Сферы и области применения вольфрама. Где применяется вольфрам?

Светло-серый металл, обладающий очень высокой твёрдостью, тугоплавкостью и тяжестью – это вольфрам. Вдобавок к этому он имеет очень высокую химическую стойкость.

История открытия и изучения

Свое название металл получил от минерала вольфрамит. Его начали добывать в XVI веке. Тогда его называли «волчьей пеной». Вольфрам часто встречался в оловянных рудах, мешал выплавлять этот металл. Он переводил его в пену шлаков.

Первое научное упоминание о нахождении нового химического элемента появилось в 1781 году. Тогда знаменитый химик из Швеции Карл Шееле работал с минералом шеелит. Он обрабатывал его азотной кислотой, в ходе чего получил новый химический элемент с желтым оттенком. Он назвал его «тяжелым камнем». Через два года, братья Элюар получили из саксонского минерала новый металл.

Если сравнивать защиту от ионизирующего излучения из свинца или вольфрама, второй вид металла выигрывает. Готовый защитный слой будет задерживать больше частиц при меньшем весе.

Вольфрамит

Сферы внедрения

Вольфрамовая проволока употребляется в различных сферах производства и народного хозяйства. Ее используют для производства спиралей и пружинных частей, созданных для лампочек накаливания.

Вольфрам-рениевую разновидность (ВРН) используют для производства траверсов.

Вольфрам является тугоплавким сплавом, потому проволочная продукция на его базе неподменна при разработке частей сопротивления в нагревательных устройствах. Она содержится в термоэлектрических преобразователях, петлевых подогревателях.

Процесс производства вольфрамового металлопроката достаточно непростой с задействованием методик порошковой металлургии. Она пользуется большенный популярностью в электротехнической индустрии и радиотехнике. Ее интенсивно употребляют при разработке телевизионных ЖК-экранов. Более нужна проволочная продукция, представляющая собой ангидрид вольфрама и получающаяся из солей этого сплава.

На ее базе делают детали рентгеновской техники, которая при эксплуатации подвергается вибрациям и сильному нагреванию. Сетки и фильтрующие механизмы на ее базе используют в хим индустрии.

Получение из руды и месторождения

В природе вольфрам можно встретить окисленными отложениями. Они образуются из трехокиси этого металла, которая соединяется с кальцием, марганцем, железом. Иногда в составе можно встретить медь, свинец, торий, некоторые редкоземельные элементы.

Минералы, насыщенные вольфрамом, чаще встречаются в грунтовых породах небольшими вкраплениями. В таком случае средняя концентрация тяжелого металла — до 2%.

Самые крупные месторождения вольфрама находятся в США, Китае, Канаде. Среднее мировое производство за год — 50 тысяч тонн.

Критическая отметка температуры для этого металла — 13610°C. При нагревании до таких показателей он превращается в газ.

Биологическая роль вольфрама

ограничена. Его сосед по группе молибден является незаменимым в ферментах, обеспечивающих связывание атмосферного азота. Ранее вольфрам использовался в биохимических исследованиях только как антагонист молибдена, т.е. замена молибдена на вольфрам в активном центре фермента приводила к его дезактивации. Ферменты, напротив, дезактивирующиеся при замене вольфрама на молибден, обнаружены в термофильных микроорганизмах. Среди них формиатдегидрогеназы, альдегид-ферредоксин-оксидоредуктазы; формальдегид-ферредо-ксин-оксидоредуктаза; ацетиленгидратаза; редуктаза карбоновой кислоты. Структуры некоторых из этих ферментов, например, альдегид-ферредоксин-оксидоредуктазы сейчас определены.

Тяжелые последствия воздействия вольфрама и его соединений на человека не выявлены. При длительном воздействии больших доз вольфрамовой пыли может возникнуть пневмокониоз, заболевание, вызываемое всеми тяжелыми порошками, попадающими в легкие. Наиболее частые симптомы этого синдрома – кашель, нарушения дыхания, атопическая астма, изменения в легких, проявление которых уменьшается после прекращения контакта с металлом.

Юрий Крутяков

Промышленное получение

Получение вольфрама промышленными предприятиями начинается с добычи руды, ее доставки на производство. Следующий этап — выделение триоксида из расходного материала. После этого он проходит процесс восстановления для получения очищенного металлического порошка. Процедуру восстановления проводят под воздействием водорода. При этом сырье нагревается до 700°C. Готовый порошок прессуется, спекается при температуре 1300°C в защитной атмосфере из водорода.

