Температура нити электрической лампочки превышает 2500°С. Большинство металлов при такой температуре плавится, некоторые же кипят и быстро испаряются. В данном случае выручает вольфрам - самый тугоплавкий из всех металлов. Температура плавления вольфрама достигает 3410°С. Трудно переоценить значение вольфрама в производстве электрических ламп, особенно если учесть, что в мире ежегодно изготавливают несколько миллиардов электрических лампочек. Несколько миллиардов! Чтобы составить себе представление о грандиозности этих цифр, достаточно сказать, что, например, миллиард минут составляет более 19 столетий.
В изломе куска чугуна или стали можно различить отдельные кристаллы. Иногда они крупные и видимы простым глазом, чаще - мелкие, различимые с помощью лупы или только под микроскопом.
Но всегда таких кристаллов множество и, как говорят в таких случаях, кусок металла имеет поликристаллическую структуру. Совсем иначе выглядит волосок электролампы: прежде всего - это один кристалл, или, как говорят в технике, монокристалл (от греческого "монос"-один). Много усилий потратили исследователи, пока нашли условия, при которых из вольфрамового порошка можно получить монокристалл в виде проволочки большой длины. Если учесть, что температура плавления вольфрама равна 3410°С, можно представить, как трудно его получить в чистом виде. В этом состоит, главным образом, объяснение тому, что вольфрам, открытый еще в 1781 г. и выделенный с. примесями в 1783 г. Дон-Фаусто-Дель-Гюаром, был получен в чистом виде лишь через 67 лет.
Вольфрам растворяется лишь в смеси двух кислот: плавиковой и азотной. В "царской водке" происходит лишь медленное окисление; вольфрама с поверхности.
Так, волосок электролампы - это монокристалл вольфрама толщиной всего в несколько сотых долей миллиметра. Из вольфрама же делают и антикатода мощных рентгеновских трубок.
При случае осмотрите контакты прерывателя на магнето, установленном в моторе трактора. В тех местах, где сотни раз в секунду вспыхивает и гаснет электрическая искра,- на контактах прерывателей - укреплена тоненькая табличка из вольфрама. При использовании любого другого материала двигатель не мог бы долго работать: контакты будут "пригорать", окисляться, и продукты окисления надо убирать, счищать. Хорошо, если зачистку контактов можно осуществить на земле, а как быть, например, в воздухе, если откажет мотор самолета? Вольфрам и здесь оказывается незаменимым.
Так называемые сверхтвердые сплавы представляют собой смесь порошков карбидов, сцементированных кобальтом. К тому же получают эти "сплавы" не сплавлением, а, как уже упоминалось, спеканием. Обязательной составной частью сверхтвердых материалов являются карбиды вольфрама. Такие сплавы содержат 78-88 % вольфрама, 6-15 % кобальта и 5-6 % углерода. Допуская огромные скорости обработки металла, они не теряют твердости даже при нагревании до 1000°С. Аналогичный "сверхтвердый сплав" называется "видиа" - от сокращенного слова; "ви диамант" - "как алмаз". В известной мере такое сравнение законно: пластинки для резцов успешно заменяют роль алмаза в коронках для бурения нефтяных и газовых скважин. По твердости "победит" приближается к алмазу, но выгодно отличается от него меньшей хрупкостью и большей дешевизной. Много вольфрама используется для получения высокопроцентного сплава вольфрама (50-80%) с железом-ферровольфрама, расходуемого для разнообразных нужд металлургической промышленности.
В буквальном переводе название "вольфрам" означает "волчья пасть". Происхождение названия связано со следующим явлением. Если в оловянной руде находятся соединения, содержащие вольфрам, количество получаемого олова значительно уменьшается. Вольфрам "съедает" олово, как волк овцу.
Минералы, содержащие вольфрам, имеют большой вес. По этой причине один из таких минералов получил название "тунгстен" - "тяжелый камень". Во Франции и Англии этим названием обозначается и сам вольфрам.
