Ванадий первоначально был обнаружен мексиканцем А.М. Дель Рио в рудах бурого цвета, содержащих свинец, которые при нагревании давали красноватый цвет.
Но официальное признание элемент получил позднее, когда его обнаружил химик из Швеции Н.Г.Сефстрем при исследовании железной руды из местного месторождения и дал ему название Ванадий созвучное с именем Ванадис, которое носила древнегреческая богиня красоты.
По внешнему виду металл напоминает сталь своим серебристо-серым цветом. Но на этом сходство заканчивается. Строение ванадия: кубическая объемноцентрированная решетка с параметрами a=3,024A и z=2. Плотность составляет 6,11 г/ см 3 .
archeage анадий
Плавится он при температуре 1920 о С, а кипеть начинает при 3400 о С. А вот нагревание на открытом воздухе до температуры выше 300 о С снижает пластические свойства металла и делает его хрупким, повышая при этом твердость. Понять такое поведение помогает строение атома металла.
Ванадий элемент, имеющий атомный номер 23 и атомную массу 50,942, он относится к V группе четвертого периода системы Д. Менделеева . А это означает, что атом ванадия состоит из 23-х протонов, 23-х электронов и 28-ми нейтронов.
Несмотря на то что это элемент V группы, валентность ванадия не всегда равна 5. Она бывает 2, 3. 4 и 5 с положительным знаком. Разные значения валентности объясняются разными вариантами заполнения электронных оболочек, при которых они приходят в стабильное состояние.
Известно, что положительное значение валентности определяется числом отданных атомом химического элемента электронов, а отрицательное – числом электронов, присоединенных к внешнему энергетическому уровню для формирования его стабильности. Электронная формула ванадия — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 .
Он может легко отдать два электрона с 4-го подуровня, при этом его степень окисления обусловлена 2-х валентным положительным проявлением. Но атом этого элемента способен отдавать еще 3 электрона с предшествующей внешнему подуровню орбиты и проявить максимальную степень окисления, равную +5.
Оксиды этого элемента с валентностью от 2-х до 5 различны по своему химическому проявлению. Оксиды VO и V2O3 имеют основной характер, VO2 – амфотерный и V2O5 – кислотный.
ArcheAge — Добыча анадиевой руды, слиток анадия. Где и как добывать?
Чистый металл отличается своей пластичностью и поэтому хорошо обрабатывается ковкой , штамповкой, прессованием и прокаткой. Обработка сваркой и резкой должны проходить в инертной среде, т. к. при нагревании теряется пластичность.
При обработке металл практически не подвержен наклепу и может выдержать большие нагрузки при обжатии в холодном виде без промежуточного отжига. Он устойчив к коррозии и не изменяется под влиянием воды, в том числе и морской, а также слабых растворах некоторых кислот, солей и щелочей.
Месторождения и добыча ванадия
Крупные месторождения руд, содержащие металл, находятся в Америке, ЮАР, России, Финляндии и Австралии. Большое месторождение есть в горах Перу, где он представлен патронитом V2S5, содержащим серу. При его обжиге образуется концентрат, содержащий до 30% V2O5.
Найден минерал в Киргизии и Казахстане. Знаменитое Кызылординское месторождение является одним из крупнейших. В России его добывают в основном в Краснодарском крае (Керченское месторождение) и на Урале (Гусевогорское месторождение титаномагнетитов).
Технология извлечения металла зависит от требований к его чистоте и области использования. Основные методы, применяемые в технологии его получения – это йодидный, кальцетермический, алюминотермический, углетермический в вакууме, хлоридный.
В основе технологии йодидного метода лежит термическая диссоциация йодида ванадия . Распространенным является получение металла восстановлением V2O5 термическим методом с применением кальция или алюминия.
При этом происходит реакция по формуле: V2O5+5Ca = 2V+5CaC+1460 кДж с выделением тепла, которого достаточно для расплавления образовавшегося V, что позволяет ему стекать и собираться в твердом виде. Чистота металла, полученного таким способом, достигает 99,5%.
Современный способ извлечения V — это восстановление оксидов в условиях вакуума углеродом при температуре от 1250 о С до 1700 о С. Метод хлоридной добычи заключается в восстановлении VCl3 жидким магнием.
Применение ванадия
Одно из основных применений металл нашел в качестве легирующей добавки — феррованадия для улучшения качества сталей. Добавление ванадиевой лигатуры повышает прочностные параметры сталей, а также ее вязкость, износостойкость и другие характеристики.