Переработка вольфрамового сырья.

Первичная руда содержит около 0,5% оксида вольфрама. После флотации и отделения немагнитных компонентов остается порода, содержащая порядка 70% WO3. Затем обогащенная руда (и окисленный лом вольфрама) выщелачивается с помощью карбоната или гидроксида натрия:

4FeWO4 + O2 + 4Na2CO3 = 4NaWO4 + 2Fe2O3 + 4CO2

6MnWO4 + O2 + 6Na2CO3 = 6Na2WO4 + 2Mn3O4 + 6CO2

WO3 + Na2CO3 = Na2WO4 + CO2

WO3 + 2NaOH = Na2WO4 + H2O

Na2WO4 + CaCl2 = 2NaCl + CaWO4Ї.

Полученный раствор освобождается от механических примесей, а затем подвергается переработке. Первоначально осаждается вольфрамат кальция с последующим его разложением соляной кислотой и растворением образовавшегося WO3 в водном аммиаке. Иногда очистку первичного вольфрамата натрия осуществляют с помощью ионообменных смол. Конечный продукт процесса – паравольфрамат аммония:

CaWO4 + 2HCl = H2WO4Ї + CaCl2

H2WO4 = WO3 + H2O

WO3 + 2NH3·

H2O(конц.) = (NH4)2WO4 + H2O

12(NH4)2WO4 + 14HCl(оч.разб.) = (NH4)10H2W12O42 + 14NH4Cl + 6H2O

Другим способом выделения вольфрама из обогащенной руды является обработка хлором или хлороводородом. Этот метод основан на относительно низкой температуре кипения хлоридов и оксохлоридов вольфрама (300° С). Способ применяется для получения особо чистого вольфрама.

Вольфрамитовый концентрат может быть сплавлен непосредственно с углем или коксом в камере с электрической дугой. При этом получают ферровольфрам, который используется при изготовлении сплавов в сталелитейной промышленности. Чистый концентрат шеелита также может быть добавлен в расплав стали.

Около 30% мирового потребления вольфрама обеспечивается за счет переработки вторичного сырья. Загрязненный лом карбида вольфрама, стружки, опилки и остатки порошкового вольфрама окисляются и переводятся в паравольфрамат аммония. Лом быстрорежущих сталей утилизируют в производстве этих же сталей (до 60–70% всего расплава). Лом вольфрама из ламп накаливания, электродов и химических реактивов практически не перерабатывается.

Основным промежуточным продуктом в производстве вольфрама является паравольфрамат аммония (NH4)10W12O41·

5H2O. Он является и основным транспортируемым соединением вольфрама. Прокаливая паравольфрамат аммония, получают оксид вольфрама(VI), который затем обрабатывают водородом при 700–1000° С и получают порошок металлического вольфрама. Спеканием его с углеродным порошком при 900–2200° С (процесс цементации) получают карбид вольфрама.

В 2002 цена паравольфрамата аммония – основного коммерческого соединения вольфрама – составляла около 9000 долл. за тонну в пересчете на металл. В последнее время появилась тенденция к снижению цен на вольфрамовую продукцию вследствие большого предложения со стороны Китая и стран бывшего СССР.

В России вольфрамовые продукты производят: Скопинский гидрометаллургический (Рязанская область, вольфрамовый концентрат и ангидрид), Владикавказский (Северная Осетия, вольфрамовый порошок и слитки), Нальчикский Гидрометаллургический завод (Кабардино-Балкария, металлический вольфрам, карбид вольфрама), Кировградский завод твердых сплавов (Свердловская область, карбид вольфрама, вольфрамовый порошок), Электросталь (Московская область, паравольфрамат аммония, карбид вольфрама), Челябинский Электрометаллургический завод (ферровольфрам).

Марки

Марки вольфрама:

1. ВР — соединение вольфрама с рением.
2. ВТ, ВИ, ВЛ — к основе добавляется присадка окиси лантана, тория, иттрия.
3. ВРН — металл без присадок. Допускается наличие небольшого количества разных примесей.
4. ВМ — к основе добавляются разные присадки. Основные — кремнещелочные, алюминиевые.
5. МВ — соединение молибдена с вольфрамом. Сохраняется пластичность одновременно с повышением прочности.
6. ВЧ — чистый металл без примесей, присадок.
7. ВА — соединение основы с алюминием, кремнещелочными присадками.

