Вольфрам — это один из самых востребованных в мире промышленных металлов, рынок которого переживает стремительный взлет, а цены регулярно обновляют рекорды. Главная его особенность заключается в экстремально высокой температуре плавления — 3 422 °C. Там, где большинство металлов начинают интенсивно испаряться, плотная и очень прочная кристаллическая решётка вольфрама сохраняет свою структурную стабильность. Однако из-за высочайшей тугоплавкости получать вольфрам становится сложнее и дороже, чем другие металлы. В этой статье мы поговорим о том, как добывают и перерабатывают вольфрамовые руды, а также в каких сферах промышленности больше всего используют вольфрам.
При высоких температурах вольфрам весьма активно вступает в химические реакции, и на ранних стадиях формирования Земли он соединялся с кислородом, а также другими металлами: кальцием, железом и марганцем. Поэтому в природе он содержится не в чистом виде, а внутри минералов — вольфрамита и шеелита, которые в свою очередь входят в состав многокомпонентных вольфрамовых руд. Добывают эти руды традиционными для горного дела методами — в карьерах и шахтах породы взрывают, дробят и поднимают на поверхность.
В самой руде содержится критически мало вольфрама, чаще всего — несколько десятых процента. Чтобы повысить долю содержания металла, породы измельчают и отправляют на флотацию. Это способ обогащения руды, при котором крупицы содержащих вольфрам минералов собираются в виде пены. Просушив эту пену, специалисты получают концентрат, в котором содержание металла уже может превышать 50%. В концентрате вольфрам остается связан с другими металлами, которые убирают с помощью воздействия кислот или щелочей, получая чистый порошкообразный триоксид вольфрама.
Отделить вольфрам от кислорода достаточно сложно, обыкновенная доменная печь для этого не подходит из-за тугоплавкости и реакционной способности металла. Поэтому металлурги помещают триоксид в специальные трубчатые печи, куда при температуре порядка 600 – 900 °C поступает газообразный водород. Он «забирает» кислород и улетучивается вместе с ним в виде водяного пара, а на дне печи остаётся серый порошок вольфрама. Сделать из этого порошка слитки крайне затруднительно, так как печи начнут плавиться раньше, чем сам вольфрам. Поэтому его сжимают в бруски, которые в бескислородной среде подвергаются нагреву до 3 000 °C и воздействию мощнейшего электрического тока. В результате получается прочный кусок вольфрама, который можно отправлять на производство.
Помимо рекордной тугоплавкости, вольфрам также отличается высокой плотностью и твердостью, а также сохраняет способность проводить электричество при высоких температурах. Все эти свойства позволяют использовать его в следующих сферах промышленности:
- Металлообработка и бурение. Соединение вольфрама и углерода — карбид вольфрама — по своей твердости совсем немного уступает алмазу. Инструменты, изготовленные с использованием этого материала, могут резать и сверлить любые другие металлы, не перегреваясь и не теряя остроту. Кроме того, вольфрам входит в состав буровых коронок, пробивающихся сквозь толщу пород.
- Военная промышленность. Тяжелый и плотный вольфрам отлично подходит для создания сердечников бронебойных пуль и снарядов. Несмотря на свою твёрдость, вольфрам является хрупким металлом, поэтому его часто включают в состав брони танков и военной техники, но только в качестве одного из множества вспомогательных компонентов.
- Электроника. Вольфрам активно используют в производстве процессоров и модулей памяти, где он выполняет функцию миниатюрного соединительного элемента. Он полностью заполняет все, даже самые незначительные отверстия, а также не расширяется от нагрева при высоких нагрузках. Благодаря жаростойкости из вольфрама также производят электроды сварочных аппаратов и нити накаливания в лампочках.
- Авиация и космонавтика. Сопла ракет, компоненты самолетных турбин, тепловые экраны космических аппаратов и другие детали, работающие при очень высоких температурах, делают с использованием вольфрама. Зачастую он, обладая повышенной плотностью, также используется для создания противовеса в крыльях самолётов и винтах вертолетов.
