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Am Anfang war der Dreck – zumindest das, was daran erinnerte. Entdeckt in sächsischen Zinnerzen, nannte der Freiberger Mineraloge Gerogius Agricola im 16. Jahrhundert das neue Metall «Wolfräm»: Wolf, weil das neue Mineral den Zinnerz «wie ein Wolf fraß» und «räm» (mittelhochdeutsch für «Ruß, Dreck»), da es – zwischen den Finger zerrieben – optisch stark an Ruß erinnert. Heute verbindet man mit Wolfram am ehesten Glühbirnen vergangener Tage.
Kein anderes Metall ist bei hohen Temperaturen stabiler als Wolfram: Der ideale Glühdraht. Dabei ist es in der Gesamtkonstruktion «Glühlampe» eher schlecht zur Lichterzeugung geeignet: Nur zehn Prozent der Energie werden in Licht verwandelt, der Rest ist lediglich Wärme – und so ist die gute, alte Glühbirne eher eine Heizlampe, die nebenbei auch ein wenig Licht abgibt.
Dabei sind die anderen Eigenschaften viel faszinierender: Nur wenige Metalle haben eine höhere Dichte als Wolfram. Gold, Osmium und Iridium, die gegenüber Wolfram jedoch allesamt einen entscheidenden Nachteil haben – sie sind um ein Vielfaches teurer. Und so wird das Metall heute zu den unterschiedlichsten Zwecken eingesetzt; angefangen bei der Produktion von Hartmetallen über die Munitionsherstellung bis hin zur Eisenmetallchirurgie. Selbst in der Formel 1 fährt es mit: Hier werden Platten aus Wolfram benutzt, um die Wagen an das vorgeschriebene Mindestgewicht von 620 Kilogramm zu bringen.
Für hochpräzise Schneidewerkzeige ist Wolframcarbid nahezu unersetzlich: Es ist bruchfester als Diamanten und um Welten härter als der beste Stahl. Die größten Reserven von Wolfram befinden sich in China und Russland, von denen auch der mit Abstand größte Anteil der Weltproduktion stammt; es ist in kleineren Mengen aber auch in Europa zu finden, beispielsweise im österreichischen Felbertal.
Mittlerweile gewinnt auch das Recycling immer mehr an Bedeutung: Die USA decken heute bereits über 30 Prozent ihres Bedarfs aus wiedergewonnenem Metall. Wolfram – alles andere als Dreck.
Mehr über Wolfram in diesen Blogartikeln:
Spezifikationen:
Schmelzpunkt: 3422 °C
Spezifisches Gewicht: 19,12 g/cm3
Farbe: Stahlgrau-glänzend
Siedepunkt: 5555 °C
Weltjahresproduktion ca.: 60 000 Tonnen
Massenanteil / Erdhülle: 64 ppm
Wertentwicklung:
Im Jahr 2021: + 4,55%
Im Jahr 2022: +34,78%
Verwendung:
Vom Wolfschaum zum Technologiemetall
Die Geschichte von Wolfram ist eine faszinierende Reise durch die Jahrhunderte, die von Entdeckungen, Namensänderungen und technologischen Durchbrüchen geprägt ist. Dieses bemerkenswerte Metall hat nicht nur die Welt der Technologie revolutioniert, sondern auch eine bewegte Vergangenheit hinter sich.
Bereits im 16. Jahrhundert betrat der Freiberger Mineraloge Georgius Agricola die Bühne der Wolframgeschichte. In seinen Aufzeichnungen beschrieb er ein rätselhaftes Mineral, das in sächsischen Zinnerzen vorkam und die Zinngewinnung durch seine Anwesenheit deutlich komplizierte. Die Bezeichnung, die Agricola diesem Mineral gab, ist ebenso faszinierend wie geheimnisvoll: „lupi spuma“, was übersetzt „Wolf(s)-Schaum“ bedeutet. Die Herkunft dieses Namens ist umstritten, doch im Laufe der Zeit wandelte sich „Wolfschaum“ zu „Wolfrahm“ und schließlich zu dem heute geläufigen Begriff „Wolfram“.
Die sprachliche Reise setzte sich fort, als der schwedische Chemiker Carl Wilhelm Scheele im Jahr 1781 das Wort „Tungsten“ prägte, das im Englischen und Französischen verwendet wird. Dieser Begriff leitet sich von „Tung Sten“ ab, was auf Schwedisch „schwerer Stein“ bedeutet. Diese Bezeichnung wurde in Bezug auf Calciumwolframat verwendet, ein Wolfram-Salz, das zu dieser Zeit entdeckt wurde.
