Цена, возникновение, добыча и использование вольфрама

Вольфрам [vɔlfram] является химическим элементом с символом элемента W и атомным номером 74. Он относится к переходным металлам, в периодической таблице он находится в 6. Подгруппа (группа 6) или хромовая группа. Вольфрам - это белый глянцевый тяжелый металл высокой плотности, который в чистом виде хрупок. У него самая высокая температура плавления и вторая самая высокая температура кипения среди всех чистых металлов. Поэтому его самым известным применением является лампа накаливания в лампах накаливания.

Уже в 16. Минералог Георгиус Агрикола из Фрайбергера описал наличие минерала в саксонских оловянных рудах, что значительно усложнило извлечение олова путем шлакования оловянной фракции. Название компонента "Волк" происходит от этого свойства, так как минерал "сожрал" оловянную руду как волк. Является ли это вопрос вольфрамите, является спорным, даже сегодня, когда он говорил о «легкости» минерала. Он назвал минерал Lupi Spumumчто в переводе с латинского означает «волчья пена». Позже он был назван Wolfram, от mhd. баран «Сажа, грязь», потому что черно-серый минерал легко измельчается и тогда напоминает сажу. Его химический символ W происходит от вольфрама.

Общее слово на английском, итальянском и французском вольфрама происходит от Тун Стен (По-шведски «тяжелый камень»). Это не означало, что сам Wolfram (швед. Вольфрам), но вольфрамат кальция называется. В этом 1781 узнал немецко-шведский химик Карл Вильгельм Шееле до сих пор неизвестную соль. Чистый вольфрам был впервые произведен 1783 от испанских братьев Фаусто Хуана Хосе Эльхуяра (который работал под руководством Шееле) путем снижения уровня триоксида вольфрама, получаемого из вольфрамита.

Вхождение 

Вольфрамовый металл также называют вольфрамитом

Содержание вольфрама в земной коре составляет около 0,0001 г / т или 0,0064 процента по весу (значение Кларка). Пока металл не удалось доказать в природе (в чистом виде). "Доклады Академии Наук" в России опубликовали отчет о твердом вольфраме в 1995 году, который не был изучен "Комиссией по новым минералам, номенклатуре и классификации" IMA (CNMNC). Известны некоторые минералы, особенно оксиды и вольфраматы. Наиболее важными вольфрамовыми рудами являются вольфрамит (Mn, Fe) WO.₄ и шеелит CaWO₄, Есть и другие вольфрамовые минералы, такие как Stolzit PbWO₄ и Tuneptit WO₃ · H₂O.

Самые крупные месторождения находятся в Китае, Перу, США, Корее, Боливии, Казахстане, России, Австрии и Португалии. Вольфрамовые руды также можно найти в Рудных горах. Безопасные и вероятные мировые месторождения в настоящее время составляют 2,9 миллиона тонн чистого вольфрама.

Наиболее важное известное место нахождения вольфрама в Европе находится в Felbertal в Высоком Тауэрне (штат Зальцбург в Австрии).

Продвижение по всему миру 

В 2006 году мировое производство чистого вольфрама составило 73.300 80 тонн. Безусловно, крупнейшим производителем вольфрама является Китай. Здесь производится более 2006% производимого в мире вольфрама. Государства с наибольшим производством вольфрама (XNUMX г.):

Продвижение в Австрии

В Австрии шеелит вольфрамовой руды был впервые обнаружен в 1815/16 году на золотом месторождении Шельгаден в муниципалитете Мур (штат Зальцбург). В результате во многих трещинах Высокого Тауэрна были обнаружены красивые кристаллы шеелита, иногда размером несколько сантиметров. Практического применения все эти находки не имели. Крупное месторождение в Felbertal пока оставалось неоткрытым.

