Algemene informatie

  • Wolfraam – Tungsten – W
  • Atoomnummer: 74
  • Relatieve atoommassa: 183,85
  • Kleur: Grijswit
  • Kristalstructuur: KRG
  • Dichtheid: 19300 kg·m-³
  • Soortelijke warmte: 135 J·kg-1·K-1
  • Smeltpunt: 3695 K / 3422 °C
  • Warmtegeleidingscoëfficiënt: 173 W·m-1·K-1
  • Kookpunt: 5828 K / 5555 °C
  • Mohs hardheid: 7.5

Wolfraam is een zwaar metaal met een grijswitte kleur en behoort tot het selecte clubje van overgangsmetalen (element uit het D-blok van het periodiek systeem der elementen). Daarnaast is wolfraam gekend als element met het hoogste smelt- en kookpunt van alle metalen in het periodieke systeem. Met deze eigenschappen is wolfraam uiterst geschikt voor systemen met een zware thermische belasting, zoals bij laselektrodes.

Het zuivere metaal is zacht en kan makkelijk vervormd worden. Indien men echter een kleine hoeveelheid legeringselementen  toevoegt, bekomt men reeds een legering met een grote sterkte en hardheid. Hierdoor wordt wolfraam dikwijls toegepast als bijkomend legeringselement in staal om het materiaal harder en hittebestendiger te maken. Bij temperaturen boven de 2000°C blijft de hardheid behouden.

Doordat wolfraam samen met andere legeringselementen een hard materiaal vormt, vinden we veel toepassingen waar slijtvastheid een vereiste is. Bijvoorbeeld bij snijgereedschap zoals draaibeitels en frezen.

Kenmerken

Goede corrosieweerstand:
Alleen sommige minerale zuren zijn in staat het metaal aan te tasten. Bij blootstelling aan de lucht wordt er een beschermende oxidelaag gevormd.

Hoge hittebestendigheid
Zeer hoge dichtheid (dichtheid goud = 19300 g kg·m-³)
Zeer hoog smeltpunt (3695 K) en lage dampdruk
Zeer sterk metaal wanneer gebruikt in legeringen

Winning

Wolfraam is een metaal dat uit ertsen gewonnen wordt. De meest voorkomende wolfraam houdende ertsen zijn wolframiet (Fe,Mn)WO4, scheeliet CaWO4, ferberiet Fe2+WO4 en hübneriet Mn2+WO4. China, Bolivia, Verenigde Staten, Oostenrijk, Portugal, Rusland en Zuid-Korea zijn de landen waar de meeste wolfraamertsen voorkomen, waarbij China 75% van de wereldproductie voorziet.

Deze ertsen afkomstig uit open of ondergrondse mijnen worden eerst tot kleinere stukken vermaalt. Afhankelijk van het gewonnen erts gebruikt men een andere methode om wolfraamoxide hieruit te extraheren. Bij wolframiet maakt men gebruik van gravitationele extractiemethodes zoals spiralen, kegels en tafels eventueel in combinatie met magnetische extractiemethoden, bij scheeliet daarentegen maakt men gebruik van schuimflotatie.

Daarna smelt men het wolfraamoxide met natrium- of kaliumhydroxide waarbij natriumwolframaat ontstaat. Dit wordt omgezet in ammoniumwolframaat dat bij verhitting tot wolfraamoxide (WO3) leidt. Bij deze verhitting variëren de temperaturen tussen de 550 en 850 °C. Reductie met vloeibaar waterstof of koolstof levert vervolgens het poedervormige metaal: WO3 + 3 H2 → W + 3 H2O. Hierna volgt enkel nog de scheiding van het wolfraam met het water.

Door persen in een waterstofatmosfeer en walsen verkrijgt men het metaal in draad- of plaatvorm. De wereld jaarproductie bedraagt ongeveer 70 000 ton.

Toepassingen

Laselektrodes

Een veelgebruikte manier van lassen staat bekend als TIG-lassen (= Tungsten-Inert-Gas). Dat is elektrisch lassen met een wolfraamlaselektrode waarbij een constante stroom inert gas het lasproces vrijwaart van verstorende stoffen zoals zuurstof en stikstof. Het grote voordeel van de wolfraamelektrode is de goede temperatuurbestendigheid.

Pantser en walsen

Als legeringselement (7 tot 22%) in staal verhoogt wolfraam de hardheid en hittebestendigheid fors. Hierdoor blijft de hardheid ook behouden bij hogere temperaturen wat deze legering geschikt maakt voor pantserelementen, granaten, kogels, matrijzen en walsen.

Gloeidraden

Met het hoogste smeltpunt van alle metalen is wolfraam uitermate geschikt als gloeidraad in gloeilampen en halogeenlampen. Als bijkomend voordeel heeft wolfraam ongeveer dezelfde uitzettingscoëfficiënt glas.

Straalpijpmotoren en hitteschilden

Wolfraam vormt samen met tantaal, hafnium, niobium en/of zirkonium een buitengewoon hittebestendige legering wat het geschikt maakt voor de straalpijpen van raketten en straalmotoren, ionenmotoren en voor de hitteschilden bij ruimtevaartuigen

Snij- en boorgereedschap

Snij- en boorgereedschap dat gebruikt wordt bij toepassingen waar een zeer hoge belasting of zeer hoge snelheden vereist zijn worden dikwijls uit wolfraamcarbide (WC en W2C) vervaardigd. Dit omwille van de uitzonderlijke hardheid. Voorbeelden zijn freeswielen, boorkoppen en slijpschijven.

Geneeskunde

In de geneeskunde wordt wolfraam gebruikt voor het bestralen van bloedlichaampjes, röntgenapparatuur en röntgenplaatjes.

Referenties

  • VNCI – periodiek systeem. 2014. VNCI – periodiek systeem. [Online] Available at: http://periodieksysteem.com/element/wolfraam. [Accessed 25 February 2014].
  • Wolfraam (W). 2014. Wolfraam (W). [Online] Available at: http://www.lenntech.nl/periodiek/elementen/w.htm. [Accessed 25 February 2014].
  • Wolfraam / Tungsten – Metel BV – Bijzondere metalen en componenten. 2014. Wolfraam / Tungsten – Metel BV – Bijzondere metalen en componenten. [Online] Available at: http://www.metel.nl/wolfraam-tungsten. [Accessed 25 February 2014].
  • De eigenschappen van wolfraam | Wetenschap: Techniek. 2014. De eigenschappen van wolfraam | Wetenschap: Techniek. [Online] Available at: http://wetenschap.infonu.nl/techniek/115608-de-eigenschappen-van-wolfraam.html. [Accessed 25 February 2014].
  • Tungsten – Wikipedia, the free encyclopedia. 2014. Tungsten – Wikipedia, the free encyclopedia. [Online] Available at: http://en.wikipedia.org/wiki/Tungsten. [Accessed 25 February 2014].