природный сплав

бор
B
Элемент III группы Периодич. системы, ат. н. 5, ат. м. 10,811; кристаллы серовато-черного цвета (очень чистый В бесцветен). Природный В состоит из двух стабильных изотопов: 10В (19 %) и "В (81 %). Ранее других известное соединение В — бура — упоминается в сочинениях алхимиков. Свободный (нечистый) В впервые получили Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар в 1808 г. нагреванием В203 с металлич. калием. Общее содержание В в земной коре -3 • 10"" мас. %. В природе В в свободном состоянии не обнаружен. Многие соединения В широко распространены, напр., боросиликаты, бораты и бороалюмосиликаты входят в состав многих изверженных и осадочных пород.
Известно несколько кристаллич. модификаций В. Атомы В образуют в них трехмерный каркас подобно атомам С в алмазе. Этим объясняется высокая твердость В. Однако строение каркаса в структурах В гораздо сложнее, чем в алмазе. В кристаллах В особый тип ковалентной связи — многоцентровая с дефицитом эл-нов. В соединениях ионного типа В. 3-валентен. Так наз. «аморфный» В, получаемый при восстановлении В₂О₃ металлич. натрием или калием, имеет у = 1,73 г/см³. Чистый кристаллич. В имеет у = 2,3 г/см³, L ~ 2075 *с> '«л = 386° <с> тв. по минералогич. шкале 9, микротв. 34 ГПа. Кристаллич. В - полупроводник. В обычных условиях он плохо проводит электрич. ток. При нагреве до 800 °С электрич. проводимость В увеличивается на несколько порядков. Химически В. при обычных условиях довольно инертен. С повышением темп-ры активность В возрастает, более сильно у аморфного, чем у кристаллич., и он соединяется с кислородом, серой, галогенами. При нагревании > 900 °С с углем или азотом В образует соотв. карбид В₄С и нитрид BN.
Элемент. В из природного сырья получают в несколько стадий. Разложением боратов горячей Н₂О или H₂SO₄ получают борную кислоту, а ее обезвоживанием - В₂О₃. Восстановление В₂О₃ металлич. Mg дает В в виде темно-бурого порошка; от примесей его очищают азотной или плавиковой кислотами. Очень чистый В, необходимый в произ-ве полупроводников, получают из его галогенидов: восстанавливают ВС13 водородом при 1200 °С или разлагают пары ВВг, на Та-проволоке, раскаленной до 1500 °С.
В применяют для микролегирования (доли %) сталей и некоторых литейных сплавов для улучшения их прокаливаемости и механич. свойств (обычно используют ферробор — сплав Fe с 10—20 % В). Поверхностное насыщение стальных деталей В (на глубину 0,1 — 0,5 мм) улучшает не только износостойкость, но и стойкость против коррозии (см. Борирование). В и его соединения (BN, В₄С, BP и др.) используют в качестве диэлектриков и полупроводниковых материалов. Широко применяются борная кислота и ее соли (прежде всего, бура), бориды и др.
[ http://metaltrade.ru/abc/a.htm]

