Wolfram

Metal o bardzo wysokiej temperaturze topnienia (3400 st. C) oraz dużej wytrzymałości na rozciąganie. Charakteryzuje go też wysoka przewodność cieplna i elektryczna. Stopy wolframowe są więc twarde i trwałe w najwyższych temperaturach, mają też dużą gęstość, zbliżoną do gęstości złota.

Wolfram odkryto w końcu XVIII wieku, a zaczęto stosować w połowie XIX wieku. Początkowo wolfram był dodawany do szyn kolejowych, później znalazł szereg innych zastosowań. Jednym z nich jest produkcja węglika wolframu – związku o twardości niemal dorównującej diamentowi. Ten sam metal znalazł też zastosowanie w produkcji żarników halogenowych oraz innych elementów grzejnych. Dużą zaletę wolframu stanowi jego odporność na korozję. W temperaturze pokojowej nie wchodzi on w reakcję z wodą i powietrzem, aczkolwiek jego powierzchnia ulega utlenianiu.

Minerały wolframu

Wolfram pozyskiwany jest głównie z dwóch minerałów – scheelitu (CaWO₄) oraz wolframitu ((Fe,Mn)WO₄). Pierwszy z nich jest z reguły biały lub żółtawy i wykazuje fluorescencję w świetle ultrafioletowym – to ułatwia jego odnalezienie. Wolframit to z kolei minerał będący częścią tak zwanego szeregu kryształów mieszanych. Jest to grupa minerałów, które zawierają w swojej strukturze krystalicznej różne zawartości żelaza i manganu. Ogniwa krańcowe tego szeregu to ferberyt (FeWO₄, może zawierać jedynie śladowe ilości manganu) oraz hübneryt (MnWO₄). Wolframit stanowi natomiast ogniwo pośrednie, zawierające zarówno żelazo, jak i mangan.

Istnieją także minerały wolframu powstające wtórnie, w wyniku procesów wietrzenia skał. Nie stanowią one wartościowej rudy tego metalu, raczej utrudniają one przetwarzanie przemysłowe scheelitu i wolframitu.

Złoża wolframu

Większość złóż wolframu ma związek z łańcuchami górskimi (istniejącymi lub zniszczonymi przez procesy wietrzenia i erozji na przestrzeni milionów lat, które upłynęły od ich powstania), zlokalizowanymi w pobliżu stref subdukcji. Złoża z reguły tworzą się w pobliżu wielkich masywów skał granitoidowych. Powstały one w komorach magmowych zlokalizowanych co najmniej kilka kilometrów pod powierzchnią Ziemi, w wyniku krzepnięcia gorącego stopu skalnego. Niekiedy złoża stowarzyszone są też ze skałami przeobrażonymi.

Geneza złóż wolframu jest skomplikowana. Wyróżniono siedem głównych ich typów oraz cztery poboczne, które nie mają dużego znaczenia gospodarczego. Ze względu na skomplikowane pochodzenie złóż oraz duże zróżnicowanie procesów geologicznych, które mają związek z ich genezą, tutaj przedstawione zostaną tylko wybrane ich typy:

• złoża żyłowe – powstają zwłaszcza w szczelinach tworzących się wokół wielkich ciał (intruzji) granitoidowych; z krążących w skałach gorących roztworów i par wytrącają się minerały, na czele z kwarcem, ale także z wolframitem; złoża takie zawierają zazwyczaj stosunkowo niewiele wolframu, jednak nawet zawartości rzędu 0,1% umożliwiają uzasadnioną ekonomicznie eksploatację (na przykład w Australii); złoża żyłowe znane są też z Chin, Peru, Portugalii,
• złoża skarnowe – powstają w wyniku podgrzania skał węglanowych (należących do grupy skał osadowych chemicznych) przez wdzierającą się w nie gorącą magmę; złoża takie mogą się tworzyć również wzdłuż uskoków lub innych szczelin przecinających skały węglanowe – tymi szczelinami mogą przepływać gorące roztwory, powodujące przeobrażenie otaczających skał; głównym minerałem wolframu w złożach skarnowych jest zazwyczaj scheelit; złoża takie znane są z Chin, Hiszpanii i Kanady,
• złoża porfirowe – rozległe, ale stosunkowo ubogie złoża, powstające na skutek krystalizacji z gorących roztworów wydzielanych ze stopu skalnego, czyli magmy; niekiedy minerałem wolframu jest w nich scheelit, w innych przypadkach wolframit; oba minerały mogą też występować wspólnie; główne złoża porfirowe znane są z Chin i Kanady, w obu przypadkach oprócz wolframu pozyskiwany jest również molibden.

Zastosowania

Wolfram stosowany jest do produkcji materiałów o wysokiej twardości i wytrzymałości, wykorzystywanych w urządzeniach tnących, a także w elementach zagrożonych szybkim zużyciem. Dotyczy to zwłaszcza węglika wolframu.

Stal wzbogacona w wolfram jest z kolei odporna na wysokie temperatury i ścieranie, może być też wykorzystywana w roli stali narzędziowej. Stopy tego typu znalazły zastosowanie w przemyśle lotniczym. Mogą też być wykorzystane do ochrony przed promieniowaniem, stąd ich użycie w przemyśle medycznym.

Stopy z miedzią są przydatne w elektrotechnice. Stopy z innymi metalami, w tym niklem, molibdenem, renem, niobem i tantalem są stosowane w przemyśle elektronicznym i lotniczym.

Wśród innych zastosowań związków wolframu znajdują się: produkcja ceramiki, barwników, półprzewodników. Przez długi czas toksyczność wolframu oceniano jako śladową, stąd też jego ważną rolą było zastępowanie innych, o wiele bardziej szkodliwych metali. Wolfram może jednak przenikać do gleb, badany jest też związek jego podwyższonych zawartości z występowaniem różnych schorzeń.

Zasoby światowe

Około 70% dostępnych dla człowieka światowych zasobów wolframu znajduje się w minerale scheelicie. Pozostałe 30% dostarcza wolframit. Największe złoża wolframu znajdują się w Chinach, a następnie w Kanadzie, Kazachstanie i Rosji. Zasoby nie są rozmieszczone równomiernie na świecie: szczególnie liczne są one w krajach Azji wschodniej oraz południowo-wschodniej.

Złoża wolframu nie są zagrożone wyczerpaniem, ale od lat 90-tych XX wieku zdecydowana większość produkcji (w większości lat powyżej 80%) pochodzi z Chin. Eksploatacja prowadzona jest również, między innymi, w Rosji, Boliwii, Hiszpanii, Rwandzie oraz Wietnamie. Lista krajów wydobywających rudy wolframu zmienia się w kolejnych latach, lecz ostatnio zawierała około 20 pozycji, a wśród nich Australię, Brazylię, Burundi, Myanmar, Tajlandię, Ugandę i Uzbekistan.

Obawy o stabilność dostaw powodują cykliczne uruchamianie kopalni w różnych krajach – takie decyzje podjęto w początkach XXI wieku między innymi w USA, jednak od około dziesięciu lat nie jest tam prowadzona żadna eksploatacja. Co najmniej 30% wykorzystywanego obecnie wolframu pochodzi z recyklingu.