Вольфра́м — химический элемент таблицы Менделеева с атомным номером 74 в периодической системе, обозначается символом W (лат. Wolframium), твёрдый серый переходный металл. Главное применение — как основа тугоплавких материалов в металлургии. Крайне тугоплавок, при стандартных условиях химически стоек.
История и происхождение названия
Название Wolframium перешло на элемент с минерала вольфрамит, известного ещё в XVI в. под названием «волчья пена» — «Spuma lupi» на латыни, или «Wolf Rahm» по-немецки. Название было связано с тем, что вольфрам, сопровождая оловянные руды, мешал выплавке олова, переводя его в пену шлаков («пожирает олово как волк овцу»).
В настоящее время в США, Великобритании и Франции для вольфрама используют название «tungsten» (швед. tung sten — «тяжелый камень»).
В 1781 знаменитый шведский химик Шееле , обрабатывая азотной кислотой минерал шеелит, получил желтый «тяжелый камень». В 1783 испанские химики братья Элюар сообщили о получении из саксонского минерала вольфрамита жёлтой окиси нового металла, растворимой в аммиаке. При этом один из братьев, Фаусто, был в Швеции в 1781 и общался с Шееле. Шееле не претендовал на открытие вольфрама, а братья Элюар не настаивали на своём приоритете.
Получение
Процесс получения вольфрама проходит через подстадию выделения триоксида WO3 из рудных концентратов и последующем восстановлении до металлического порошка водородом при температуре ок. 700 °C. Из-за высокой температуры плавления вольфрама для получения компактной формы используются методы порошковой металлургии: полученный порошок прессуют, спекают в атмосфере водорода при температуре 1200—1300 °C, затем пропускают через него электрический ток. Металл нагревается до 3000 °C, при этом происходит спекание в монолитный материал. Для последующей очистки и получения монокристаллической формы используется зонная плавка.
Свойства
Физические
Вольфрам — светло-серый металл, имеющий самые высокие доказанные температуры плавления и кипения (предполагается, что сиборгий ещё более тугоплавок, но пока что об этом твёрдо утверждать нельзя — время существования сиборгия очень мало).
Вольфрам является одним из наиболее тяжелых, твердых и самым тугоплавким металлом. В чистом виде представляет собой металл серебристо-белого цвета, похожий на платину, при температуре около 1600 °C хорошо поддается ковке и может быть вытянут в тонкую нить.
Химические
Валентность от 2 до 6. Наиболее устойчив 6-валентный вольфрам. 3- и 2-валентные соединения вольфрама неустойчивы и практического значения не имеют.
Вольфрам имеет высокую коррозионную стойкость: при комнатной температуре не изменяется на воздухе; при температуре красного каления медленно окисляется в оксид вольфрама VI; в соляной, серной и плавиковой кислотах почти не растворим. В азотной кислоте и царской водке окисляется с поверхности. В смеси азотной и плавиковой кислоты растворяется, образуя вольфрамовую кислоту. Из соединений вольфрама наибольшее значение имеют: триоксид вольфрама или вольфрамовый ангидрид, вольфраматы, перекисные соединения с общей формулой Me2WOx, а также соединения с галогенами, серой и углеродом. Вольфраматы склонны к образованию полимерных анионов, в том числе гетерополисоединений с включением других переходных металлов.
Источник: Википедия
В 1929 г. английская фирма обратилась к директору далекого сибирского завода с предложением заключить необычное торговле соглашение. Фирма просила продать ей пустую породу - отбросы производства этого завода цветных металлов, из которой, казалось, все уже полностью "выжали". Фирму не смущало расстояние. Десятки тысяч тонн "пустой" земли нужно было провозить через воловину Азии и всю Европу. Повышенный интерес к отбросам заставил насторожиться. Лучшим химикам завода было дано задание произвести анализ "пустой породы" на присутствие в ней редких элементов. Анализы были произведены, и химики нашли в ней редкий металл, который всего четыре года тому назад был обнаружен германскими химиками, супругами И. и В. Ноддак. В честь реки Рейн (от латинского названия "ренус") и одноименной провинции открытый металл назвали рением.