Лампы накаливания не просто так имеют стеклянную герметичную капсулу. Поскольку вольфрам быстро окисляется на открытом воздухе, капсула заполняется инертным газом.

Лампа накаливания

Индивидуальности

Для производства вольфрамовой проволоки – ГОСТ 18903-73 – используют кованые прутки. В процессе волочения осуществляется постепенное снижение температурного режима. Опосля этого изделие очищают за счет отжига и электролитической полировки.

Сырьем для производства данной разновидности проволочной продукции служит самый тугоплавкий сплав. Этот материал жароустойчив и прочен, ему не жутки кислотные и щелочные среды. Подобные свойства разрешают использовать вольфрамовую проволоку для выпуска деталей, созданных для эксплуатации в условиях нагрева, вследствие чего же они не утрачивают начальных параметров.

Соответствующие для этого вида проволочной продукции механические характеристики (завышенная твердость, устойчивость к износу в процессе нагревания, низкое значение температурного расширения), превосходящие почти все подобные материалы, делают вольфрамовые изделия весьма нужными.

Данную разновидность металлопроката различает высочайший модуль упругости, отменное омическое сопротивление, отменная термическая проводимость. Это долговременный и надежный в использовании материал, способный переносить экстремальные эксплуатационные условия, что делает его неподменным в разных производственных отраслях.

Насчитывается несколько марок таковой проволоки. Систематизацию делают в согласовании с поперечником сечения и процентным соотношением вольфрама в составе материала.

Поперечник проволоки может составлять от 12,5 до 500 мкм.

Более нужна марка ВА. Марку ВРН используют для производства катодов электрических устройства.

Спросом также пользуются марки вольфрамового металлопроката ВМ, ВТ.

Конкретно марка описывает сферу внедрения материала.

Свойства

Чтобы понять, где лучше применять вольфрам, нужно знать свойства этого металла. Сейчас про этот материал известно достаточно информации, чтобы определить сферы его применения.

Химические

Свойства:

1. Валентность чистого металла — 6. У соединений на его основе она может изменяться от 2 до 5.
2. Молярная масса химического элемента —183,84.
3. Элемент имеет орбиту, состоящую из двух ярусов.

Вольфрам — химически активный металл. Он вступает в реакции с разными веществами с образованием сложных, простых соединений. При нагревании реакции протекают быстрее. Для дополнительного ускорения реакции можно добавить водяные пары.

Физические

Свойства:

1. Цвет — серый.
2. Прозрачность — отсутствует.
3. Металлический блеск — есть.
4. Твердость — 7,5 (показатель указан согласно шкале Мооса).
5. Плотность — 19,3 г/см3.
6. Радиоактивность — 0.
7. Теплопроводность — 173 Вт/(м·К).
8. Электропроводность — 55·10−9 Ом·м.
9. Показатель твердости по Бринеллю — 488 кгс/мм².
10. Теплоемкость — 134,4 Дж/(кг·град).
11. Температура плавления — 3380 °C (показатель зависит от количества примесей).
12. Сопротивление электричеству — 55·10−9 Ом·м (при условии соблюдения температурного режима в 20°C).
13. Температура кипения — около 5555 °C.

Лучше всего металл куется при нагревании до 1600°C.

На основе вольфрама изготавливают тяжелые сплавы. Общее содержание основы может достигать 97%. Готовые сплавы применяются для изготовления контейнеров, в которых будут храниться, переноситься радиоактивные вещества. Главная особенность емкости — возможность поглощения части гамма-излучения.

Применение вольфрама.

Применение чистого металла и вольфрамсодержащих сплавов основано, главным образом, на их тугоплавкости, твердости и химической стойкости. Чистый вольфрам используется для изготовления нитей электрических ламп накаливания и электронно-лучевых трубок, в производстве тиглей для испарения металлов, в контактах автомобильных распределителей зажигания, в мишенях рентгеновских трубок; в качестве обмоток и нагревательных элементов электрических печей и как конструкционный материал для космических и других аппаратов, эксплуатируемых при высоких температурах. Быстрорежущие стали (17,5–18,5% вольфрама), стеллит (на основе кобальта с добавлением Cr, W, С), хасталлой (нержавеющая сталь на основе Ni) и многие другие сплавы содержат вольфрам. Основой при производстве инструментальных и жаропрочных сплавов является ферровольфрам (68–86% W, до 7% Mo и железо), легко получающийся прямым восстановлением вольфрамитового или шеелитового кон – очень твердый сплав, содержащий 80–87% вольфрама, 6–15% кобальта, 5–7% углерода, незаменим в обработке металлов, в горной и нефтедобывающей промышленности.