В 1950 году стало известно, что большие количества шеелита появились в магнезитовом месторождении на Ванглальме около Ланерсбаха / Тукса (Тироль) в тылу Циллерталь, которое добывалось с 1927 года. Это крупный шеелит, сросший с магнезитом и кварцем. В последующие годы было извлечено около 10.000 1,8 тонн руды со средним содержанием оксида вольфрама 1960%, что представляет собой уникальное в мире высокое качество. Из-за низкой рыночной цены добыча вольфрама была остановлена ​​в конце 1971-х годов, но возобновлена ​​в 1976 году и продолжалась до закрытия магнезитовой шахты в XNUMX году.

1967 был в конечном итоге обнаружен крупнейшим шеелитворкомменом Европы в Фельбертале. Куски руды, присутствующие в потоках, были отслежены с использованием ультрафиолетового света (шеелитовые флуоресцентные лампы). Сложные геологоразведочные работы в высокогорной местности (самый высокий участок добычи на Brentling в 2100 на уровне моря) начался с 1971, изначально добыча над землей была зарегистрирована в Felbertal 1976 (из 1979 также подземная добыча, набор для добычи на поверхности 1986). С начала 1993 до середины 1995 добыча была временно приостановлена ​​из-за низкой рыночной цены вольфрама.

Вольфрамерц из Фелбертала обрабатывается в соседнем Миттерзиле. Отсюда концентрат шеелита достигает Санкт-Мартина в Зульмтале (Штирия). Вольфрамовая хижина была построена на месте подземной шахты бурого угля 1976 в Пёльфинг-Бергла, где начиная с 1977 из концентратов нескольких стран производились оксид вольфрама, металлический вольфрам и порошок карбида вольфрама.

Наиболее важные немецкие переработчики - HC Starck и Longyear GmbH.

Извлечение и презентация

Вольфрам не может быть получен восстановлением углем из оксидных руд, поскольку образуется этот карбид вольфрама.

Добавление аммиачного раствора создает комплекс, называемый паравольфраматом аммония (APW). Его отфильтровывают, а затем преобразуют в относительно чистый триоксид вольфрама при 600 ° C. Оксид вольфрама (VI) (WO₃), который восстанавливается до стального серого вольфрама при 800 ° C в атмосфере водорода:

В результате образуется серый вольфрамовый порошок, который обычно прессуется в формах и электрически спекается в стержни. При температурах выше 3400 ° C компактный металлический вольфрам можно плавить в специальных электропечах с восстановительной водородной атмосферой (процесс зонной плавки).

Свойства 

Физические свойства

Вольфрам - это блестящий белый металл, который можно растягивать в чистом виде, он обладает высокой твердостью, плотностью и прочностью. Плотность практически такая же, как у золота, твердость по Бринеллю 250 HB, предел прочности 550-620 Н / мм.² (мягкий) до 1920 Н / мм² (жесткий). Металл существует в стабильной объемноцентрированной кубической α-модификации с шагом плоскости решетки (= постоянная решетки) 316 пм при комнатной температуре. Такой тип кристаллической структуры часто называют типом вольфрама. С как метастабильная β-модификация вольфрама (искаженное в центре кубического тела), с другой стороны, это богатый вольфрамом оксид W₃O.

Вольфрам имеет после углерода элемента с 3422 ° C вторую по величине температуру плавления всех химических элементов. Температура кипения 5555 ° C превосходит только редкоземельный рений с 5596 ° C по 41 K.

Металл представляет собой сверхпроводник с температурой перехода 15 мК.

Химические свойства

Вольфрам является химически очень стойким металлом, который почти не подвергается воздействию плавиковой кислоты и царской водки (по крайней мере, при комнатной температуре). Растворяется в смесях плавиковой и азотной кислот и в расплавленных смесях щелочных нитратов и карбонатов.

