Вольфрам, молібден: застосування сплаву

Природними мінеральними утвореннями, які містять вольфрам у різних з'єднаннях і промислових концентраціях, коли видобуток технічно можлива і економічно доцільна, - вольфрам, молібден в рудах, а також берилій, олово, мідь, вісмут, зрідка ртуть, сурма, срібло, золото, миш'як, тантал, сірка, скандій, ніобій - такими рідкісноземельними металами планета, судячи по назві їх групи, не багата. Попутний компонент руди вольфраму - молібден, як і більшість інших, одержуються при збагаченні і переводиться у селективні або колективні концентрати.

Як з'явився вольфрам

Шведський хімік Карл Шееле, за освітою аптекар, проводив досліди у власній лабораторії. Там він відкрив для людства марганець, барій, хлор, навіть кисень. Все своє життя він тільки і робив, що здійснював відкриття, за що його взяли до Стокгольмської академії наук. І навіть незадовго до своєї кончини в 1781 році він улюбленою справою займатися не перестав, таким чином зробивши нам ще один чудовий подарунок. Виробляючи досвід, Карл Шеєле виявив, що тунгстен (мінерал, згодом названий в його честь шеелитом) - це сіль ще якоюсь невідомою кислоти. Це було велике відкриття, але лише через два роки хіміки з Іспанії і його учні виділили з даного мінералу абсолютно новий елемент, перевернув всі постулати в промисловості. Проте переворот цей стався далеко не відразу, минуло сторіччя, перш ніж стало зрозуміло, якими винятковими властивостями володіє вольфрам.

Поділ

В залежності від родовища все вольфрамові руди підрозділяються на два типи: екзогенні та ендогенні. Серед останніх знаходяться скарновие, пегматитовие, прожилково-жильні (гідротермальні), грейзеровие типи генетичних руд, які об'єднуються в три основні рудні формації. Це вольфрам - олово, вольфрам - молібден, вольфрам - поліметали.


Іноді вольфрам зустрічається у пегматитах, звідки і його, і шеелит отримують попутно, ведучи видобуток берилу, каситериту, танталу, ніобатів або сподумена. Пегматитние родовища - джерела утворення алювіальних розсипів - розробляються найбільше на Південно-Сході Азії і в Африці.

Запаси

Вольфрам, молібден в рудах найтіснішим чином пов'язані з гранітними интрузивами, їх апикальними частинами, де спостерігаються прикровлевие поклади, досить часто супроводжуються рудними штокверками як внутрішньо-, так і надинтрузивними. Вони за формою являють собою плащеобразние поклади, изометричние і овальні найчастіше при пологому заляганні. Також відзначені і рудні тіла столбообразного виду та штокверків неправильної форми. Запаси родовищ, де присутні молібден, вольфрам та інші рідкоземельні копалини, майже ніколи не мають великих запасів. Руда оцінюється всього лише у десятки, дуже рідко в сотні тисяч тонн.

Видобуток

Молібден, вольфрам та інші гідротермальні руди знаходяться в зонах екзо - і ендоконтакта масивів граніту, які утворюють досить протяжні в глибину - до кілометра - цілі серії жив крутого падіння, значно рідше буває середнє падіння жили. Також зустрічаються і штокверки. Рудні тіла складаються з кварц-вольфрамит-касситеритовими, кварц-вольфрамитовими включеннями, часто з молібденом, берилію і висмутином, перемежаючись з кварц-молибденит-шеелитовими або кварц-шеелитовими рудами.
Зазвичай в таких рудах містяться вольфрам, молібден, метал інший з рідкоземельних в невеликих кількостях: вольфраму від піввідсотка до півтора відсотків, частіше - менше. І це при запасах руди в кілька тисяч або кілька десятків тисяч тонн, що теж дуже і дуже мало. Видобуток проводиться зазвичай підземним або відкритим способами.