При этом добавка выполняет функцию как раскислителя, так и карбидообразующего компонента. Карбиды равномерно располагаются в сплаве, предотвращая структурный рост зерен стали при нагревании. Легированный ванадием чугун также способствует улучшению его качеств.
Применяется ванадий для улучшения сплаWow на основе титана. Есть сплавы титана, в составе которых содержится до 13% этой легирующей добавки. Присутствует ванадий также в сплавах ниобия, тантала и хрома, используемых в авиационной промышленности, а также алюминиевых, титановых и других материалах авиации и ракетостроения.
Уникальность элемента позволяет использовать его в атомной отрасли при производстве канальных труб ТВЭЛов для атомных станций, т. к. он, как и цирконий, обладает свойством малого поперечного захвата тепловых нейтронов, что важно при протекании ядерных реакций. В атомно-водородной технологии используют хлорид ванадия для термохимического взаимодействия с водой.
Используют ванадий в химической и сельскохозяйственной отрасли, медицине, стекольном производстве, текстильной области, лакокрасочном производстве и изготовлении аккумуляторов. Широко распространены ручные инструменты и оснастка из сплава хром ванадий, отличающиеся своей прочностью.
Одно из последних направлений — это электроника. Особенно интересным и перспективным является материал на основе диоксидов титана и ванадия. Соединенные определенным образом, они создают систему, обладающую способностью значительно увеличивать память и скорость компьютеров и других электронных устройств.
Цена ванадия
В качестве готового сырья ванадий выпускают в виде слитков , прутков, кругов, а также оксидов. В ассортименте многих предприятий, занимающихся производством этого тугоплавкого металла, представлены сплавы различных марок. Цена во многом зависит от назначения, чистоты металла, способа производства, а также вида продукции.
Например, Екатеринбургское предприятие НПК «Специальная металлургия» реализует слитки по цене 7 тыс. за кг, лом — по цене от 440 до 500 тыс. за тонну, слитки марки ВНМ-1 по цене 500 тыс.за тонну. Цена может меняться также в зависимости от рыночных условий и спроса на продукцию.
Источник: tvoi-uvelirr.ru
Ванадий (V, Vanadium)
Химический элемент с «божественным» названием Ванадий (от древнескандинавской Vanadis, дочери Ванов, которая была богиней любви и красота у скандинавских народов) был открыт дважды. В самом начале XIX столетия новый металл открыл Андрес Мануэль Дель Рио, профессор минералогии из Мехико в свинцовых рудах мексиканских горных пород. Но для химиков из Европы это открытие показалось сомнительным.
В 1830 году Нильс Сефстрём (химик из Швеции) открыл ванадий в железной руде. За необыкновенную красоту соединений, образуемых новым металлом, его назвали Ванадий.
Общая характеристика ванадия
Ванадий – химический элемент с атомным номером 23, занимает место в побочной подгруппе V группы IV периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Пластичный ковкий металл серебристо-стального цвета,
Нахождение ванадия в природе
Ванадий является рассеянным элементом, встречается в осадочных и магматических породах, сланцах и железных рудах. Месторождения ванадия имеются в Австралии, Перу, Турции, Англии, ЮАР и США (calorizator). На территории России ванадий добывают в Ферганской долине, на Урале, в Киргизии, центральном Казахстане, Красноярском крае и Оренбургской области.
В организме человека ванадий присутствует в жировой ткани, костях и подкожных иммунных клетках.
Физические и химические свойства ванадия
Внешний вид ванадия больше всего напоминает сталь, это пластичный металл с температурой плавления 1920˚С. Не подвержен действию воздуха, морской воды и щелочных растворов при нормальной температуре.
Суточная потребность в ванадии
Суточная потребность 6-63 мкг/сутки (ВОЗ, 2000). Всего 1% поступающего извне ванадия всасывается в организме, остальное выводится с мочой.
Продукты питания богатые ванадием
Дополнительный приём препаратов, содержащих ванадий, обычно не назначается, суточная потребность в микроэлементе покрывается за счёт продуктов питания. Ванадий содержат злаки (рожь и овёс, пшеница и ячмень), крупы (неочищенный рис и гречка), бобовые (горох, фасоль), а также некоторые овощи, фрукты и ягоды (салат, редис, свекла, морковь и картофель, груши, вишня и земляника).
Полезные свойства ванадия и его влияние на организм
Ванадий играет заметную роль в регулировании липидного и углеводного обмена, принимает участие в активной выработке энергии. Медики отмечают, что уменьшение уровня холестерина связано с количеством поступающего в организм ванадия. Является стимулирующим фактором для движения кровяных клеток, которые поглощают болезнетворные микробы (фаоцитов).