Изотоп 

Вольфрам известен как изотопы 33 и основные изомеры 5. В природе встречаются изотопы 5 ¹⁸⁰W, ¹⁸²W, ¹⁸³W, ¹⁸⁴W и ¹⁸⁶W. Изотоп вольфрама ¹⁸⁴W имеет наибольшую частоту. Все 5 природных изотопов долгое время считались стабильными. Лишь в 2004 году эксперимент CRESST в Лаборатории националь-дель-Гран-Сассо смог доказать, что изотоп был вторичным результатом поиска темной материи. ¹⁸⁰W подвержен альфа-распаду. Период полураспада составляет 1,8 триллиона лет, поэтому этот распад невозможно обнаружить в обычных лабораторных условиях. Радиоактивность этого природного изотопа настолько мала, что ею можно пренебречь для всех практических целей. Искусственные радиоактивные изотопы вольфрама, с другой стороны, имеют короткие периоды полураспада от 0,9 мс. ¹⁸⁵W и 121,2 дней в ¹⁸¹W.

Использовать

Наиболее важным применением вольфрама является его высокая температура плавления в осветительной промышленности в качестве нити накала в лампах накаливания и в качестве электрода в газоразрядных лампах и в электронных лампах.

В лампах используется тот факт, что электрическая проводимость вольфрама значительно ниже, чем у проводящих металлов меди и алюминия. В результате тонкая вольфрамовая нить накаливания нагревается до тех пор, пока не начинает светиться, в то время как более толстые выводы из проводящих металлов почти не нагреваются.

Его второе важное значение как легирующего металла в металлургии железа. Он образует карбиды вольфрама в инструментальных сталях, которые увеличивают вторичную твердость.

Из-за высокой плотности он используется для балансировки веса и для защиты от излучения. Хотя его плотность и, следовательно, эффект экранирования, намного выше, чем у свинца, его реже используют в качестве свинца для этой цели, поскольку он дороже и сложнее в обработке. Кроме того, из-за высокой плотности вольфрама в некоторых армиях бронебойные боеприпасы используются с ядром из карбида вольфрама вместо более дешевого, но радиоактивного и токсичного обедненного урана. Во время Второй мировой войны Вольфрам был важен для строительства немецкой танковой гранаты 40, которая имела вольфрамовое ядро. В будущем для замены куницы будут использоваться боеприпасы с вольфрамовым ядром от новой бронетехники Puma.

Из-за его высокой коррозионной стойкости, вольфрам также может быть использован в качестве материала для оборудования на химических заводах. Однако из-за плохой обрабатываемости вольфрама (вольфрам можно сваривать только лазерным или электронным лучом), этот вариант используется редко. То же самое относится к возможному применению в области медицинской техники.

В физиологии, особенно нейрофизиологии, вольфрамовые микроэлектроды используются для внеклеточной записи.

Кроме того, электроды для сварочных процессов изготавливаются из вольфрама. Например, при контактной сварке, особенно при сварке таких материалов, как медь, бронза или латунь. Также при универсальной сварке TIG (вольфрамовым инертным газом) электрод изготавливается из вольфрама или его сплава. Эти электроды не расплавляются в процессе сварки. Дуга горит как плазма в защитном газе между электродом и компонентом. Материал наполнителя поставляется отдельно в виде стержней.

В спорте Wolfram используется для производства высококачественных стволов для дротиков, в стрельбе из лука изготовлены наконечники для специальных стрел, а головки молоткового метателя были временно изготовлены для уменьшения сопротивления воздуха, а радиус вращения также выполнен из вольфрама. Кроме того, вольфрамовые пластины используются в качестве дополнительных весов в формуле 1 для достижения предписанного минимального веса автомобилей 1 Formula (включая масло, тормоз и охлаждающую жидкость, а также водителей в гоночных комбинезонах и со шлемом) в размере 620 кг (по состоянию на: 2010). Также в парусном спорте это происходит в течение некоторого времени в кильских бомбах крупных гонщиков. Водостойкость значительно снижается благодаря большей плотности по сравнению с обычными материалами, такими как свинец или чугун. Точно так же в теннисе уже есть бандиты, в чьи карбоновые каркасные вольфрамовые волокна были включены Таким образом, определенные области рамки ракетки могут быть дополнительно стабилизированы для повышения точности игры.

