Tungsten: proprietăți și aplicații

Originea numelui

Numele Wolframium provine din wolframita minerală, cunoscută din secolul al XVI-lea, care, în limba germană, a sunat ca o "cremă de lup". Când staniu topirea din minereuri cu conținut de tungsten, reacția a avut loc între ele cu putere cu spumare descrisă după cum urmează poetic: „Tin devorat ca un lup mănâncă oi“. În secolul al XVIII-lea, chimistul suedez Scheler, când a tratat tungsten cu acid azotic, a descoperit în produsele de reacție o materie cenușie necunoscută cu nuanță argintie. Mineritul original a fost mai târziu redenumit scheelit, iar noul element a fost numit tungsten. Până în prezent, americanii, englezii și francezii au vechea denumire suedeză "piatră grea".

Depozite și metode de obținere

Acest element aparține grupului de metale foarte rare și în natură apare sub formă de compuși de oxigen complex cu elemente de fier, mangan, calciu, plumb, cupru și pământuri rare. Aceste minerale fac parte din roci de granit, iar concentrația substanței pure nu depășește 2%. Cele mai mari depozite au fost găsite în Kazahstan, China, Canada și SUA. Bolivia, Portugalia, Rusia, Uzbekistan și Coreea de Sud sunt, de asemenea, implicate în extracție.

Când obțineți tungsten, mai întâi îmbogățiți minereul și separați componentele valoroase de roca sterilă. Metoda de îmbogățire - măcinare și flotație urmată de separarea magnetică și arderea oxidativă. Concentrat sinterizat Gata cu sodă, aceasta produce o wolframita de sodiu solubil sau soluție de sodă levigat într-o autoclavă la temperaturi ridicate sub presiune, neutralizată și precipitate ca tungstat de calciu.

Dintre acestea, oxidul de tungsten, care a fost purificat din cele mai multe impurități, este deja recuperat, care este apoi redus de hidrogen la temperaturi de circa 700 ° C. Acest lucru duce la cel mai pur pudră tungsten. Pentru a da pulberii o structură fibroasă solidă, aceasta este presată într-un curent de hidrogen, crescând treptat temperatura până la aproape punctul de topire, astfel încât metalul devine ductil și maleabil.

Proprietăți fizice și chimice

Metalul are o reticulă de cristal cristal centrat pe volum, are proprietăți paramagnetice și rezistență la vid. Punctul de topire al tungstenului este 3422 ° C, cu punct de fierbere 5555 ° C, densitatea acestuia fiind de 19,25 g / cm3, duritate 488 kg / mm² conform lui Brinell. În forma sa cea mai pură seamănă cu platina, iar la temperaturi de aproximativ 1600 ° C se întinde într-un fir subțire. Acesta prezintă o rezistență ridicată la coroziune, în condiții normale nu se schimbă în apă și aer și când este încălzit până la căldură roșie (aproximativ 500 ° C), formează oxid hexavalent.

Tungstenul nu interacționează cu acidul clorhidric concentrat și acidul sulfuric diluat. Suprafața sa este ușor oxidată cu aqua regia și acidul azotic.

Se dizolvă în peroxid de hidrogen, într-un amestec de acizi fluorhidric și azotic, în prezența agenților de oxidare reacționează cu alcalii, eliberând o cantitate mare de căldură. Se combină ușor cu carbonul, formând un carbid de înaltă rezistență, totuși, la temperaturi scăzute, metalul se oxidează rapid și devine fragil. Cele mai frecvent utilizate sunt:

• trioxid de azot, denumite anhidride de tungsten;
• săruri care formează anioni polimerici;
• compuși de peroxid;
• compuși cu sulf, halogeni și carbon.

aplicații

Pentru metalurgie, tungstenul este baza materialelor refractare. La Expoziția Mondială de la Paris din 1900, publicul a fost prezentat pentru prima oară cu aditivii săi. Punctul de topire ridicat și plasticitatea au făcut ca metalul să fie de neînlocuit în fabricarea filamentelor pentru lămpile cu incandescență și alte tuburi vidate, acoperirea tranzistorilor utilizați în afișajele cu cristale lichide și, de asemenea, electrozii pentru sudarea prin argon. Densitatea mare a tungstenului i-a permis să devină baza pentru detaliile rachetelor balistice, gloanțelor și cochililor în artilerie.

Aliajele de tungsten, obținute prin metalurgia pulberilor, se deosebesc prin rezistența la duritate și rezistență la căldură, rezistența la acizi și rezistența la abraziune. Acestea sunt componente obligatorii ale celor mai bune tipuri de oțeluri aliate, în care literele din denumire indică compoziția:

• WA - conectarea tungstenului cu aluminiu și siliciu. Caracterizat prin temperatură inițială de recristalizare ridicată, rezistență după recoacere.
• scaune cu rotile - Compoziția cu cupru este utilizată pentru fabricarea comutatoarelor de înaltă tensiune și a tranzistorilor, în instalațiile radar și electronice bipolare.
• WL - adăugarea de oxid de lantan mărește proprietățile de emisie.
• WLZ - tungsten cu oxid de lantan și oxid de zirconiu este un material ideal pentru electrozi care funcționează sub tensiune înaltă.
• WZ - tungstenul cu oxid de ceriu este folosit ca material pentru sudarea electrozilor. Caracteristicile de aprindere și durata de viață sunt crescute.
• WM - aliaj de tungsten și molibden. Are rezistență ridicată și ajută la menținerea plasticității după recoacere.
• WK - tungstenul cu adăugarea de potasiu are o stabilitate dimensională bună și o rezistență la fluaj.
• WRE - alierea cu reniu face posibil ca termocuplurile fabricate din astfel de oțel să funcționeze la temperaturi de peste 2000 ° C.

Proprietățile unice permit să facă cele mai bune instrumente pentru chirurgie, rezervor de coajă armura și scoici, plăci pentru vestele antiglonț, părțile critice ale aeronavelor și industriile aerospațiale, containere pentru containere de deșeuri radioactive pentru cristale de safir în creștere. Carbura de tungsten este baza materialelor compozite cu numele mândru de "câștig", se utilizează pentru prelucrarea metalelor în inginerie, minerit, foraj de sonde. În cuptoarele cu vid, elementele de încălzire cu termocuplu sunt fabricate din aliaje de tungsten.

Compușii săi au devenit pe scară largă ca catalizatori și pigmenți în diferite industrii chimice și vopsele. Utilizarea sărurilor de tungsten de disulfuri ca lubrifiant la temperatură ridicată este asociată cu formarea unei pelicule de sulf amorf care acoperă suprafețele metalice fără frecare. Pentru nevoile fizicii nucleare sunt folosite cristale unice ale altor tungstați, detectori ai emisiilor radioactive. Printre bijuteriile tradiționale extinde produsele lor de nișă din carbură de tungsten. Suprafața lor lustruită reflectă perfect lumina și se numește o "oglindă gri", care nu poate fi zgâriată, îndoită și ruptă.

Rolul biologic

Tungstenul nu are o semnificație biologică prea mare. Unele bacterii au enzime care o conțin. De aceea, există ipoteze că tungstenul a participat la apariția vieții în stadiile incipiente. Bijuteria din ea nu provoacă reacții alergice, iar praful de metal din tungsten la inhalare irită organele mucoase ale nazofaringei și laringele umane.