Wolfram

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE M eV	ZP
¹⁷⁸W	{syn.}	21,6 d	ε	0,091	¹⁷⁸Ta
¹⁷⁹W	{syn.}	37,05 min	ε	1,060	¹⁷⁹Ta
¹⁸⁰W	0,13 %	1,8 · 10¹⁸ a	α	2,516	¹⁷⁶Hf
¹⁸¹W	{syn.}	121,2 d	ε	0,188	¹⁸¹Ta
¹⁸²W	26,3 %	W ist stabil mit 108 Neutronen
¹⁸³W	14,3 %	W ist stabil mit 109 Neutronen
¹⁸⁴W	30,67 %	W ist stabil mit 110 Neutronen
¹⁸⁵W	{syn.}	75,1 d	β^-	0,433	¹⁸⁵Re
¹⁸⁶W	28,6 %	W ist stabil mit 112 Neutronen
¹⁸⁷W	{syn.}	23,72 h	β^-	1,311	¹⁸⁷Re
¹⁸⁸W	{syn.}	69,4 d	β^-	0,349	¹⁸⁸Re

NMR-Eigenschaften

	¹⁸³W
Kernspin	1/2
gamma / rad/T	1,113 · 10⁷
Empfindlichkeit	7,2 · 10^-5
Larmorfrequenz bei B = 4,7 T	8,32 M Hz

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Normbedingungen.

Das Metall Wolfram [ˈvɔlfram] ist ein chemisches Element, welches von allen reinen Metallen den höchsten Schmelz- und Siedepunkt besitzt.

Bereits im 16. Jahrhundert beschrieb der berühmte Freiberger Mineraloge Georgius Agricola das Vorkommen eines Minerals in sächsischen Zinnerzen, welches die Zinngewinnung durch Verschlackung des Zinnanteils erheblich erschwerte. Ob es sich dabei um Wolframit handelte, ist auch heute noch umstritten, da er von der „Leichtigkeit“ des Minerals sprach. Er nannte das Mineral lupi spuma, was aus dem Lateinischen übersetzt soviel wie „Wolf(s)-Schaum“ bedeutet. Später wurde aus Wolfschaum Wolfrahm. Und schließlich entstand das heute bekannte Wort Wolfram.

Das im Englischen und Französischen gebräuchliche Wort Tungsten, leitet sich von Tung Sten (Calciumwolframat) (schwedisch für „schwerer Stein“) ab.

Reines Wolfram wurde erstmals 1783 von den spanischen Brüdern Fausto Elhuyar und Juan José Elhuyar durch Reduktion von Wolframtrioxid, welches man aus Wolframit gewinnt, hergestellt.

Gewinnung und Verarbeitung

Wolfram wird kommerziell aus Wolfram-Erzen wie dem Wolframit (Eisen-/Manganwolframat) oder dem Scheelit (Calciumwolframat) gewonnen.

Die größten Wolframerzeuger (in Klammer Weltmarktanteil 2003) sind:

China (84,1 %)
Russland (5,9 %)
Kanada (4,2 %)
Österreich (2,1 %)
Portugal (1,1 %)

Wichtige Vorkommen befinden sich auch in Australien, Korea, Thailand und Brasilien. Die größten Wolframförderunternehmen sind die kanadische NA Tungsten mit einem Weltmarktanteil von 4,6 % im Jahre 2003, die österreichische Wolfram Bergbau mit 2,3 % und die britische Avocet (1,3 %).

Die sicheren und wahrscheinlichen Weltvorkommen betragen derzeit 2,9 Mio. Tonnen von reinem Wolfram. Das Jahr 2005 war von einem starken Anstieg des Wolframpreises gekennzeichnet, auch im Vergleich zu den teils erheblichen Schwankungen in den Vorjahren.

Die Weltproduktion von reinem Wolfram betrug 2003 66.200 Tonnen. Bedeutendste deutsche Verarbeiter sind H.C. Starck und die Longyear GmbH.

