2 метода добычи вольфрама исходя из температуры плавления
Вольфрам считается самым тугоплавким металлом на Земле, что делает его незаменимым в некоторых областях промышленности и повседневной жизни. Параллельно, из-за оговорённого свойства, заниматься обработкой металла крайне сложно.
В сегодняшней статье мы расскажем какова температура плавления вольфрама + нюансы изготовления металла в рамках РФ и за границей.
Оглавление
Разбор химического элемента
Вольфрам расположен на 74 позиции таблицы Менделеева, а обозначение – латинская «W». В классическом представлении мы видим серебристое твердое вещество с беловатым оттенком. Элемент относится к побочным.
Впервые о вольфраме начали говорить в конце XVI столетия. Невероятно твердый материал называли вольфрамит, что с латыни звучит как «волчья пена». Первая добыча вольфрама в лаборатории произошло в 1781 году под руководством шведа Шееле.
| У металла плотность составляет 19.3 грамма на сантиметр кубический. | Большое значение стойкости к коррозии. |
| Низкая магнитная восприимчивость переводит вольфрам в группу парамагнетиков. | Валентность от 2 до 6, с максимальной устойчивостью при значении 3. |
| Твердость вещества по Бринеллю составляет почти 490 килограмм на миллиметр квадратный. | В нормальных условиях инертен, но в процессе «красного каления» начинает медленно окисляться до оксида вольфрама. |
| Удельное сопротивление электричеству при нормальных условиях составляет 70*10^ (-9) Ом*метр. | В ряде напряжений у вольфрама место за водородом. |
| Звуковая скорость внутри вольфрама отожженного типа составляет 4 300 метров в секунду. | Не растворяется в кислотных средах серного и соляного типов, но растворим в пероксидах на основе водорода. |
| При превышении температурной отметки в 1 600 градусов Цельсия, увеличивает пластичность и становится ковким. | Если имеется окисляющее вещество, выступает как реагент. Когда значение в градусах Цельсия повышается до 550, процессы протекают в разы быстрее. |
Чистый вольфрам не встречается. Его кларки имеются в поверхности земной коры в концентрации 0.00014%. Средние значения по содержанию среди различных пород скачут в промежутке 0.1-2.0 граммов на тонну. Классификация элемента по маркировке представлена в таблице ниже.
| «ВЧ» | Чистый металл | Примеси нет |
| «ВА» | Внедрение алюминия и кремнещелочи | Увеличение устойчивости формы при высоких температурах. Повышение послеотжигной прочности и увеличение температурного режима первичной рекристаллизации |
| «ВМ» | Кремнещелоч + торий | Повышение рекристализационной структуры и прочности при влиянии высоких температур. |
| «ВТ» | Окись тория | Увеличение эмиссионных качеств |
| «ВИ» | Окись иттрия | Увеличение эмиссионных качеств |
| «ВЛ» | Окись лантана | Увеличение эмиссионных качеств |
| «ВР» | Рений | Повышение уровня пластичности, прочности при влиянии высоких температур, удельного сопротивления и т.э.д.с. |
| «ВРН» | Примеси без присадок | - |
| «МВ» | Молибден | Увеличение параметра стойкости + параллельное увеличение пластичности материала после отжига. |
Наибольшими месторождениями руд вольфрама обладают Канада с Китаем. Небольшие залежи имеются также в России и Корее. В год добывают порядка 60 тысяч тонн тугоплавкого металла. Доля Китая в этом составляет 40%+. Лидерами импорта выступает США, Япония и Германия, а экспортеры – Китай, Южная Корея и Австралия.
О направлениях использования вольфрама расскажет таблица ниже.
| Спецсталь | В данном случае вольфрам является либо ключевым компонентом, либо выступает легирующей добавкой. К специальным сталям с вольфрамными вкраплениями относят быстрорежущие (до 23% W), инструментальные (до 2%), и хромвольфраммарганцевые (до 1.5%). Из спецсталей |
| Сплавы твердого типа | Основа из карбида в связке с вольфрамом – добавка с большими показателями тугоплавкости, прочности + стойкости к износу. Долевое вхождение чистого вольфрама составляет от 85% до 95%. Сплавы твердого типа используются с целью элементов буров компонентов для резки. |
| Сплавы на износ | Здесь на всю используется свойство тугоплавкости вольфрама. Популярными сплавками с устойчивостью к жару являются вариации с вкраплениями хрома или кобальта. Сплав используют как наплавки для поверхностей, что сильно изнашиваются. В частности, автомобильные запчасти. |
| Сплавы «тяжелого» и контактного типа | В категорию относят сплавы, содержащие купрум или аргентум. Материал эффективно себя проявляет в процессе производства компонентов для будильников, электродов на сварку и тому подобного. |
| Освещение | Вольфрамовая проволока – это основа для нитей накаливания, что повсеместно применяются нами в быту. Помимо этого, тонкие прутики из сплава металла применяются как электронагревающий компонент для печей с высоким температурным режимом. Работа оговоренных деталей протекает в вакуумной сфере или других газообразных инертных средах на основе водорода. |
| Электродные составляющие в сварках | «W» – основа для дуговой сварки. Материал выдерживает колоссальные температуры, что позволяет обрабатывать сваркой любой существующий металл. |
В отношении распространенности, вольфрамовые прутки удерживают лидирующие позиции по количеству заготовок. Сырьевой основой для производства прутиков служит штабик. Оговоренные детали служат основой для сварочных работ в быту и промышленности. Недалеко ушла по популярности и вольфрамовая проволока. Далее будут описаны особенности изготовления непосредственно вольфрама + его заготовок.
