W, ein chemisches Element der Gruppe VI des Mendelejewschen Periodensystems. Ordnungszahl 74; Atomgewicht 183,85. Es ist ein feuerfestes Schwermetall mit einer hellgrauen Farbe. Natürliches Wolfram besteht aus einer Mischung von fünf stabilen Isotopen mit den Massenzahlen 180, 182, 183, 184 und 186.Wolfram wurde 1781 vom schwedischen Chemiker K. Scheele aus dem Mineral Wolfram, das später Scheelit genannt wurde, als Wolframoxid (WO3) entdeckt und isoliert. 1783 bereiteten die spanischen Chemiker, die Brüder d’Elhuyar, WO3 aus dem Mineral Wolframit vor und erhielten durch Reduktion von WO3 mit Kohlenstoff als erste das eigentliche Metall, das sie Wolfram nannten. Das eigentliche Mineral Wolframit war auch Agricola (16.Jahrhundert) bekannt; Er nannte es Spuma lupi (Wolfscreme), weil Wolfram, das immer Zinnerze begleitet, das Schmelzen von Zinn störte und es in den Schaum oder Abschaum von Schlacken umwandelte („es verschlingt Zinn wie der Wolf die Schafe verschlingt“). In den USA und einigen anderen Ländern wurde das Element auch Wolfram genannt (Schwedisch „schwerer Stein“). Wolfram wurde lange Zeit nicht industriell verwendet. Erst in der zweiten Hälfte des 19.Jahrhunderts wurden die Auswirkungen von Wolfram auf die Eigenschaften von Stahl untersucht.Wolfram ist in der Natur spärlich verteilt; Sein Gehalt in der Erdkruste beträgt 1 x 10 ~ 4 Gewichtsprozent. Es kommt nicht im freien Zustand vor, sondern bildet seine eigenen Mineralien, hauptsächlich Tung-Staaten, unter denen Wolframit, (Fe, Mn) WO4 und Scheelit, CaWO4, von industrieller Bedeutung sind.

Physikalische und chemische Eigenschaften. Wolfram kristallisiert in einem raumzentrierten kubischen Gittersystem mit der Dimension a = 3,1647 Angström. Dichte, 19,3 g / cm3; Schmelzpunkt, 3410 ° + 20 ° C; Siedepunkt, 5900 ° C. Wärmeleitfähigkeit (cal / cm – sec – ° C), 0,31 bei 20 ° C und 0,26 bei 1300 ° C; spezifischer elektrischer Widerstand (Ohm · cm x 10 ~ 6), 5,5 bei 20 ° C und 90,4 bei 2700 ° C; Elektronenarbeitsfunktion, 7,21 x 10 ~ 19 Joule (J), oder 4,55 Elektronenvolt (e V); Hochtemperatur-Strahlungskoeffizient (Watt pro Quadratzentimeter), 18,0 bei 1000 ° C, 64,0 bei 2200 ° C, 153,0 bei 2700 ° C und 255.0 bei 3030 ° C. Die mechanischen Eigenschaften von Wolfram hängen von seiner vorherigen Behandlung ab. Die Zugfestigkeit (Kilogramm-Kraft pro Quadrat-mm) von gesinterten Blöcken beträgt 11, von druckbehandelten Blöcken 100-430; der Elastizitätsmodul beträgt 35.000-38.000 bei Draht und 39.000-41.000 bei Einkristallfäden. Die Brinellhärte von gesinterten Barren beträgt 200-230 und von geschmiedeten Barren 350-400 (1 kgf / mm2 ≈ 10 Meganewton pro Quadratmeter). Bei Raumtemperatur ist die Plastizität von Wolfram gering.

Unter normalen Bedingungen ist Wolfram chemisch stabil. Bei 400-500°C wird das dichte Metall an Luft merklich zu WO3 oxidiert. Oberhalb von 600°C oxidiert Wasserdampf kräftig zu WO2. Die Halogene, Schwefel, Kohlenstoff, Silizium und Bor reagieren mit Wolfram bei hohen Temperaturen; Fluor reagiert mit Wolframpulver bei Raumtemperatur. Wasserstoff reagiert bei Temperaturen bis zum Schmelzpunkt nicht mit Wolfram. Wolfram bildet ein Nitrid mit Stickstoff über 1500 ° C. Unter normalen Bedingungen Wolfram ist beständig gegen Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure und Flusssäure sowie Königswasser; bei 100 ° C reagiert es leicht mit ihnen und löst sich schnell in einer Mischung aus Fluss- und Salpetersäure auf. Beim Erhitzen löst sich Wolfram leicht in Lösungen von Alkalien, und es löst sich schnell in geschmolzenen Alkalien unter Zusatz von Luft oder Oxidationsmitteln; Wolframate werden während dieses Prozesses gebildet. In seiner Zusammensetzung hat Wolfram eine Wertigkeit von 2 bis 6; Die Verbindungen höherer Wertigkeit sind am stabilsten.Wolfram bildet vier Oxide, von denen das höchste das Trioxid WO3 (Wolframtrioxid) und das niedrigste das Dioxid WO2 ist, mit zwei Zwischenoxiden, W10O29 und W4O11. Wolframtrioxid ist ein zitronengelbes Pulver, das sich in Lösungen von Alkalien unter Bildung von Wolframaten löst. Bei der Reduktion mit Wasserstoff erhält man nacheinander die niederen Oxide und Wolfram. Wolframsäure (H2WO4), ein gelbes Pulver, das in Wasser und Säuren praktisch unlöslich ist, entspricht Wolframtrioxid. Lösungen von Wolframaten werden bei ihrer Reaktion mit Lösungen von Alkalien und Ammoniak gebildet. Bei 188 ° C verliert H2WO4 Wasser und bildet WO3. Wolfram bildet mit Chlor eine Reihe von Chloriden und Oxychloriden. Die wichtigsten sind WC16 (Schmelzpunkt, 275 ° C; Siedepunkt, 348 ° C) und WO2Cl2 (Schmelzpunkt, 266° C; sublimiert über 300 ° C), die durch Einwirkung von Chlor auf Wolframtrioxid in Gegenwart von Kohlenstoff erzeugt werden. Wolfram bildet zwei Sulfide mit Schwefel, WS2 und WS3. Die Wolframcarbide WC (Schmelzpunkt, 2900°C) und W2C (Schmelzpunkt, 2750°C) sind feste feuerfeste Verbindungen; sie werden aus Wolfram und Kohlenstoff bei 1000-1500°C hergestellt.