Die eigentliche Durchbruch in der Geschichte des Wolframs erfolgte im Jahr 1783, als die spanischen Brüder Fausto und Juan José Elhuyar reines Wolfram herstellten. Unter der Anleitung von Carl Wilhelm Scheele gelang es ihnen, Wolframtrioxid zu reduzieren, das aus dem Mineral Wolframit gewonnen wurde. Dieser Meilenstein legte den Grundstein für die praktische Anwendung von Wolfram in der Industrie.
Die Geschichte des Wolframs in Österreich beginnt bereits im Jahr 1815/16, als Scheelit erstmals in der Goldlagerstätte Schellgaden im Lungau (Salzburg) entdeckt wurde. In den folgenden Jahren wurden in den Klüften der Hohen Tauern wunderschöne Scheelitkristalle gefunden, die jedoch zunächst keine praktische Verwendung fanden. Erst im Jahr 1950 wurde in Tirol auf der Wanglalm bei Lanersbach/Tux im hinteren Zillertal größere Mengen von Scheelit entdeckt, was einen Wendepunkt für die Wolframproduktion bedeutete.
Diese Geschichte erreichte schließlich 1967 einen Höhepunkt, als das größte europäische Scheelitvorkommen im Felbertal entdeckt wurde. Hier wurden schwierige Explorationsarbeiten durchgeführt, um das wertvolle Mineral zu bergen. Die Bergbauaktivitäten begannen in den folgenden Jahren, wurden jedoch aufgrund des niedrigen Marktpreises für Wolfram vorübergehend eingestellt.
Die Aufbereitung des Wolframerzes erfolgt in Mittersill, nahe dem Felbertal. Das gewonnene Scheelitkonzentrat wird nach Sankt Martin im Sulmtal (Steiermark) gebracht, wo eine Wolframhütte aus Konzentraten aus verschiedenen Ländern Wolframoxid-, Wolframmetall- und Wolframcarbidpulver herstellt.
Heutzutage ist Wolfram ein Schlüsselmetall für die moderne Technologie. Seine außergewöhnlichen Eigenschaften, darunter seine hohe Dichte, Schmelztemperatur und Härte, machen es unverzichtbar für Anwendungen in der Elektronik, der Luft- und Raumfahrt, der Medizin und vielen anderen Bereichen. Wolfram wird in Glühbirnenfilamenten, Röntgenröhren, Elektroden für Schweißanwendungen und vielem mehr verwendet.
Die interessante Entwicklung von „lupi spuma“ zu Wolfram und seine vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten verdeutlichen, wie eng Technologie, Wissenschaft und die Geschichte eines Elements miteinander verflochten sind. Die Geschichte von Wolfram ist ein bemerkenswerter Weg von mysteriösen Anfängen bis hin zur Schlüsselrolle in der modernen Welt der Technologie.
Vorkommen und Gewinnung
Wolfram, ein Metall von herausragender Bedeutung für moderne Technologien, ist in der Erdkruste in geringem Maße vorhanden, mit einem Gehalt von etwa 1 · 10^(-5) %. Dieses vielseitige Metall tritt nicht in gediegener Form auf, sondern ist in verschiedenen Mineralen, hauptsächlich Oxiden und Wolframaten, zu finden. Die bedeutendsten Wolframerze sind Wolframit und Scheelit, aber auch Minerale wie Stolzit und Tuneptit enthalten Wolfram.
Die größten Vorkommen von Wolfram findet man in Ländern wie China, den USA, Korea, Bolivien, Kasachstan, Russland, Österreich und Portugal. Selbst im Erzgebirge sind Wolframerze zu finden. Die weltweiten sicheren und wahrscheinlichen Vorkommen von reinem Wolfram werden derzeit auf etwa 2,9 Millionen Tonnen geschätzt.
Europas bedeutendstes Wolframvorkommen befindet sich im österreichischen Bundesland Salzburg, genauer gesagt im Felbertal in den Hohen Tauern.
Die Wolfram-Produzenten und ihre Fördermengen
Ein Blick auf die Top 5 Länder mit den grössten Fördermengen von Wolfram verdeutlicht die globale Verteilung der Produktion im Jahr 2020:
Die weltweite Produktion von reinem Wolfram im Jahr 2006 betrug insgesamt 73.300 Tonnen. China ragte dabei mit über 80 % der globalen Produktion als der größte Wolfram-Produzent heraus. Interessanterweise kann Wolfram nicht durch die Reduktion mit Kohle aus oxidischen Erzen gewonnen werden, da dabei Wolframcarbid entsteht.