Тематики

• металлургия в целом

EN

• B
• boron

висмут
Bi
Элемент V группы Периодич. системы; ат. н. 83, ат. м. 208,980; серебристо-серый металл с розоватым оттенком. Природный Bi состоит из одного стабильного изотопа 209Bi.
Содержание Bi в земной коре 2 • 10~5 мас. %, встречается в самородном виде и в виде соединений с кислородом (бисмит Bi₂O₃), с серой (висмутовый блеск Bi₂S₃), теллуром (тетрадимит Bi₂Te₂S). В большом кол-ве, но в малых концентрациях Bi встречается как изоморфная примесь в Pb-Zn-, Cu-, Mo-Co и Sn-W-рудах.
Bi имеет ромбоэдрич. решетку с периодом а = 0,47457 нм и углом а = 57° 14'13"; у = = 9,80 г/см³; /1И= 271,3 ^оС, /.„,, = 1560 ^оС; С₂(ГС = 123,5 ДжДкг • К); а20.с = 1 3,3 • 10"'; Х20.с= 8,37 Вт/(м • К); рм.с= 106,8 • 10~8 Ом • м. Bi - самый диамагнитный металл. Уд. магнитная восприимчивость х = 1,35 • 10"' А/м. При комн. темп-ре Bi хрупок, но при 120—150 °С может подвергаться пластич. деформации; горячим прессованием (при 240—250 °С) из него можно изготовить проволоку диаметром до 0,1 мм, а также полосу толщиной 0,2—0,3 мм; тв. по Бринеллю измеряется в пределах 72— 93 МПа. При плавлении Bi уменьшается в объеме на 3,27 %.
В сухом виде Bi устойчив, во влажном постепенно покрывается буроватой пленкой оксидов. Заметное окисление начинается с 500 ^оС. Выше 1000 ^оС Bi горит голубоватым пламенем с образованием Bi₂O₃; не реагирует с Н₂, С, N₂, Si. С большинством металлов при сплавлении образует интерметаллич. соединения - висмутиды, напр. Na₃Bi, Mg₃Bi.
Bi не реагирует с НСl и разбавл. H₂SO₄; с HN0₃ образует нитрат. Соли Bi легко гидро-лизуются.
Около 90 % мирового потребления Bi покрывается его попутной добычей при переработке полиметаллич. руд. В свинцовом производстве Bi получают по классич. схеме: агломерирующий обжиг концентратов, шахтная восстановительная плавка свинцового Bi-содержащего агломерата с извлечением из чернового свинца (стадия обезвисмучива-ния) с выделением Bi в дроссы (висмутовые съемы) и затем электролитич. разделение висмутистого свинца с получением шла-мов и рафиниров. Bi. При плавке Cu-Bi- концентратов Bi концентрируется в пылях плавильных печей и конвертеров, из к-рых его извлекают восстановительной плавкой содой и углем. Cu-Bi-концентраты перерабатываются также гидрометаллургич. способом. Выщелачивание проводится при 105 °С НСl или H₂SO₄ с добавл. хлоридов металлов. Bi выделяют из р-ров либо гидролитич. осаждением в виде окси- или гидрооксихлоридов, либо восстановлением железом в виде металла (цементация). Идя отделения Bi от сопутств. металлов могут быть использованы экстракция или ионный обмен.
Извлечение Bi в свинцовом произ-ве составляет 86—95 %, в медном и оловянном — 73—80 %. Собственно Bi-концентраты (содер-жащ. обычно 3-5 мае. %, в редких случаях до 6 %) получают обогащением висмутовых руд флотацией и др. способами. Перерабатывают концентраты путем восстановительной плавки с добавлением металлич. железа. Известны содовая плавка, а также щелочная с NaOH.
Рафинирование Bi заключается в после-доват. обработке его расплавл. серой с добавл. угля (для удаления Fe и Сu); щелочью с добавл. окислителя или продувкой воздухом (для удаления Ag, Sb и Sn); цинком (для удаления Аu и Ag) и др. Применяют также электролитич. рафинирование как в водных р-рах BiCl₂, Bi₂(SiF₆)₃, так и в солевых расплавах. Для получения Bi высокой чистоты (не менее Ю"6— 10"'°%) используют комбинацию разных методов: электролиз, электрорафинирование с твердыми электродами в электролитах разной природы, методы дистилляции в глубоком вакууме, кристаллофиз. методы и пирометал-лургич. процессы, включающие хлорирование, обработку щелочами и др. реагентами, а также электрохим. переработку Bi-содержащих сплавов в ионных расплавах.
Значит, кол-во Bi идет для получения легкоплавких сплавов, содержащих Pb, Sn, Cd (см., напр., Сплав Вуда), к-рые применяют в зубоврачебном протезировании, для изготовл. клише, в автоматич. противопожарных устр-вах и т.п. Быстро увеличивается потребление Bi в соединениях с Те для термоэлектрогенераторов. Добавка Bi к нерж. сталям улучшает их обрабатываемость резанием. Соединения Bi применяют в стекловарении и эмалировании. Наиб, кол-во Bi потребляет фармацевтическая пром-сть для изготовл. обеззараж. и подсушивающих средств.
[ http://metaltrade.ru/abc/a.htm]

