe, die beim Erhitzen orange wird. Das Oxid hat einen Schmelzpunkt von 1473 °C und einen Siedepunkt von 1800 °C. Die entsprechende Wolframsäure ist nicht stabil; in einer Wasserlösung fällt das Dihydrat aus und verliert bei Temperaturen von 70 bis 100 °C ein Wassermolekül und bei Temperaturen von 180 bis 350 °C das zweite Molekül.

Wolframsäureanionen neigen zur Bildung von Polyverbindungen. Durch die Reaktion mit konzentrierten Säuren entstehen gemischte Anhydride:

12WO3 + H3PO4 = H3.

Durch die Reaktion von Wolframoxid und Natriummetall entsteht nichtstöchiometrisches Natriumwolframat, das „Wolframbronze“ genannt wird:

WO 3 + xNa = Na x WO 3.

Bei der Reduktion von Wolframoxid mit Wasserstoff werden bei der Trennung hydratisierte Oxide mit gemischter Oxidationsstufe erhalten, die als „Wolframblau“ bezeichnet werden:

WO3–n(OH)n, n = 0,5–0,1.

WO 3 + Zn + HCl = („blau“), W 2 O 5 (OH) (braun)

Wolfram(VI)-oxid ist ein Zwischenprodukt im Produktionsprozess von Wolfram und seinen Verbindungen. Es ist Bestandteil ausgewählter Keramikpigmente und industriell wichtiger Hydrierungskatalysatoren.

WCl 6 – Höheres Wolframchlorid, das durch die Wechselwirkung von metallischem Wolfram oder Wolframoxid mit Chlor, Fluor oder Tetrachlorkohlenstoff entsteht. Nach der Reduktion von Wolframchlorid mit Aluminium entsteht neben Kohlenmonoxid Wolframcarbonyl:

WCl 6 + 2Al + 6CO = + 2AlCl 3 (in Ether)

Wolfram (englisch Tungsten, französisch Tungstene, deutsch Wolfram) wurde erstmals 1783 von den Brüdern Spanier de Elguiar, Schülern Bergmans, gewonnen. Der Name Wolfram existierte jedoch schon lange vor der Entdeckung des Elements. Bergleute und Metallurgen des 14. bis 16. Jahrhunderts, die im Zinnabbau tätig waren, bemerkten, dass beim Kalzinieren eines der Zinnerze eine erhebliche Menge Zinn verloren ging und in die Schlacke gelangte. Dieses Erz erhielt den Namen Wolf oder Wolfert, der sich im Laufe der Zeit in Wolfram änderte; So wurde das im Erz enthaltene Mineral genannt. Agricola gibt diesem Mineral den lateinischen Namen – Spuma Lupi oder Lupus spuma, was Wolfsschaum bedeutet, d.h. Schaum im Maul eines wütenden Wolfes. Bergleute des 16. Jahrhunderts Sie sagten über Wolfram: „Es stiehlt Zinn und verschlingt es wie ein Wolf ein Schaf frisst.“ Im Jahr 1781 gewann Scheele Wolframtrioxid WO 3 aus einem Mineral, das ihm zu Ehren später den Namen Scheelit (CaWO 4) erhielt. Scheeles Entdeckung wurde von Bergman bestätigt, der das Mineral „schweren Stein“ (lateinisch: Lapis Ponderosus) nannte; Ins Schwedische übersetzt heißt es Tungsten (Tung Sten – schwerer Stein). Wenig später wurde vorgeschlagen, das neu entdeckte Metall zu Ehren von Scheele Scheelium zu nennen, doch Berzelius, der diesen Namen zunächst unterstützte, bevorzugte bald das Wort Wolfram. Im Lateinischen (Syuma lupi) und Deutschen (Wolf Rahm) bedeutet Wolfram Wolfsspeichel. Der Name Wolfram findet sich bei Lomonosov, dann bei Scherer; Soloviev und Hess (1824) nennen es Distel, Dvigubsky (1824) - Wolfram. Es gibt auch Namen für Sheelia, Sheel Metal (Wolframkäfer).