Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE MeV	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	¹⁸¹Hf
¹⁸¹W	{syn.}	121,2 d	ε	0,188	¹⁸¹Ta
¹⁸²W	26,3 %	Stabil
¹⁸³W	14,3 %	Stabil
¹⁸⁴W	30,67 %	Stabil
¹⁸⁵W	{syn.}	75,1 d	β⁻	0,433	¹⁸⁵Re
¹⁸⁶W	28,6 %	Stabil
¹⁸⁷W	{syn.}	23,72 h	β⁻	1,311	¹⁸⁷Re
¹⁸⁸W	{syn.}	69,4 d	β⁻	0,349	¹⁸⁸Re

NMR-Eigenschaften

	Spin	γ in rad·T⁻¹·s⁻¹	E	f_L bei B = 4,7 T in M Hz
¹⁸³W	1/2	1,113 · 10⁷	7,2 · 10^-5	8,32

Sicherheitshinweise

Gefahrstoffkennzeichnung

Gefahrensymbole
F Leichtent- zündlich

R- und S-Sätze

R: 11

S: 43

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

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

Geschichte

Bereits im 16. Jahrhundert beschrieb der 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. In diesem erkannte 1781 der schwedische Chemiker Carl Wilhelm Scheele ein bis dahin unbekanntes Salz. Reines Wolfram wurde erstmals 1783 von den spanischen Brüdern Fausto und Juan José Elhuyar (die unter der Leitung von Scheele arbeiteten) durch Reduktion von Wolframtrioxid, welches man aus Wolframit gewinnt, hergestellt.

Vorkommen

hochreines Wolfram in Bruchstücken

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

Die größten Wolframerzeuger (in Klammern 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 reines Wolfram. Das Jahr 2005 war von einem starken Anstieg des Wolframpreises gekennzeichnet, auch im Vergleich zu den teils erheblichen Schwankungen in den Vorjahren.

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

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 praktischen Nutzen. Die 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, der vorerst übertägige Bergbau wurde im Felbertal 1976 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 Sankt Martin im Sulmtal (Steiermark). Auf dem Gelände der 1976 geschlossenen Untertage-Braunkohlengrube von Pölfing-Bergla entstand eine Wolframhütte, in der seit 1977 aus Konzentraten aus mehreren Ländern Wolframoxid-, Wolframmetall- und Wolframcarbidpulver hergestellt werden.

Gewinnung und Darstellung

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

Die Wolframerze werden zunächst durch Flotation angereichert. Danach erfolgt der Aufschluss der gemahlenen Erze durch Schmelzen mit Soda bei ca. 800 °C oder mit Natronlauge unter Druck (Rösten), wobei zunächst lösliches Natriumwolframat entsteht. Nach dem Ausfällen und Abfiltrieren von Verunreinigungen wird das Natriumwolframat (Na₂WO₄ · 2 H₂O) mit Calciumchlorid zu Calciumwolframat umgewandelt, das mit Salzsäure zu Wolframsäure (WO₃*H₂O) reagiert, welche 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. Durch Glühen erhält man Wolfram(VI)-oxid (WO₃), das bei 800 °C unter Wasserstoffatmosphäre zu stahlgrauem Wolfram reduziert wird:

$\mathrm{WO_3 + 3 \ H_2 \longrightarrow W + 3 \ H_2O}$

Dabei entsteht graues Wolframpulver,dieses 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 (Zonenschmelzverfahren).

Physikalische Eigenschaften

Wolfram besitzt nach dem Kohlenstoff den höchsten Schmelzpunkt aller chemischen Elemente.

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. Erst 2004 gelang dem Laboratori nazionali del Gran Sasso der Nachweis, dass das Isotop mit der Massenzahl 180 dem Alphazerfall unterliegt,^[1] mit der extrem langen Halbwertszeit von 1,8 Trillionen Jahren. Die Radioaktivität ist so gering, dass sie für alle praktischen Zwecke ignoriert werden kann.

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. Im 2. Weltkrieg war Wolfram wichtig für den Bau deutscher Hochleistungsgeschütze, etwa der Panzerkanone des Panther.

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.

Wolframhaltige Farben werden in der Malerei sowie in der Keramik- und Porzellanindustrie verwendet.

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. Auch im Segelsport kommt es seit einiger Zeit in den Kielbomben großer Racer zum Einsatz. Dabei wird der Wasserwiderstand, durch die größere Dichte gegenüber herkömmlichen Materialien wie Blei oder Gusseisen, stark verringert.

Saiten für Musikinstrumente werden z. T. mit Wolfram umsponnen, um ihr Gewicht zu erhöhen und dadurch die Tonhöhe zu verringern.

Wolfram findet auch in der Röntgendiagnostik als Targetmaterial in der Anode Verwendung. Die $K α$ - und $K β$ -Linien der Charakteristischen Röntgenstrahlung liegen um 59 keV bzw. 67 keV.

In der Rastertunnelmikroskopie wird Wolfram oft als Material für die Sondenspitze verwendet.

Seit Anfang des 21. Jahrhunderts wird Wolfram auch zu Schmuck, z. B. Ringen verarbeitet.