Wolfram kann nicht durch Reduktion mit Kohle aus den oxidischen Erzen gewonnen werden, da hierbei Wolframkarbid entsteht.

Das gebrochene und gemahlene Erz wird zunächst mit Soda vermengt und geröstet. Dabei bildet sich wasserlösliches Wolframat. Nach wässriger Extraktion fällt im Sauren das Hydrat des Wolframtrioxids aus, welches abfiltriert wird. Durch Zusatz ammoniakalischer Lösung entsteht ein Komplex namens Ammonium-Parawolframat (APW). Dieser wird ebenfalls abfiltriert und anschließend bei 600 °C in relativ reines Wolframtrioxid überführt. Das Wolframtrioxid kann schließlich bei 800 °C unter Wasserstoffatmosphäre zu stahlgrauem Wolframpulver reduziert werden. Dieses Pulver wird meist in Formen verdichtet und elektrisch zu Barren gesintert. Bei Temperaturen über 3400 °C kann in speziellen Elektroöfen mit reduzierender Wasserstoffatmosphäre ein kompaktes Wolframmetall erschmolzen werden.

Wolfram in Österreich

Das bedeutendste bekannte Vorkommen von Wolfram in Europa befindet sich im Felbertal in den Hohen Tauern (Bundesland Salzburg). In Österreich wurde Scheelit erstmals schon 1815/16 auf der Goldlagerstätte Schellgaden im Lungau (Salzburg) entdeckt. In der Folge fand man in vielen Klüften der Hohen Tauern schöne, mitunter mehrere Zentimeter große Scheelitkristalle. Diese Funde waren allesamt von keinem praktischem Nutzen. Die nahe liegende große Lagerstätte im Felbertal blieb vorerst unentdeckt.

1950 wurde bekannt, dass in der bereits seit 1927 im Abbau befindlichen Magnesitlagerstätte auf der Wanglalm bei Lanersbach/Tux (Tirol) im hinteren Zillertal Scheelit in größeren Mengen auftrat. Es handelte sich dabei um derben, mit Magnesit und Quarz verwachsenen Scheelit. In den folgenden Jahren wurden jeweils etwa 10.000 Tonnen Erz mit einem Wolframoxidgehalt von durchschnittlich 1,8% gewonnen, was eine weltweit einmalig hohe Qualität darstellte. Wegen des niedrigen Marktpreises wurde die Wolframgewinnung jedoch Ende der 1960er-Jahre eingestellt, aber 1971 wieder aufgenommen und bis zur Schließung des Magnesitbergbaues 1976 weiter geführt.

1967 wurde schließlich das bislang größte Scheelitvorkommen Europas im Felbertal entdeckt. Die schwierigen Explorationsarbeiten im hochalpinen Gelände (höchste Abbaustelle am Brentling in 2100 m Seehöhe) begannen 1971 und 1976 wurde der vorerst übertägige Bergbau im Felbertal aufgenommen (ab 1979 auch Untertagebergbau, Übertagebergbau 1986 eingestellt). Von Anfang 1993 bis Mitte 1995 war der Bergbau wegen des niedrigen Marktpreises für Wolfram vorübergehend eingestellt.

Die Aufbereitung des Wolframerzes aus dem Felbertal erfolgt im nahen Mittersill. Von hier gelangt das Scheelitkonzentrat nach St. Martin im Sulmtal (Steiermark). Hier entstand auf dem Gelände der 1976 geschlossenen Untertage-Braunkohlengrube von Pölfing-Bergla eine Wolframhütte, in der seit 1977 aus Konzentraten aus mehreren Ländern Wolframoxid-, Wolframmetall- und Wolframcarbidpulver hergestellt werden.

