Вольфрам — химический элемент, металл. В периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева обозначается символом W (Wolframium) и имеет атомный номер 74. При обычных условиях – твёрдый блестящий серебристо-серый металл.
Название вольфрам перешло на элемент от минерала вольфрамит, который был известен ещё в XVI века под названием «волчья пена» (нем. – Wolf Rahm). Такое название минерал получил потому, что вольфрам, сопровождавший оловянные руды, мешал выплавке олова, переводя его в пену шлаков – «пожирал олово как волк овцу». В английском и французском языках вольфрам называется tungsten, от шведского tung sten — «тяжёлый камень».
В 1781 году знаменитый шведский химик Карл Шееле, обрабатывая азотной кислотой минерал шеелит, получил жёлтый «тяжёлый камень» (триоксид вольфрама). В 1783 году испанские химики братья Элюар сообщили о получении из саксонского минерала вольфрамита как растворимой в аммиаке жёлтой окиси нового металла, так и самого металла. При этом один из братьев, Фаусто, был в Швеции в 1781 году и общался с Шееле. Сам Шееле не претендовал на открытие вольфрама, да и братья Элюар не настаивали на своём приоритете.
Известны изотопы вольфрама с массовыми числами от 158 до 192 (количество протонов 74, нейтронов от 84 до 118), и более 10 ядерных изомеров.
Физические свойства
Вольфрам — самый тугоплавкий из металлов. Блестящий светло-серый металл, похожий на платину, имеет самые высокие из доказанных температуры плавления (3422°C) и кипения (5555°C). При температуре около 1600°C вольфрам хорошо поддаётся ковке.
Плотность чистого вольфрама составляет 19,25 г/см³. Твёрдость по Бринеллю – 488 кг/мм², удельное электрическое сопротивление при 20°C — 55⋅10−9 Ом·м, при 2700°C — 904⋅10−9 Ом·м. Обладает парамагнитными свойствами (магнитная восприимчивость 0,32⋅10−9).
Химические свойства
Вольфрам проявляет валентность от 2 до 6. Наиболее устойчив 6-валентный вольфрам. 3- и 2-валентные соединения вольфрама неустойчивы и практического значения не имеют.
Имеет высокую коррозионную стойкость: при комнатной температуре не изменяется на воздухе; при температуре красного каления медленно окисляется в оксид вольфрама (VI).
В ряду напряжений стоит сразу после водорода, и в соляной, разбавленной серной и плавиковой кислотах почти нерастворим. В азотной кислоте и царской водке окисляется с поверхности. Растворяется в перекиси водорода и смеси азотной и плавиковой кислот.
Вольфрам в природе
Вольфрам встречается в природе главным образом в виде окисленных сложных соединений, образованных трёхокисью вольфрама с оксидами железа, марганца или кальция, иногда свинца, меди, тория и редкоземельных элементов. Промышленное значение имеют вольфрамит (вольфрамат железа и марганца) и шеелит (вольфрамат кальция). Минералы вольфрама обычно вкраплены в гранитные породы и их средняя концентрация вольфрама составляет 1—2%.
Наиболее крупными запасами вольфрама обладают Казахстан, Канада, Китай и США. Известны месторождения в Армении, Боливии, Португалии, России, Узбекистане и Южной Корее.
Получение вольфрама
Процесс получения вольфрама проходит через подстадию выделения триоксида вольфрама из рудных концентратов и последующем восстановлении до металлического порошка водородом при температуре около 700°C. Из-за тугоплавкости вольфрама для получения компактной формы используются методы порошковой металлургии: полученный порошок прессуют, спекают в атмосфере водорода при температуре 1200—1300°C. На следующем этапе через металл пропускают электрический ток, благодаря чему он нагревается до 3000°C и происходит спекание в монолитный материал. Для последующей очистки и получения монокристаллической формы применяют зонную плавку.
Мировое производство вольфрама составляет 49—50 тысяч тонн в год. Основные экспортёры вольфрама – Китай, Южная Корея и Австрия, а главные импортёры – Великобритания, Германия, США и Япония.
Применение
Вольфрам главным образом используется как основа тугоплавких материалов в металлургии. Также, благодаря тугоплавкости, изготавливают нити накаливания в осветительных приборах, кинескопах и других вакуумных трубках. Вольфрам используют в качестве электродов для аргонно-дуговой сварки.
Благодаря высокой плотности вольфрам является основой тяжёлых сплавов, которые используются для противовесов, бронебойных сердечников подкалиберных и стреловидных оперенных снарядов артиллерийских орудий, сердечников бронебойных пуль и сверхскоростных роторов гироскопов для стабилизации полёта баллистических ракет.
Вольфрамосодержащие сплавы отличаются жаропрочностью, кислотостойкостью, твердостью и устойчивостью к истиранию. Такие качества позволяют изготавливать из них хирургические инструменты (сплав «амалой»), танковую броню, оболочки торпед и снарядов, наиболее важные детали самолетов и двигателей, контейнеры для хранения радиоактивных веществ. Вольфрам — важный компонент лучших марок инструментальных сталей.
Биологическая роль
Вольфрам не играет значительной биологической роли. У некоторых архебактерий и бактерий имеются ферменты, включающие вольфрам в своем активном центре.
Пыль вольфрама, как и большинство других видов металлической пыли, раздражает органы дыхания.
Марки вольфрама и сплавов
Среди наиболее распространенных в промышленности марок вольфрама можно выделить – ВЧ, ВА, ВМ, ВТ, ВИ, ВЛ, ВР. Бывает чистый вольфрам с присадками и его сплавы с другими металлами.
ВЧ – чистый вольфрам без присадок.
ВА – содержит кремнещелочную и алюминиевую присадки.
ВМ – содержит кремнещелочную и присадку тория.
ВТ – в качестве присадки используется окись тория.
ВИ – содержит окись иттрия в качестве присадки.
ВЛ – содержит окись лантана в качестве присадки.
ВР – сплав вольфрама с рением.