Вольфраматы кальция и магния широко используются во флуоресцентных устройствах, другие соли вольфрама используются в химической и дубильной промышленности. Дисульфид вольфрама представляет собой сухую высокотемпературную смазку, стабильную до 500° С. Вольфрамовые бронзы и другие соединения элемента применяются в изготовлении красок. Многие соединения вольфрама являются отличными катализаторами.

Долгие годы с момента открытия вольфрам оставался лабораторной редкостью, лишь в 1847 Оксланд получил патент на производство вольфрамата натрия, вольфрамовой кислоты и вольфрама из касситерита (оловянного камня). Второй патент, полученный Оксландом в 1857, описывал производство железо-вольфрамовых сплавов, которые составляют основу современных быстрорежущих сталей.

В середине 19 в. предпринимались первые попытки использовать вольфрам в производстве стали, однако долгое время не удавалось внедрить эти разработки в промышленность из-за высокой цены на металл. Возросшая потребность в легированных и высокопрочных сталях привела к запуску производства быстрорежущих сталей на (Bethlehem Steel). Образцы этих сплавов были впервые представлены в 1900 на Всемирной выставке в Париже.

Где взять в домашних условиях?

Почти всех интересует, где отыскать вольфрамовую проволоку в домашних условиях. Это составляющая всех нагревательных деталей бытовых устройств.

Она находится в старенькых модификациях утюгов, электронных чайниках. Если дома есть отслуживший собственный век тепловентилятор, извлеките проволочные нити из нагревателей. Нетрудно ее достать из поломанных тостеров. Она имеется и в нагревательных элементах рукомойников. Для извлечения проволоки ТЭНы аккуратненько вскрывают болгаркой. Лишь необходимо будет очистить проволочную продукцию от изоляции.

Устойчивый к износу и неблагоприятным наружным действиям вольфрамовый металлопрокат отлично себя зарекомендовал. Его поставки производятся не только лишь в катушках, да и бухтах.

Как выяснить что такое вольфрамовая проволка и где она применяется, смотрите в последующем видео.

Изготовление штабиков

Мы уже выяснили, что за металл вольфрам, а теперь узнаем, в каком сортаменте он изготавливается. Из порошкового соединения изготавливают компактные слитки – штабики. Для этого используют только порошок, который был восстановлен водородом. Их изготавливают путем прессования и спекания. Получаются довольно прочные, но хрупкие слитки. Иными словами, они плохо поддаются ковке. Для улучшения этого технологического свойства, штабики подвергают высокотемпературной обработке. Из этого изделия изготавливают другой сортамент.

Черта сплавов

Самое принципиальное соединение — карбид вольфрама. У него весьма высочайшая температура плавления — 2780 °C. Он употребляется для того, чтоб созодать части электронных цепей, режущих инструментов, металлокерамики и «цементированного» карбида.

Металлокерамика — это материал из керамики и сплава. Керамика — глинистый материал. Металлокерамику употребляют там, где весьма высочайшие температуры действуют в течение долгого времени. К примеру, части ракетного либо реактивного мотора делаются конкретно из неё.

«Цементированный» карбид делается путём соединения карбида вольфрама к другому сплаву. Продукт весьма прочен и остаётся крепким в условиях больших температур. Конкретно «цементированные» карбиды употребляются для бурения тоннелей. Инструменты, изготовленные из такового материала, могут работать на скоростях в 100 раз больше, чем подобные инструменты, изготовленные из стали (например, свёрла их такового материала могут выдержать огромную температуру, чем свёрла из стали, а, как следует, и интенсивность их использования быть может выше).

Разновидности проволоки для нержавейки 12х18н10т

Для сваривания деталей из нержавейки необходимо использовать аргонодуговую сварку и присадку, выполненную из такого же материала. Она может иметь разные свойства, которые могут подходить для других случаев. Из стали 12×18Н10Т производят сортовой прокат. Присадочный материал этой марки должна отвечать требованиям ГОСТ 18143-72.

Сварочная присадочная проволока нашла свое применение в машиностроительной и пищевой отраслях промышленности, на стройке и пр. Она обладает не только высокой коррозионной стойкостью, но и сопротивляемостью к воздействию химически — агрессивных сред. В ее составе содержится достаточное количество хрома, который защищает ее от ржавчины.

