Οι επιστήμονες αποκαλύπτουν πώς παράγεται το βολφράμιο, το σκληρότερο μέταλλο

Εάν ο χάλυβας αποτελεί τον σκελετό της σύγχρονης βιομηχανίας, το βολφράμιο χρησιμεύει ως το μυώδες κέντρο της. Γνωστό για την εξαιρετική του σκληρότητα και το υψηλό σημείο τήξης, αυτό το απαραίτητο μέταλλο διαδραματίζει ζωτικό ρόλο σε όλους τους τομείς της μεταποίησης. Ωστόσο, λίγοι κατανοούν την περίπλοκη διαδικασία που μετατρέπει το ακατέργαστο μετάλλευμα σε βολφράμιο βιομηχανικής ποιότητας.

Το πρόσφατο ενδιαφέρον για την παραγωγή βολφραμίου αυξήθηκε μετά την εξαφάνιση ενός δημοφιλούς βίντεο στο YouTube με τίτλο "Πώς φτιάχνεται το βολφράμιο;", προκαλώντας ερωτήματα σχετικά με αυτήν την κρίσιμη βιομηχανική διαδικασία. Ενώ το βίντεο παραμένει μη προσβάσιμο, το τεχνικό ταξίδι από το ορυχείο στο μέταλλο μπορεί να ανακατασκευαστεί μέσω τεκμηριωμένων βιομηχανικών μεθόδων.

Το ταξίδι του βολφραμίου ξεκινά σε υπόγεια ή υπαίθρια ορυχεία όπου οι εργάτες εξορύσσουν πρωτογενή μεταλλεύματα όπως ο βολφραμίτης (βοφραμικό σιδήρου-μαγγανίου) και η σεελιίτης (βοφραμικό ασβεστίου). Αυτές οι μεταλλικές αποθέσεις περιέχουν συνήθως λιγότερο από 1% ανακτήσιμο βολφράμιο, γεγονός που απαιτεί εκτεταμένες διαδικασίες εμπλουτισμού.

Οι μέθοδοι συμπύκνωσης ποικίλλουν ανάλογα με τον τύπο του μεταλλεύματος. Ο διαχωρισμός με βαρύτητα αποδεικνύεται αποτελεσματικός για τα σωματίδια υψηλής πυκνότητας του βολφραμίτη, ενώ η σεελιίτης συχνά απαιτεί επίπλευση με αφρό χρησιμοποιώντας εξειδικευμένα αντιδραστήρια. Ορισμένες εργασίες χρησιμοποιούν μαγνητικό διαχωρισμό για παραλλαγές πλούσιες σε σίδηρο. Αυτές οι διαδικασίες αυξάνουν την περιεκτικότητα σε βολφράμιο από αρχικά κλάσματα σε 65-75% καθαρά συμπυκνώματα.

Το καθαρισμένο συμπύκνωμα υποβάλλεται σε χημική μετατροπή σε παραβοφραμικό αμμώνιο (APT), τον καθολικό πρόδρομο για τα προϊόντα βολφραμίου. Αυτή η πολυφασική διαδικασία ξεκινά με έκπλυση με οξύ ή αλκαλική πέψη, διαλύοντας το βολφράμιο σε διάλυμα, ενώ αφήνει τις ακαθαρσίες πίσω.

Οι τεχνικές εκχύλισης με διαλύτη απομονώνουν στη συνέχεια το βολφράμιο από συνοδευτικά στοιχεία όπως το μολυβδαίνιο. Η επακόλουθη καθίζηση κρυσταλλώνει την ένωση APT, η οποία υφίσταται ακριβή ασβεστοποίηση για την απομάκρυνση των πτητικών συστατικών. Το προκύπτον μπλε οξείδιο (WO ₃ ) διατηρεί καθαρότητα 99,95% πριν από την αναγωγή.

Η βιομηχανική παραγωγή βολφραμίου χρησιμοποιεί δύο κύριες μεθόδους αναγωγής. Η διαδικασία αναγωγής με υδρογόνο κυριαρχεί για καθαρά προϊόντα βολφραμίου, όπου το αέριο υδρογόνο ανάγει το μπλε οξείδιο σε μεταλλική σκόνη σε φούρνους ελεγχόμενης θερμοκρασίας. Αυτή η σκόνη υφίσταται στη συνέχεια συμπίεση και πυροσυσσωμάτωση για τη δημιουργία πυκνών προϊόντων μύλου.

Εναλλακτικά, η καρβοθερμική αναγωγή παράγει καρβίδιο βολφραμίου ή κράματα σιδηροβολφραμίου. Η άμεση αναγωγή άνθρακα αποδίδει τσιμεντοποιημένα καρβίδια για εργαλεία κοπής, ενώ η συν-αναγωγή με σίδηρο δημιουργεί παράγοντες κράματος για ειδικούς χάλυβες. Και οι δύο μέθοδοι απαιτούν ακριβή έλεγχο της ατμόσφαιρας για την αποφυγή μόλυνσης.

Αυτή η εξελιγμένη αλυσίδα παραγωγής—που εκτείνεται στη γεωλογία, τη χημεία και τη μεταλλουργία—αποδεικνύει γιατί το βολφράμιο παραμένει ένα από τα πιο τεχνικά απαιτητικά υλικά της βιομηχανίας. Από την εξόρυξη έως την τελική εφαρμογή, κάθε στάδιο επεξεργασίας απαιτεί εξειδικευμένη τεχνογνωσία για τη διατήρηση των απαράμιλλων χαρακτηριστικών απόδοσης του μετάλλου.