При ловле нахлыстом нимфы и стримеры (приманка, ловимая под водой) утяжеляют вольфрамовыми бусинами, которые протыкают и надвигают на стержень крючка, чтобы они ныряли быстрее и глубже.

Струны музыкальных инструментов иногда наматывают вольфрамом, чтобы увеличить их вес и тем самым уменьшить высоту звука.

Вольфрам также используется в рентгеновской диагностике в качестве материала мишени для анода. В - и Линии характерного рентгеновского излучения - 59 кэВ и 67 кэВ.

В сканирующей туннельной микроскопии в качестве материала наконечника зонда часто используется вольфрам.

С самого начала 21. Карбид вольфрама, ошибочно называемый вольфрамом, также используется в ювелирных изделиях (Tungsten jewellery), например. Б. кольца обработаны. Это очень легко определяется твердостью и плотностью. WC имеет твердость по Моосу 9,5, только вольфрам 7,5. Пока что все ювелирные изделия на рынке изготовлены из карбида вольфрама.

Физиология 

Вольфрам считается положительным биоэлементом анаэробных бактерий типа Eubacterium acidaminophilum используется и включается в качестве кофактора в некоторые ферменты. E. acidaminophilum это бактерия, ферментирующая аминокислоты, которая использует вольфрам в ферментах формиатдегидрогеназе и альдегиддегидрогеназе. В этих организмах вольфрам заменяет молибден, потому что он гораздо чаще встречается в их естественной среде (вулканические жерла на морском дне).

токсикология 

Согласно современным знаниям, вольфрам и его соединения физиологически безвредны. Рак легких у рабочих на заводах по производству или переработке цементированного карбида объясняется наличием кобальта.

На животной модели было обнаружено, что наибольшее количество перорально принимаемых соединений вольфрама быстро выводится с мочой. Небольшая часть вольфрама попадает в плазму крови, а оттуда в эритроциты. Затем он откладывается в почках и костной системе. Через три месяца после приема большая часть очень небольшого количества вольфрама, усваиваемого организмом, обнаруживается в костях.

2003 был идентифицирован с 16 в 1997 с XNUMX у детей, страдающих лейкемией, и с девятью детьми, также страдающими от рака крови в Сьерра-Виста / Аризона, двух так называемых кластерах рака - в локальной области с уровнем заболеваемости выше среднего. В обоих местах в питьевой воде необычно высокие концентрации вольфрама. Значительно повышенные концентрации вольфрама были обнаружены в моче населения. Оба места известны своим появлением вольфрамовых руд. Однако в последующих однолетних исследованиях Центра по контролю за заболеваниями (CDC) не было обнаружено прямой связи между заболеваниями вольфрама и лейкемией. Вольфрам не показал каких-либо канцерогенных эффектов ни в одной тестовой процедуре, и в других частях Невады не было обнаружено других раковых скоплений с аналогичным высоким уровнем содержания вольфрама в моче населения.

безопасности 

Как порошок или пыль, он легко воспламеняется, не горюч в компактной форме.

Связи 

Оксид 

Вольфрам образует несколько оксидов. Между начальным членом:

• Вольфрам (VI) оксид WO₃ - лимонно-желтый

и последний участник:

• Вольфрам (IV) оксид WO₂ - коричневый

Есть ли другие промежуточные оксиды?