Для сварочных работ применяют изделия произведенные по технологии холодного вытягивания. У нее довольно низкая цена и в то же время такая обработка сохраняет все ее свойства. Такая проволока обеспечивает качество шва при обработке любого материала.

Проволока нержавеющая 12Х18Н10Т

Так, системы водоснабжения часто собирают из трубопроводной арматуры, изготовленной из этой марки стали. При сборке и ремонте оптимальным считается использование сварочной присадки марки 12Х18Н10Т.

Эта марка стали выпускается в нескольких вариантах. Для ее производства применяют технологии горячего или холодного проката. Они позволяют получать изделие диаметром от 0,2 до 6 мм. При использовании проволоки этой марки необходимо учитывать то, что она может изменять некоторые свои параметры исходя из диаметра.

Сварка деталей из нержавеющей стали – это сложный технологический процесс и если нарушать его правила, то в результате может получиться большое количество некондиционной продукции. Во избежание этого необходимо сделать правильный выбор материала проволоки. Проволока из стали 12Х18Н10Т – это специфичный продукт и вполне вероятно может не подойти для большинства видом легирующей стали. Главное правило выбора материала для сварки – идентичность химсостава. Проволока, выполненная из этой проволоки, хороша тем, что промышленность выпускает широкую номенклатуру и проблем с выбором, как правило, не встает. Кстати, при сваривании может потребоваться предварительный прогрев и плавное остывание. Подогрев выполняют с помощью газовой горелки.

Разновидности проволоки для полуавтоматов

Подбор сварочной проволоки для полуавтоматов следует выполнять под определенный вид соединяемого металла. Использование присадочного расходного материала существенно улучшает качество шва, предотвращает образование пор и неровностей в соединении.

Основные преимущества использования присадки при выполнении сварочных работ представлены:

• ускорением процесса сварки;
• удобством использование в промышленной сфере;
• существенным снижением вероятности появления брака из-за отсутствия покрытия присадки;
• большим выбором расходников, позволяющим подобрать оптимальную присадку для каждого конкретного случая;
• низким уровнем образования шлака при сварке.

Недостатки использование присадочного компонента при сварке:

• необходимость в постоянной защите;
• сложность в хранении больших мотков;
• сложность в подборе оптимального диаметра присадки;
• необходимость постоянно использовать флюс.

Таблица марок проволоки.

Все виды проволоки для сварки, как правило, делятся на:

1. Омедненные. Данный вид проволоки применяется для сварки углеродистых и низколегированных стальных деталей. Омедненные стальные присадочные компоненты обеспечивают качественный шов и характеризуются низким коэффициентом разбрызгивания металла.
2. Порошковые. Присадочные компоненты таких марок выполнены в виде полой трубки из малоуглеродистой стали. Внутри емкости размещается раскислители и шлакообразующие вещества, обеспечивающие комфортное использование полуавтоматической сварки без защитного газа. Порошковые присадочные проволоки помогают существенно уменьшить образование шлака и сократить время на обработку сварного шва.
3. Сплошного сечения. Данный вид проволоки отличается от обычной, тем, что из нее делают сварочные электроды.
4. Неомедненные. Присадки такого вида применяются, прежде всего, для работы с изделиями из низкоуглеродистой стали.
5. Активированные. Присадки из порошка, применяемые во время проведения сварочных работ в атмосфере углекислого газа.
6. Газосварочные. Для работы с углеродистыми и низкоуглеродистыми сортами стали лучше всего использовать газосварочные присадочные компоненты.
7. Алюминиевые. Один из немногих видов проволок, подходящих для сваривания алюминиевых деталей. Во время работы с алюминиевой присадкой отмечается низкая пористость сварных швов. Подобные присадки активно применяются в судостроительной и молочной промышленности.
8. Из нержавеющей стали. Присадочный компонент позволяет сваривать изделия из нержавеющей стали и предотвратить коррозию полученного шва.
9. Флюсовые. Данные тип присадочной проволоки широко используется для соединения среднеуглеродистых, низкоуглеродистых и углеродистых сортов стали. Благодаря наличию встроенного флюса подобные присадки можно использовать при сварке без защитного газа.
10. Легированные. Один из лучших компонентов, позволяющий проводить сварочные работы в любых газовых смесях и с любыми видами металлов.