Gewinnungsmethoden
Die Gewinnung von Wolfram ist ein komplexer Prozess, der mehrere Schritte umfasst. Zunächst werden Wolframerze durch Flotation angereichert. Anschließend folgt der Aufschluss der gemahlenen Erze entweder durch Schmelzen mit Soda bei ca. 800 °C oder mit Natronlauge unter Druck (Rösten). In beiden Fällen entsteht zunächst lösliches Natriumwolframat.
Durch verschiedene chemische Reaktionen wird das Natriumwolframat schließlich in Wolframsäure (WO3*H2O) umgewandelt. Der folgende Prozess beinhaltet die Bildung eines Komplexes namens Ammonium-Parawolframat (APW). Nach mehreren Filtrationsschritten wird dieser Komplex bei 600 °C in Wolframtrioxid überführt.
Durch weitere Schritte wird schließlich Wolfram(VI)-oxid (WO3) erzeugt, das anschließend bei 800 °C unter Wasserstoffatmosphäre zu Wolfram reduziert wird. Dieser Prozess führt zur Bildung von grauem Wolframpulver, das in Formen verdichtet und zu Barren gesintert wird. In speziellen Elektroöfen mit reduzierender Wasserstoffatmosphäre kann Wolfram auch bei sehr hohen Temperaturen zu kompaktem Wolframmetall geschmolzen werden, einem Prozess bekannt als das Zonenschmelzverfahren.
Die Gewinnung von Wolfram ist somit ein anspruchsvoller Prozess, der eine Kombination von chemischen Reaktionen und physikalischen Verfahren erfordert. Diese aufwändige Technologie ist entscheidend für die Verfügbarkeit dieses wertvollen Metalls, das in einer Vielzahl von High-Tech-Anwendungen unentbehrlich ist.
Eigenschaften von Wolfram
Wolfram ist ein außergewöhnliches Metall mit einer beeindruckenden Palette von Eigenschaften, die es zu einem unverzichtbaren Bestandteil moderner Technologien machen.
Physikalische Eigenschaften
Dieses Metall präsentiert sich in einem auffallenden weißglänzenden Erscheinungsbild und ist trotz seiner Dehnbarkeit von hoher Dichte. Mit einer Dichte etwa gleich hoch wie Gold besitzt Wolfram eine außergewöhnliche Kombination von Härte und Festigkeit. Die Brinellhärte von 250 HB und die Zugfestigkeit von 4200 N/mm² zeugen von der Robustheit dieses Metalls. Wolfram existiert in einer stabilen kubisch-raumzentrierten Alpha-Modifikation, die oft als Wolfram-Typ bezeichnet wird. Diese Kristallstruktur ist charakteristisch für Wolfram und verleiht dem Metall seine besonderen Eigenschaften. Neben der Alpha-Modifikation gibt es auch eine metastabile Beta-Modifikation, die eine verzerrte kubisch-raumzentrierte Struktur aufweist und tatsächlich das Wolfram(VI)-oxid darstellt. Ein weiteres bemerkenswertes Merkmal von Wolfram ist sein außerordentlich hoher Schmelzpunkt, der nur von Kohlenstoff übertroffen wird. Dies verleiht Wolfram eine außergewöhnliche Hitzebeständigkeit.
Zusätzlich zu diesen bemerkenswerten physikalischen Eigenschaften ist Wolfram ein Supraleiter mit einer Sprungtemperatur von 0,015 K. Diese Eigenschaft macht Wolfram in bestimmten Anwendungen äußerst wertvoll.
Chemische Eigenschaften
Wolfram zeichnet sich durch seine bemerkenswerte chemische Beständigkeit aus, die es zu einem äußerst widerstandsfähigen Metall macht. Selbst aggressive Chemikalien wie Fluorwasserstoffsäure und Königswasser können Wolfram kaum bei Raumtemperatur angreifen. Diese Resistenz gegenüber chemischen Angriffen macht Wolfram zu einer bevorzugten Wahl für Anwendungen in Umgebungen, die mit ätzenden Substanzen in Kontakt kommen könnten.