Температура плавления вольфрама: точное значение + технология плавки
Вольфрам хорош, но не панацея промышленности. Из-за редкости элементосодержащих минералов, его добыча физически ограничена. Недостатки имеются и в свойствах элемента – окисление при скачке температуры выше 700 градусов или повышенная хрупкость из-за преодоления точки в 500 градусов Цельсия со знаком плюс.
1) Какова температура плавления вольфрама?
К тепловым параметрам можно отнести сразу несколько показателей химического элемента – удельную теплоту плавления, удельную теплоту испарения, температуру плавления и температуру кипения. Начнем с основного значения для промышленного использования металл – температура плавления вольфрама составляет 3 422 градуса по Цельсию или 3895 по Кельвину и 6 192 по Фаренгейту.
Важно: температура плавления сплавов вольфрама может отличаться от базового значения для чистого вещества в пределах 30%-40%, что накладывает определённые ограничения на области применения металлических веществ в некоторых областях промышленности.
Температура кипения вольфрама еще выше, и тяжела для понимания рядового человека – 5 555 градусов Цельсия или 5 828 Кельвина (10 031 Фаренгейта). Удельная теплота испарения 4 482 килоджоуля деленных на килограмм, а удельная теплота плавления – 286 килоджоулей на килограмм.
Где и как добыть вольфрам в бытовых приборах и другом оборудовании?
2) Промышленная технология производства и плавления вольфрама
Вольфрам расположен в списке редких металлов, куда входит также рубидий, молибден и прочие элементы. Большинство месторождений образовано из оксидов. Если рассчитать долевое содержание в рудах чистого вольфрама, то получится не более 2%, а в 90% случаев это значение вообще меньше единицы.
Обратите внимание: из-за высокой температуры плавления + химической стойкости элемента, его добыча в домашних условиях невозможна.
С целью добычи чистого вещества применяются специфичные методики, основанные на восстановительных процессах из оксидов. Напрямую с руды получить вольфрам не получится. Промежуточным этапом является переработка на химсоединения и дальнейшее обогащение. Шаги изготовления вольфрамового порошка описаны в таблице ниже.
| 1. | Обогащение | Минеральные руды элемента обогащают путем флотации, гравитации и сепарации. Итогом становится концентрированное соединение, где доля триоксида вольфрама составит от 53% до 66%. При обогащении параллельно происходит контроль долевого вхождения сопутствующих процессам примесей – меди, олова, висмута и прочих металлов. |
| 2. | Извлечение ангидрида из концентратов | Полученный при обогащении триоксид вольфрама становится сырьем для изготовления высококонцентрированного металлического вольфрама либо его карбидной разновидности. Итоговая доля оксида вольфрама составит выше 99%. Для получения результата концентрат разлагают химическим путем, потом происходит выщелачивание и обработка до вольфрамовой технической кислоты. |
| 3. | Изготовление порошка | Концентрат с высокой долей вольфрама восстанавливают посредством углерода/водорода, и в итоге получается металлический порошок вольфрама. Метод восстановления через углерод менее популярен, ибо в процессе происходит образование карбидов, которые негативно сказываются на физических свойствах готового порошка вольфрама. Благодаря контролю химсостава производитель способен по желанию менять размер с формой зерен, или даже сразу переводить порошок в гранулы. |
| 4. | Изготовление вольфрама компактного типа | Здесь уже из готового порошка формируются болванки для будущих изделий. Форма болванок – прутки, шарики/крупные гранулы или слитки. |
В отношении плавки вольфрама, то здесь существует 2 технологии – порошковый метод и непосредственно расплавление. Второй способ в качестве основного оборудования использует электрические печи дугового типа, имеющие расходуемые электроды.
Порошковая технология, более распространенная в мире, ибо она дает возможность предельно точно распределять вхождение присадок в вольфрамовые сплавы. У изначального сырья имеется ряд базовых требований по качеству, главным из которых является содержание примесей менее 0.05%.
Получение компактного вольфрама порошковым способом:
- Порошковый вольфрам прессуют в прямоугольные параллелепипеды.
- Заготовки спекают при низких (сравнительно низких для вольфрама) температурах.
- Повторное спекание заготовок по типу сварки.
- Механическая обработка заготовок для получения полуфабрикатных элементов, таких как прутки, слитки и проволока.
Получаемые в процесс прессовки штабики имеют низкий запас пластичности, потому, для ковки используется влияние высоких температур. Оговоренный метод не дает возможности делать из вольфрама заготовки крупных габаритов, что накладывает на производство значительные ограничения. Альтернатива – гидростатическое прессование. Способ позволяет получать не только габаритные заготовки, но и детали неправильной формы. Получаемые элементы отличаются высокой плотностью + не имеют трещин или других дефектов производства.
Плавка использоваться также для получения болванок весом от 400 кг и выше. Основные детали, для производства которых используется метод плавки – трубы и изделия сложной формы, что можно получить исключительно методом литья.
Правила плавки вольфрама:
- использование только специализированного оборудования;
- электродами служат или пакеты спеченных штабиков, либо заготовки, полученные путем гидростатического прессования;
- плавить вольфрам можно только в вакууме или разреженной водородной атмосфере;
- перед помещением в электрическую дуговую печь, вольфрам подвергается плавке в электронно-лучевой печи. Оговоренные действия необходимы для уменьшения кристаллической структуры вещества.
Итогом плавки становятся слитки вольфрама крупно или мелкозернистой структуры. Если производство требует исключительно мелкозернистые слитки металла, используется дуговая гарнисажная плавка, с последующим разливом вольфрама в изложницу.
Что можно вынести из сказанного выше? Температура плавления вольфрама не позволяет его добывать дома –это технологически сложный процесс, требующий знаний и навыков. При желании, можно воспользоваться заготовками компактного вольфрама, и выковать необходимую деталь на заказ или собственноручно.