Способи видобутку

Вольфрамові родовища припускають способи видобутку або обваленням шарів або горизонтальним маганизированием руди шарами у відпрацьованих блоках. Також застосовується спосіб закладки виробленого простору, що добре при розробці жив, скарнових або грейзенових покладів. Відкритий спосіб передбачає наявність шторкверков, скарнових або грейзенових покладів або розсипів. На кар'єрах, де добувається руда вольфраму, молібдену, зазвичай діє транспортна система та зовнішнє отвалообразование. У цих випадках видобуток механизируется майже повністю - на дев'яносто п'ять відсотків. Але тут роботи не закінчуються. Руди потребують збагачення, оскільки лише на максимум півтора відсотка вони містять рідкоземельні метали - вольфрам, молібден.

Родовища

На території колишнього СРСР найбільш значні родовища руди вольфраму розвідані в Казахстані, Східній Сибіру та Далекому Сході, на Кавказі і в Середній Азії. Далеко не всі з них розробляються. За кордоном переробка вольфраму і молібдену ведеться особливо багато в Південній Кореї та Китаї. Там знаходяться найбільші родовища в світі. Крім того, видобувають вольфрам в Португалії, Австралії, Канаді, Болівії, США, Франції, Австрії і Туреччини. Тут необхідно сказати, що Південно-Східна Азія та її Тихоокеанський рудний пояс мають більше шістдесяти відсотків всіх запасів вольфраму на землі. Всього ж у розвіданих родовищах планети сумарні запаси вольфраму набагато менше півтора мільйонів тонн. Наприклад, золота щорічно видобувається (не в запасах, а саме пускається в хід) близько 4278200 тонн.

Властивості

Будучи одним з найбільш тугоплавких металів, вольфрам стає буквально незамінним у всіх областях, які пов'язані з високими температурами. Як хімічний елемент Wolframium (W) знаходиться в четвертій групі періодичної системи. Його атомна маса 18385 а номер 74. Назву він отримав завдяки своєму світло-сірого кольору - з німецької Wolf і Rahm переводяться як "вовк" і "вершки", якщо буквально - "вовча піна". Незважаючи на тугоплавкість, при звичайній температурі стійкий. Мінерали, які постачають вольфрам, - шеелит і вольфрамит. Вольфрам - один з найголовніших компонентів надтвердих жароміцних сталей - швидкорізальних та інструментальних, а також сплавів, що володіють тими ж властивостями - стеллит, переможе і так далі. А ось чистий вольфрам ми бачимо щодня, оскільки він широко використовується в електротехніці. Наприклад, в лампах розжарювання нитки з вольфраму. Також він незамінний в радіоелектроніці. Електронні прилади мають катоди і аноди з цього металу.

Марки сплавів

Переробка вольфраму і молібдену складна, але надзвичайно вигідна. Промисловість знає кілька марок, серед яких є більш поширені і менш. Вольфрам буває чистий, з присадками і в сплавах з іншими металами. Таким чином, розрізняються марки ВР - сплав вольфраму і ренію; ВЛ - з оксидом лантану як присадки; ВІ - з оксидом ітрію; ВТ - в якості присадки окис торію; ВМ - з кремнещелочной і присадкою торію; ВА - з кремнещелочной і алюмінієвої присадками; ВЧ - чистий вольфрам. Вольфрам служить основою для твердих сплавів, а сплав вольфраму і молібдену - жароміцний, як і деякі інші. Також з його участю готують зносостійку інструментальну сталь. З таких сплавів робляться багато деталей двигунів - авіаційних і космічних, в електровакуумних приладах - різні деталі і нитки розжарювання. Оскільки щільність цього металу дуже висока, його використовують для противаг, для куль і артилерійських снарядів, для балістичних ракет (стабілізація польоту, вольфрам витримує всі сто вісімдесят тисяч обертів у хвилину) для надшвидкісних роторів теж використовуються такі метали, як вольфрам, молібден. Застосування їх, як ми бачимо, досить широко і навіть, можна сказати, вишукано.