Physikalische Eigenschaften

Wolfram besitzt von allen chemischen Elementen, außer dem Kohlenstoff, den höchsten Schmelzpunkt. Es ist ein weißglänzendes, dehnbares Metall hoher Dichte, Härte und Festigkeit. Das Metall existiert in einer stabilen Alpha-Modifikation (kubisch-raumzentriert). Die metastabile Beta-Modifikation (verzerrt kubisch-raumzentriert) stellt in Wahrheit ein Wolfram(VI)-oxid dar. In der Natur kommt Wolfram in 5 Isotopen mit den Massenzahlen 180, 182, 183, 184 und 186 vor, wobei die Massenzahl 184 die größte Häufigkeit aufweist.

Wolfram ist ein Supraleiter mit einer Sprungtemperatur von 0,011 K.

Chemische Eigenschaften

Wolfram ist ein chemisch sehr widerstandsfähiges Metall, das selbst von Fluorwasserstoffsäure und Königswasser (zumindest bei Zimmertemperatur) kaum angegriffen wird. Es löst sich aber in Gemischen aus Fluss- und Salpetersäure und geschmolzenen Gemischen aus Alkalinitraten und -karbonaten auf.

Feinverteiltes, gelöstes Wolfram ist für Mensch und Tier giftig, da es bestimmte, molybdänhaltige Atmungsenzyme deaktiviert.

Verwendung

Wolfram findet wegen seines hohen Schmelzpunktes in der Leuchtmittelindustrie als Glühwendel in Glühlampen und als Elektrode in Bogenlampen und in Elektronenröhren Verwendung. Seine zweite große Bedeutung hat es als Legierungsmetall in der Eisenmetallurgie. Es macht den Stahl widerstandsfähig.

Auf Grund seiner hohen Dichte wird es für Ausgleichsgewichte und zur Strahlungsabschirmung verwendet, und in einigen Armeen wird panzerbrechende Munition mit einem Projektilkern aus Wolfram anstelle des billigeren, aber giftigen abgereicherten Urans verwendet.

Darüber hinaus wird Wolfram in Form von Wolframkarbid als Neutronenreflektor bei Kernwaffen eingesetzt, um die kritische Masse herabzusetzen.

Wegen seiner hohen Korrosionsbeständigkeit kann Wolfram auch als Werkstoff für Apparaturen in chemischen Anlagen verwendet werden. Allerdings wird diese Anwendungsform wegen der schlechten Bearbeitbarkeit von Wolfram (Wolfram kann nur mit Laser- oder Elektronstrahl geschweißt werden) nur selten angewandt. Das Gleiche gilt auch für eine denkbare Anwendung als Wolframschmuck oder im Bereich der Medizintechnik.

In der Physiologie, besonders der Neurophysiologie, werden Mikroelektroden aus Wolfram für extrazelluläre Ableitungen verwendet.

Wolframkarbide (Hartmetall) werden aufgrund ihrer hohen Härte in der Materialbearbeitung verwendet.

Wolframate werden zur Imprägnierung von Stoffen verwendet, um diese schwer entflammbar zu machen.

Zudem werden Elektroden für den Widerstandsschweißprozess aus Wolfram hergestellt, insbesondere wenn Werkstoffe wie Kupfer, Bronze oder Messing geschweißt werden sollen.

Im Sport kommt Wolfram zur Herstellung hochwertiger Barrels für das Dartspiel zum Einsatz, und beim Hammerwurf wurden Hammerköpfe zeitweise zur Reduktion des Luftwiderstandes und des Rotationsradius ebenfalls aus Wolfram gefertigt. Außerdem werden Wolframplatten als Zusatzgewichte in der Formel 1 verwendet, um das vorgeschriebene Mindestgewicht von Formel 1-Wagen (inkl. Öl-, Brems- und Kühlflüssigkeit, sowie Fahrer im Rennoverall und mit Helm) von 600 kg zu erreichen.

Saiten für Musikinstrumente werden z.T. mit Wolfram umsponnen.

Wolfram findet auch in der Röntgendiagnostik als Targetmaterial in der Anode Verwendung. Die $K_{\alpha }$ - und $K_{\beta }$ -Linien der Charakteristischen Röntgenstrahlung liegen um 59 keV bzw. 67 keV