Между прочим, известный чешский ученый И. Друце, почетный член Академии наук Чехословакии, в монографии, посвященной истории открытия, химическим свойствам и применению металлического рения, считает, что утвердившееся мнение о бесспорности приоритета в открытии рения Вальтера Ноддака и Иды Ноддак (Таке) не имеет под собой прочной основы. Дело в том, что совершенно независимо от них, открывших рений в молибдените, И. Друце совместно с Ф. Лорингом выделили рений из пиролюзита. Причем И. Друце считает, что вместе с ними честь открытия рения должны разделить также чешские ученые Я. Гейровский и В. Долейжек. Они установили наличие следов рения в неочищенных марганцевых препаратах с помощью изобретенного Я. Гейровским полярографа. В. Долейжек подтвердил наличие нового элемента рентгенографическими исследованиями. Народу с этим И. Друце отмечает, что задолго до работ супругов Ноддак, Друце и Гейровского русские исследователи Герман (в 1846 г.) и С. Керн (в 1877 т.) установили существование нового элемента, обладавшего свойствами, которые затем были описаны у рения. Герман назвал этот элемент ильмением, а С. Керн в честь знаменитого английского химика Дэви - девием. Следует отметить то обстоятельство, что, хотя открытие русских ученых было незаслуженно забыто, качественная реакция на рений (через роданидовый комплекс), открытая С. Керном, используется в аналитической химии до настоящего времени. Несомненное существование рения было предсказано (1871 г.) Д. И. Менделеевым под именем двимарганца((от санскритского "дви"- два; экамарганцем оказался технеций).
Рений - один из самых тяжелых (плотность 21,0) и тугоплавких (3170°С) металлов, по внешнему виду напоминающий платину. Свойства рения оказались чрезвычайно ценными для электротехнической промышленности. Так, например, при нагревании до 1500°С он почти не соединяется с кислородом и не распыляется. На чистый рений не действуют соляная, серная и плавиковая кислоты. Даже при кипячении в этих кислотах рений не растворяется. Незаменимость металлического рения для нитей электроламп, большая долговечность по сравнению с вольфрамовыми нитями были причиной повышенного интереса английской фирмы к отвалам сибирского завода, содержащим рений. Единственное препятствие для широкого применения рения представляет трудность его получения. Достаточно указать, что в минералах, содержащих рений, например в молибденитах, самых богатых по содержанию рения, количество его не превышает нескольких граммов на тонну руды. К тому же чистый минерал молибденит почти на 80-90 % всегда разбавлен пустой породой. Вот и подсчитайте, сколько нужно переработать руды, содержащей рений, чтобы получить 1 г металла.
Производство рения особенно широко стало развертываться с 1929 г. в Германии. В 1930 г. мировое производство рения составляло всего... 3 г. А через 10 лет, в 1910 г., в Германии уже было выработано 200 кг. Правда это тоже сравнительно скромная цифра: ведь золота, например, добывают больше тысячи тонн в год. Добыча подобных распыленных элементов представляет даже при нынешнем уровне знания и при разнообразии приемов достаточно сложную задачу. Как правило, предварительная подготовка сырья состоит в обогащении методом флотации. Используя образное сравнение, процесс флотации можно описать так: в толпе зрителей (пустая порода) находится один воздухоплаватель (минерал), который должен отделиться от толпы. Роль воздушного шара для полета играет пузырек воздуха с оболочкой из масла (флотареагент). Регулятором процесса является погода (характер водного раствора), при которой происходит подъем; вещества-подавители выполняют роль мешков с песком, регулирующих скорость подъема. Канатом служат силы смачивания, которые приклеивают минерал к воздушному шару - масляному пузырьку. Множество пузырьков с крупинками минерала и есть конечный продукт флотации - концентрат.
Являясь прекрасным материалом для изготовления термопар (часть прибора для измерения температур), электродов, кончиков перьев авторучек, опорных игл компасных стрелок и других деталей, где высокая устойчивость должна сочетаться с большой твердостью и наименьшей изнашиваемостью, рений из-за высокой стоимости и ограниченности сырья для его получения используется все еще в небольших масштабах.
Приходится сожалеть, что природа так бедна рением, на долю которого приходится всего лишь несколько миллиардных долей процента (910-9) от общего числа атомов земной коры.