Тематики

• металлургия в целом

EN

• bismuth

вольфрам
W
Элемент IV группы Периодич. системы; ат. н. 74, ат. м. 183,85; тугоплавкий тяжелый металл светло-серого цвета. Природный W состоит из смеси пяти стабильных изотопов:"Х 182W, ""W, 184W, I86W. Был открыт и выделен в виде WO₃ в 1781 г. швед, химиком К. Шееле. Металлич. W был получен восстановлением WO₃ углеродом в 1783 г. исп. химиками братьями д'Элуяр. W мало распространен в природе; его содержание в земной коре 1 • КГ4 мас. %. В свободном состоянии не встречается, образует собственные минералы, гл. обр., вольфраматы (соли вольфрамовых кислот с общей формулой лсН₂О • >>WO₃, из кот-рых пром. значение имеют вольфрамит (Fe, Mn)WO₄ (содержащий 74-76 % WO,) и шеелит CaWO₄ (-80 % WO,).
W имеет ОЦК решетку с периодом а = = 0,31647 нм; у = 19,3 г/см*; tm = 3400 + 20 ^оС; tfm = 5900 °С; Х20.с= 130,2 Вт/(м • К), р20.с= = 5,5 • 10"* Ом • см. Для кованого слитка а.= = 1,0-4,3 ГПа; НВ = 3,5-4,0 ГПа; Е= 350+ 380 ГПа для проволоки и 390-410 ГПа для монокристаллич. нити. При комн. темп-ре W малопластичен. В обычных условиях W химически стоек. При 400—500 ^оС компактный металл заметно окисляется на воздухе до WO₃. Галогены, сера, углерод, кремний, бор взаимодействуют с W при высоких темп-pax. С водородом W не реагирует до tm; с азотом выше 1500 °С образует нитрид. При обычных условиях W стоек к кислотам НСl, H₂SO₄, HNO, и HF, а также к царской водке. Валентность W в соединениях от 2 до 6, наиболее устойчивы соединения высшей валентности. W образует четыре оксида: высший — WO₃ (вольфрамовый ангидрид), низший - WO₂ и два промежуточных - W₁₀O₂, и W₄Olr С хлором W образует ряд хлоридов и оксихлоридов. Наиболее важные их них: WCl₆ (/1И = 275 ^оС, tfm= 348 °С) и WO₂Cl₂ (С_кип = 266 ^оС, выше 300 ^оС сублимирует) — получаются при действии хлора на WO, в присутствии угля. С серой W образует сульфиды WS₂ и WS,. Карбиды вольфрама WC (tm = 2900 ^оС) и W₂C (tm = 2750 °С) — тв. тугоплавкие соединения; образуются при взаимодействии W с углеродом при 1000-1500 °С.
Сырьем для пром. получения W служат вольфрамитовые и шеелитовые концентраты (50-60 % WO,). Из концентратов непосредственно выплавляют ферровольфрам (сплав Fe с 65-80 % W), использ. в произ-ве стали. Для получения W, его сплавов и соединений выделяют WO₃. В пром-сти применяют неск. способов получения WO₃. Шеелитовые концентраты разлагают в автоклавах р-ром соды при 180—200 ^оС (получают техн. р-р вольфрамата натрия) или соляной кислотой (получают техническую вольфрамовую к-ту):
= Na₂WO₄
CaWO₄(TB)
СаСО,(тв),
CaWO₄(TB) + 2НСl(ж) = H₂WO₄(TB) +
+ СаСl₂(р-р). ***#*
Вольфрамитовые концентраты разлагают либо спеканием с содой при 800-900 °С с последующим выщелачиванием Na₂WO₄ водой, либо обработкой при нагревании р-ром NaOH. При разложении щелочными агентами (содой или едким натром) образуется раствор Na₂WO₄, загрязн. примесями. После их отделения из р-ра выделяют H₂WO₄. Высушенный H₂WO₄ содержит 0,2—0,3 % примесей. Прокаливанием H₂WO₄ при 700—800 °С получают WO₃, а уже из него металлич. W и его соединения. При этом для произ-ва металлич. W дополнительно H₂WO₄ очищают аммиачным способом. Порошок W получают восстановлением WO₃ водородом, а также и углеродом (в произ-ве тв. сплавов) в трубчатых электрич. печах при 700—850 °С. Компактный металл получают из порошка способами порошковой металлургии в виде заготовок-штабиков, которые хорошо поддаются обработке давлением (ковке, волочению, прокатке и т.п.). Из штабиков методом бестигельной электроннолучевой зонной плавки получают также монокристаллы W.
W широко применяется в совр. технике в виде чистого металла и ряде сплавов, наиболее важные из которых легиров. конструкционные, быстрореж., инструмент. стали, тв. сплавы на основе карбида W, жаропрочные и нек-рые др. спец. сплавы (см. Вольфрамовые сплавы). Тугоплавкость и низкое давление пара при высоких темп-pax делают W незаменимым для деталей электровакуумных приборов в радио- и рентгенотехнике. В разных областях техники используют нек. хим. соединения W, напр. Na₂WO₄ (в лакокрасочной и текстильной пром-сти), WS₂ (катализатор в органич. синтезе, тв. смазка для трения).
[ http://metaltrade.ru/abc/a.htm]

Тематики

• металлургия в целом

Синонимы

• W

EN

• tungsten