Сфери застосування

Без цих рідкоземельних металів, якими є хром, молібден, вольфрам, сьогодні не обходиться ні медицина, ні ядерна фізика. Монокристали всіх вольфраматов служать сцинтилляционними детекторами рентгенівського випромінювання, а також і інших іонізуючих випромінювань. Дителлурид вольфраму (WTe 2 ) застосовують при перетворенні теплової енергії в електричну. Навіть аргонодугове зварювання використовують вольфрам як електрод. Особливо широко застосовуються сполуки вольфраму. Композитні матеріали і тверді сплави, що мають основою карбід вольфраму, потрібні для механічної обробки як металів, так і неметалевих конструкцій. Особливо це необхідно в машинобудуванні: фрезерування, точіння, довбання, стругання. Не обійтися без твердих сплавів при бурінні свердловин і в гірничодобувній промисловості, а для цього потрібні вольфрам, молібден - виробництво освоює все нові технології з їх допомогою.

Види продукції з рідкоземельних металів

WS 2 (сульфід вольфраму) - високотемпературна мастило, що витримує до п'ятисот градусів за Цельсієм. Там, де проводиться твердий електроліт (високотемпературні паливні елементи), застосовують триокис вольфраму. Текстильна, лакофарбова промисловості значно поліпшили і ускладнили технології, використовуючи з'єднання вольфраму як каталізатор і пігмент при органічному синтезі. Промисловістю випускається величезна кількість різноманітної продукції, де містяться вольфрам, молібден і інші рідкоземельні метали. Найпоширеніше - це електроди, дріт, вольфрамовий порошок, лист і штабик. Електроди ніколи не плавляться і тому можуть використовуватися для зварювання високолегованих сталей, кольорових металів та матеріалів з різним хімічним складом. Ні один електрод не забезпечить такої високої міцності зварного шва.

Молібден

Сплави молібдену і сам він відносяться до матеріалів тугоплавким. У чистому вигляді застосовується у вигляді дроту або стрічки для нагрівальних приладів - електропечей, навіть працюють у водні з температурою 1600°С. Жерсть з молібдену і дріт потрібні в радіоелектронній промисловості, їх використовують і в рентгенотехніки, з молібдену виготовляють різноманітні деталі для рентгенівських трубок, електронних ламп, вакуумних приладів. Крім того, молібден, як і вольфрам, дуже широко застосовується для поліпшення сталей. Присадка молібдену збільшує міцність, прожарювана, корозійну стійкість, в'язкість. Тому вольфрам і молібден використовуються при створенні самих відповідальних виробів і найголовніших деталей. Для твердості в такий сплав вводяться стелліти - хром і кобальт, щоб наплавить кромки деталей, що працюють на знос. Хром, молібден, вольфрам - такий сплав практично неможливо стерти. Також йому віддано одне з перших місць у ряді кислотостійких і жаростійких сплавів.

Космос

Сплав вольфраму і молібдену в складі обшивки головної частини будь-якої ракети і літаки. По міцності на першому місці вольфрам, на другому - молібден. Однак питома міцність при температурах близько півтори тисячі градусів за Цельсієм виводить сплави з молібденом на перше місце. Якщо температури ще вище - то вольфрам і тантал непереможні. З молібдену виготовлені стільникові панелі всіх літальних космічних апаратів, оболонки капсул і ракет, які повертаються на Землю, теплообмінники, теплові екрани, обшивка країв крил, стабілізатори. Там, де умови роботи важкі, допомагають рідкоземельні метали. Від такого матеріалу можна чекати високого опору окислениям і газової ерозії, високої міцності і здатності тримати удар. Багато деталей турбореактивних та ракетних двигунів, хвостові спідниці, лопатки турбін, заслінки форсунок, поверхні управління, сопла ракетних двигунів і так далі - на всіх цих важких роботах справляється молібден.

На Землі

Перспективні матеріали для обладнання, які працюють у середовищі фосфорної, сірчаної та соляної кислот, робляться з молібдену та його сплавів. Він стійкий навіть у розплавленому склі, і тому скляна промисловість широко використовує молібден в якості електродів для плавки. З його сплавів виготовлені стрижні і прес-форми для лиття під високим тиском мідних, цинкових і алюмінієвих сплавів. З молібденом обробляють стали під тиском - прессштемпели, матриці, оправки прошивних станів. Самі стали молібден теж значно покращує.