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Wolfram sich in speziellen Bedingungen auflöst. Es löst sich in Gemischen aus Fluss- und Salpetersäure auf, sowie in geschmolzenen Mischungen aus Alkalinitraten und -karbonaten. Diese Eigenschaften ermöglichen es, gezielt chemische Reaktionen mit Wolfram durchzuführen, um Verbindungen herzustellen oder es in verschiedenen Prozessen zu verwenden.
Die einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften von Wolfram sind der Grund, warum es in einer breiten Palette von Anwendungen eingesetzt wird. Von Elektronik bis hin zur Raumfahrt nutzt die moderne Welt die außergewöhnlichen Eigenschaften dieses Metalls, um innovative Lösungen zu schaffen und technologische Fortschritte zu ermöglichen.
Anwendungen, Verwendungen und Physiologie
Wolfram, ein Metall mit außergewöhnlichen Eigenschaften, findet in einer breiten Palette von Anwendungen Verwendung. Von der Leuchtmittelindustrie bis zur Medizin bietet Wolfram vielfältige Möglichkeiten:
Industrielle Anwendungen und Legierungen
Wolfram ist bekannt für seinen hohen Schmelzpunkt, wodurch es ideal für die Leuchtmittelindustrie ist. Es wird als Glühwendel in Glühlampen und als Elektrode in Bogenlampen und Elektronenröhren eingesetzt. Eine weitere bedeutende Anwendung liegt in der Eisenmetallurgie, wo Wolfram als Legierungsmetall verwendet wird. Diese Legierungen verleihen Stahl eine außergewöhnliche Widerstandsfähigkeit.
Strahlungsabschirmung und Rüstungsanwendungen
Aufgrund seiner hohen Dichte dient Wolfram als Ausgleichsgewicht in verschiedenen Anwendungen. Es wird auch zur Strahlungsabschirmung eingesetzt, um radioaktive Strahlung abzuschirmen. In einigen Armeen ersetzt Wolframkarbid, das nicht radioaktiv ist, abgereichertes Uran als Projektilkern in panzerbrechender Munition. Wolfram spielte auch eine entscheidende Rolle im Zweiten Weltkrieg für den Bau von Hochleistungsgeschützen und hat auch heute noch Anwendungen in modernen Rüstungssystemen.
Vielseitige industrielle und wissenschaftliche Verwendungen
Wolfram findet auch in der Chemieindustrie Anwendung aufgrund seiner hohen Korrosionsbeständigkeit. Es wird jedoch aufgrund seiner geringen Bearbeitbarkeit selten als Werkstoff in chemischen Anlagen verwendet. In der Forschung und Medizintechnik wird es ebenfalls eingesetzt, obwohl seine Verwendung begrenzt ist. Wolframkarbid, auch als Hartmetall bekannt, wird aufgrund seiner Härte in der Materialbearbeitung eingesetzt. Es wird auch zur Herstellung von Neutronenreflektoren bei Kernwaffen verwendet.
Anwendungen im Alltag und Sport
Wolfram hat seinen Platz im Alltag gefunden. Es wird in Wolframkarbiden zur Imprägnierung von Stoffen verwendet, um sie schwer entflammbar zu machen. Wolframhaltige Farben finden Verwendung in der Kunst und der Keramik- und Porzellanindustrie. Das Metall wird auch in der Sportwelt genutzt, um hochwertige Barrels für Dartpfeile herzustellen und die Leistung von Sportgeräten wie Hammerköpfen und Formel-1-Autos zu verbessern.
Physiologie und Gesundheit
In der Physiologie gibt es interessante Aspekte von Wolfram. Derzeit wird Wolfram und seinen Verbindungen eine physiologisch unbedenkliche Eigenschaft zugeschrieben. Untersuchungen haben gezeigt, dass peroral aufgenommene Wolfram-Verbindungen hauptsächlich über den Urin ausgeschieden werden. Im Tiermodell wurde festgestellt, dass Wolfram in Knochen und Nieren abgelagert wird. In Bakterien und Enzymen spielt Wolfram eine Rolle als Cofaktor und positives Bioelement.
Wolfram ist zweifellos ein bemerkenswertes Metall mit einer erstaunlichen Bandbreite von Anwendungen. Von industriellen Prozessen bis zur Medizin, von Rüstungsanwendungen bis hin zum Alltag, trägt Wolfram zur Verbesserung von Technologie, Gesundheit und Lebensqualität bei. Seine einzigartigen Eigenschaften machen es zu einem unverzichtbaren Werkstoff in einer zunehmend fortschrittlichen Welt.
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