• W₁₀O₂₉ сине-фиолетовый, диапазон гомогенности WO_2,92-Где_2,88
• W₄O₁₁ красно-фиолетовый, диапазон гомогенности WO_2,76-Где_2,73
• W₁₈O₄₉ГДЕ_2,72
• W₂₀O₅₀ГДЕ_2,50

Другие соединения

• Вольфрамат натрия Na₂WO₄
• Вольфрамат циркония ZrW₂O₈ показывает аномалию при нагревании.
• Вольфрамовые бронзы M_xWO₃; M = щелочной металл, щелочноземельный металл, лантаноид, примерно 0.3 <x <0.9, обладают электропроводностью, интенсивностью и разной окраской в ​​зависимости от содержания металла.
• Вольфрамат кальция CaWO₄ известен как минерал под названием шеелит.
• Карбид вольфрама WC - чрезвычайно твердый металлоподобный состав. Также существует карбид Дивунграма W₂C.
• Гексафторид вольфрама WF₆
• Свинец вольфрамат PbWO₄
• Дисульфид вольфрама WS₂ Использовать в качестве сухой смазки (аналогично MoS₂)

Использование соединений

Карбид вольфрама используется в качестве отражателя нейтронов в ядерном оружии для уменьшения критической массы. Карбиды вольфрама (твердый металл) используются при обработке материалов из-за их высокой твердости.

Вольфраматы используются для пропитки тканей, чтобы сделать их огнестойкими.

Вольфрамовые краски используются в живописи, а также в керамической и фарфоровой промышленности.

Вольфрамат свинца используется как современный сцинтиллятор в физике элементарных частиц.

Общий
Имя, символ, атомный номер	Вольфрам, W, 74
серия	Переходные металлы
Группа, период, блок	6, 6, д
Внешний вид	серовато-белый, блестящий
номер CAS	7440-33-7
Массовая доля земной оболочки	64 частей на миллион
ядерной
атомная масса	183,84 XNUMX человека
Атомный радиус (рассчитанный)	135 (193) вечера
Ковалентный радиус	162 м.
электронная конфигурация	[Xe] 4f145d46s2
1. ионизация	770 кДж / моль
2. ионизация	1700 кДж / моль
физически
Физическое состояние	Праздник
кристаллическая структура	кубическое тело-центрированное
плотность	19,3 г / см3 (20 ° С)
твердость по Моосу	7,5
магнетизм	парамагнитный ( = 7,8 10-5)
точка плавления	3695 К (3422 ° С)
Температура кипения	5828 К (5555 ° С)
Молярный объем	9,47 · 10-6 m3/ моль
Теплота парообразования	824 кДж / моль
теплота плавления	35,4 кДж / моль
скорость звука	5174 м / с
Удельная теплоемкость	138 Дж / (кг · К)
Электропроводность	18,52 · 106 А / (В · м)
теплопроводность	170 Вт / (м · К)
Химический
состояния окисления	6, 5, 4, 3, 2
нормальный потенциал	−0,119 В (WO2 + 4H+ + 4e- → W + 2H2O)
электроотрицательность	2,36 (шкала Полинга)
Изотоп
изотоп NH t1/2 ZA ZE (МэВ) ZP 178W {Син.} 21,6 г ε 0,091 178Ta 179W {Син.} 37,05 мин ε 1,060 179Ta 180W 0,13% 1,8 · 1018 a α 2,516 176Hf 181W {Син.} 121,2 г ε 0,188 181Ta 182W 26,3% стабильный 183W 14,3% стабильный 184W 30,67 % стабильный 185W {Син.} 75,1 г β- 0,433 185Re 186W 28,6% стабильный 187W {Син.} 23,72 ч β- 1,311 187Re 188W {Син.} 69,4 г β- 0,349 188Re
свойства ЯМР
Вращение γ в рад * Т-1· с-1 Er(1H) fL в W = 4,7 т в МГц 183W 1/2 1,128 · 107 1,07 · 10-5 4,166
безопасности
СГС опасные вещества маркировки порошка

Фразы опасности H и P H: 228EUH: нет ставок EUHP: 210-​240-​241-​280-​370+378 Gefahrstoffkennzeichnung

легкий легковоспламеняющийся

(F)

Порошок R- и S-фраз R: 11S: 43

Цена вольфрама

Диаграмма Вольфрам 2009-2012

Цены на вольфрам -> Стратегические цены на металлы