Энциклопедический словарь по металлургии - вольфрам (w)

[tungsten] — элемент IV группы Периодической системы; атомный номер 74, атомная масса 183,85; тугоплавкий тяжелый металл светло-серого цвета. Природный W состоит из смеси пяти стабильных изотопов:¹⁸⁰W, ¹⁸²W, ¹⁸³W, ¹⁸⁴W и ¹⁸⁶W. Был открыт и выделен в виде WO3 в 1781 г. шведским химиком К. Шееле. Металлический W был получен восстановлением WO3 углеродом в 1783 г. испытан химиками братьями д'Элуяр. W мало распространен в природе; его содержание в земной коре 1·10^-4 мас. %. В свободном состоянии не встречается, образует собственные минералы, главным образом, вольфраматы (соли вольфрамовых кислот с общей формулой хH2О·уWO3, из которых промышленное значение имеют вольфрамит (Fe, Mn)WO4 (содержащий 74-76 % WO3) и шеелит CaWO4 (-80 % WO3).

W имеет ОЦК решетку с периодом а = 0,31647 нм; γ = 19,3 г/см³; tпл = 3400 + 20 °С; tкип = 5900 °С; λ20 °С= 130,2 Вт/(м • К), ρ20 °С = 5,5 • 10^-6 Ом • Смотри Для кованого слитка σв = 1,0-4,3 ГПа; НВ = 3,5-4,0 ГПа; Е= 350+ 380 ГПа для проволоки и 390-410 ГПа для монокристаллической нити. При комнатной температуре W малопластичен. В обычных условиях W химически стоек. При 400 — 500 °С компактный металл заметно окисляется на воздухе до WO3. Галогены, сера, H2SO4, HNO3, и HF, а также к царской водке. Валентность W в соединениях от 2 до 6, наиболее устойчивы соединения высшей валентности. W образует четыре оксид:а высший-WO3 (вольфрамовый ангидрид:), низший-WO2 и два промежуточных-W10О29, и W4O11. С хлором W образует ряд хлоридов и оксихлоридов. Наиболее важные их них: WCl6 (tпл = 275 °С, tкип = 348 °С) и WO2Cl2 (tкип = 266 °С, выше 300 °С сублимирует) — получаются при действии хлора на WO, в присутствии угля. С серой W образует сульфиды WS2 и WS3. Карбиды вольфрама WC (tпл = 2900 *С) и W2C (tпл = 2750 °С) — твёрдые тугоплавкие соединения; образуются при взаимодействии W с углеродом при 1000-1500 °С.

Сырьем для промышленного получения W служат вольфрамитовые и шеелитовые концентраты (50-60 % WO,). Из концентратов непосредственно выплавляют ферровольфрам (сплав Fe с 65-80 % W), используемый в производстве стали. Для получения W, его сплавов и соединений выделяют WO3. В промышленности применяют несколько способов получения WO3. Шеелитовые концентраты разлагают в автоклавах раствором соды при 180 — 200 °С (получают технический раствор вольфрамата натрия) или соляной кислотой (получают техническую вольфрамовую кислоту):

CaWO4(тв) + Na2CO3(ж) = Na2WO4 + СаСО3(тв),

CaWO4(тв) + 2НСI(ж) = H2WO4(тв) + СаСl2(раствор).

Вольфрамитовые концентраты разлагают либо спеканием с содой при 800-900 °С с последующим выщелачиванием Na2WO4 водой, либо обработкой при нагревании раствором NaOH. При разложении щелочными агентами (содой или едким натром) образуется раствор Na2WO4, загрязнёный примесями. После их отделения из раствора выделяют H2WO4. Высушенный H2WO4 содержит 0,2 — 0,3 % примесей. Прокаливанием H2WO4 при 700 — 800 °С получают WO3, а уже из него металлический W и его соединения. При этом для производства металлического W дополнительно H2WO4 очищают аммиачным способом. Порошок W получают восстановлением WO3 водородом, а также и углеродом (в производстве твёрдых сплавов) в трубчатых электрических печах при 700 — 850 °С. Компактный металл получают из порошка способами порошковой металлургии в виде заготовок-штабиков, которые хорошо поддаются обработке давлением (ковке, волочению, прокатке и т. п.). Из штабиков методом бестигельной электроннолучевой зонной плавки получают также монокристаллы W.

W широко применяется в современной технике в виде чистого металла и ряде сплавов, наиболее важные из которых легированные конструкционные, быстрорежущие, инструментальные стали, твёрдые сплавы на основе карбида W, жаропрочные и некоторые другие специальные сплавы (Смотри Вольфрамовые сплавы). Тугоплавкость и низкое давление пара при высоких температураx делают W незаменимым для деталей электровакуумных приборов в радиои рентгенотехнике. В разных областях техники используют некоторые химические соединения W, например Na2WO4 (в лакокрасочной и текстильной промышленности), WS2 (катализатор в органическом синтезе,