Рений — химический элемент с атомным номером 75. В периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом Re (лат. Rhenium). При стандартных условиях представляет собой плотный, серебристо-белый металл.
История
Существование рения было предсказано Д. И. Менделеевым («двимарганец»), по аналогии свойств элементов в группе периодической системы.
Элемент открыли в 1925 году немецкие химики Ида и Вальтер Ноддак при проведении исследований в лаборатории компании Siemens & Halske. Элемент назван в честь Рейнской провинции Германии — родины Иды Ноддак.
Рений стал последним открытым нерадиоактивным элементом.
Технология получения рения
Рений получают при переработке сырья с очень низким содержанием целевого компонента (в основном это медное и молибденовое сульфидное сырье).
Переработка сульфидного ренийсодержащего медного и молибденового сырья основана на пирометаллургических процессах (плавка, конвертирование, окислительные обжиг). В условиях высоких температур рений возгоняется в виде высшего оксида Re2O7, который затем задерживается в системах пылегазоулавливания.
В случае неполной возгонки рения при обжиге молибденитовых концентратов, часть его остается в огарке и затем переходит в аммиачные или содовые растворы выщелачивания огарков. Таким образом, источниками получения рения при переработке молибденитовых концентратов могут служить сернокислотные растворы мокрых систем пылеулавливания и маточные растворы после гидрометаллургической переработки огарков.
При плавке медных концентратов с газами уносится 56—60 % рения. Невозогнавшийся рений целиком переходит в штейн. При конвертировании последнего содержащийся в нем рений удаляется с газами. Если печные и конверторные газы используют для производства серной кислоты, то рений концентрируется в промывной циркуляционной серной кислоте электрофильтров в виде рениевой кислоты. Таким образом, промывная серная кислота служит основным источником получения рения при переработке медных концентратов.
Основные методы выделения из растворов и очистки рения — экстракционные и сорбционные.
После возгонки и очистки раствора итоговый выход из руды составляет 65-85 %. Ввиду столь низкой доли выделения дорогого металла ведутся поиски альтернативных способов извлечения из руды (что применимо ко всем рассеянным металлам). Одним из современных методов является извлечение нанофракций в водный, а не кислотный или щелочной раствор. Таким образом снижается предел обнаружения ряда химических элементов на 2-3 порядка, то есть можно фиксировать значительно меньшие концентрации.
Свойства
Физические
Рений — тугоплавкий тяжёлый металл, по внешнему виду напоминает сталь. Порошок металла — чёрного или темно-серого цвета в зависимости от дисперсности. По ряду физических свойств рений приближается к тугоплавким металлам VI группы (молибден, вольфрам), а также к металлам платиновой группы. По температуре плавления рений занимает второе место среди металлов, уступая лишь вольфраму, а по плотности — четвёртое (после осмия, иридия и платины). Чистый металл пластичен при комнатной температуре, но вследствие высокого модуля упругости после обработки твёрдость рения сильно возрастает из-за наклёпа. Для восстановления пластичности его отжигают в водороде, инертном газе или вакууме. Рений выдерживает многократные нагревы и охлаждения без потери прочности. Его прочность при температуре до 1200°C выше, чем вольфрама, и значительно превосходит прочность молибдена. Удельное электросопротивление рения в четыре раза больше, чем у вольфрама и молибдена.
Химические
Компактный рений устойчив на воздухе при обычных температурах. При температурах выше 300°C наблюдается окисление металла, интенсивно окисление идет при температурах выше 600°C. Рений более устойчив к окислению, чем вольфрам, не реагирует непосредственно с азотом и водородом; порошок рения лишь адсорбирует водород. При нагревании рений взаимодействует с фтором, хлором и бромом. Рений почти не растворим в соляной и плавиковой кислотах и лишь слабо реагирует с серной кислотой даже при нагревании, но легко растворяется в азотной кислоте. Со ртутью рений образует амальгаму.
Рений взаимодействует с водными растворами пероксида водорода с образованием рениевой кислоты.
Источник: Википедия
|