Herstellung und Verwendung. Wolframit- und Scheelitkonzentrate (50-60 Prozent WO3) sind der Rohstoff für die Herstellung von Wolfram. Ferrotungsten (eine Legierung aus Eisen mit 65-80 Prozent Wolfram), die in der Stahlproduktion verwendet wird, wird direkt aus den Konzentraten geschmolzen; Wolframtrioxid wird herausgeschmolzen, um Wolfram und seine Legierungen und Verbindungen zu erhalten. In der Industrie werden verschiedene Methoden verwendet, um WO3 zu erhalten. Scheelitkonzentrate werden durch eine Sodalösung bei 180-200 ° C in Autoklaven (zur Herstellung einer industriellen Lösung von Natriumwolframat) oder mit Salzsäure (zur Herstellung von industrieller Wolframsäure) zersetzt:

(1) CaWO4 (fest) + Na2CO3 (flüssig) = Na2WO4 (flüssig) + CaCO3 (fest)

(2) CaWO4 (fest) +2HC1 (flüssig) = H2WO4 (fest) + CaCl2 (flüssig)

Wolframitkonzentrate werden entweder durch Sintern mit Soda bei 800-900°C zersetzt, gefolgt von Auslaugen des Na2WO4 (fest) + mit Wasser oder durch Erhitzen mit einer Natronlauge. Die Zersetzung mit alkalischen Reagenzien (Soda oder Natronlauge) ergibt eine Lösung von Na2WO4, die Verunreinigungen enthält. Nach Entfernung der Verunreinigungen wird H2WO4 aus der Lösung isoliert. (Um Ausfällungen zu erzeugen, die gröber und leichter zu filtern und zu waschen sind, wird CaWO4 zuerst aus der Na2WO4-Lösung ausgefällt und dann mit Salzsäure zersetzt.) Das getrocknete H2WO4 enthält 0,2-0,3 Prozent Verunreinigungen. Kalzinieren von H2WO4 bei 700-800° C ergibt WO3, aus dem Hartlegierungen hergestellt werden können. Zur Herstellung von metallischem Wolfram wird H2WO4 durch die Ammoniakmethode weiter gereinigt, dh durch Lösen in Ammoniak und Kristallisieren von Ammoniumparawolframat, 5 (NH4) 2O · 12WO3 · „H2O. Die Calcinierung dieses Salzes ergibt reines WO3.

Wolframpulver wird durch die Reduktion von WO3 durch Wasserstoff (Kohlenstoff wird auch bei der Herstellung von Hartmetallen verwendet) in elektrischen Rohröfen bei 700 ° -850 ° C hergestellt. Kompaktes Metall wird aus dem Pulver durch die pulvermetallurgische Methode hergestellt — das heißt durch Komprimieren in Stahlformen bei Drücken von 3-5 Tonnen – Kraft pro Quadratzentimeter und Wärmebehandlung der Knüppel. Die letzte Stufe der Wärmebehandlung, die auf etwa 3000° C erhitzt wird, wird in speziellen Vorrichtungen unter direktem Durchgang eines elektrischen Stroms durch die Knüppel in einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt. Wolfram, das sich nach dem Erhitzen gut für die Druckbehandlung (Schmieden, Ziehen und Walzen) eignet, wird als Ergebnis dieses Prozesses hergestellt. Einzelne Wolframkristalle werden aus den Knüppeln durch das Verfahren des tiegellosen Elektronenstrahlzonenschmelzens erhalten.

In der modernen Technologie wird Wolfram sowohl als reines Metall als auch in Form einer Reihe von Legierungen verwendet, von denen die wichtigsten legierte Stähle, Hartlegierungen auf Wolframcarbidbasis sowie verschleißfeste und temperaturbeständige Legierungen sind. Wolfram ist Bestandteil einer Reihe verschleißfester Legierungen, die zur Beschichtung der Oberflächen von Maschinenteilen (Ventile in Flugzeugtriebwerken, Turbinenschaufeln usw.) verwendet werden. Temperaturbeständige Wolframlegierungen mit anderen Refraktärmetallen werden in der Luftfahrt und Raketentechnik eingesetzt. Sein hoher Schmelzpunkt und niedriger Dampfdruck bei hohen Temperaturen machen Wolfram unentbehrlich für elektrische Lichtfäden sowie für die Herstellung von Teilen vakuumelektrischer Geräte in der Radioelektronik und Röntgentechnik. Verschiedene chemische Verbindungen des Wolframs werden in verschiedenen Technologiebereichen eingesetzt — zum Beispiel Na2WO4 in der Farben- und Textilindustrie und WS2 als Katalysator in der organischen Synthese und effizienter Festschmierstoff für reibbelastete Teile.