Взаимодействие ванадия с другими
Токсичность ванадия снижается при его взаимодействии с хромом и белками. Обратный эффект дают соединения железа и алюминия, а также витамин С.
Признаки нехватки ванадия
Дефицит ванадия представлен единичными случаями ванадийдефицитной шизофрении, а также связан с патологией углеводного обмена.
Признаки избытка ванадия
Избыток ванадия значительно более распространен и связан с производством асфальта, стекла, топливной продукции (мазут, бензин, и т.д.). Обладает гипертензивным действием (ВОЗ, 1997). Установлена связь генеза маниакально-депрессивных состояний и невротической реактивной депрессии с повышением уровня ванадия в крови. Описана ванадиевая природа эндемичного рассеянного склероза — жирорастворимые комплексы ванадия техногенного происхождения кумулируются в миелиновых оболочках и в коре мозга, приводя к развитию рассеянного склероза.
Применение ванадия в жизни
Основным потребителем ванадия является металлургическая промышленность. Введение ванадия в состав сплаWow нержавеющей, быстрорежущей и инструментальной стали увеличивается прочность и износоустойчивость стали.
Также ванадий применяется в атомно-водородной энергетике, в производстве серной кислоты, как химический источник тока.
Источник: calorizator.ru
Применение ванадия. Справка
Министерство торговли США сообщило о начале расследования импорта ванадия из России и Китая. Ведомство планирует выяснить, угрожают ли национальной безопасности страны объемы импортируемой продукции.
В сообщении на сайте министерства говорится, что поводом к расследованию стала петиция американских производителей ванадия AMG Vanadium LLC и U.S. Vanadium LLC, которую они подали в ноябре 2019 года. В ней заявители утверждают, что на их производство отрицательно влияют слишком низкая стоимость импортного ванадия, ограничения на экспортных рынках из-за налоговых режимов в других странах-производителях ванадия, а также влияние промышленной политики России и Китая.
Министр торговли США Уилбур Росс отметил, что ванадий является стратегическим металлом, который используется в национальной оборонной промышленности и критической инфраструктуре, а также он является неотъемлемой частью аэрокосмического строительства.
Что такое ванадий?
Ванадий — это химический элемент с атомным номером 23. Он представляет собой пластичный металл серебристо-серого цвета, который по внешнему виду похож на сталь.
Элемент был открыт в 1801 году профессором минералогии из Мехико Андресом Мануэлем Дель Рио в свинцовых рудах, однако европейские химики не признали этот факт. В 1830 году ванадий заново открыл шведский химик Нильс Сефстрем в железной руде. Элемент назван в честь скандинавской богини любви и красоты Фрейи (с др.-сканд. Vanadís — дочь Ванов).
Ванадий относится к рассеянным элементам и в природе в свободном виде не встречается. Его в основном получают из железных руд, которые содержат ванадий в качестве примеси.
Температура плавления ванадия составляет 1 920 °C, а температура кипения — 3 400 °C. При нагревании выше 300 °C на воздухе ванадий становится хрупким. Он устойчив против коррозии, действия морской воды, разбавленных растворов соляной, азотной и серной кислот и щелочей.
Где и для чего применяется ванадий?
Ванадий используется в аэрокосмической, оборонной, энергетической и автомобильной промышленности.
В металлургии ванадий используют при производстве сталей в качестве добавки, которая повышает их прочность. Чаще всего металл добавляют в высокопрочные низколегированные стали, свойства которых улучшены по сравнению с углеродистой сталью. Также ванадий применяют при производстве нержавеющих и инструментальных сталей. Ванадиевая сталь используется для изготовления осей, велосипедных рам, коленчатых валов и других деталей. Также она применяется при создании погружных буровых платформ для бурения нефтяных скважин.
В автомобильной промышленности ванадий добавляют в детали, которые требуют очень высокой прочности, например, поршни автомобильных двигателей.
Ванадий добавляют в высокопрочные титановые сплавы. Смешанный с алюминием в титановых сплавах, он используется в реактивных двигателях, высокоскоростных корпусах самолетов, а также в зубных имплантатах.
Ванадий также применяется в качестве катализатора химических реакций. Пентаоксид ванадия (оксид ванадия (V)) используют с этой целью при получении серной кислоты контактным способом (способ получения серной кислоты в высоких концентрациях, необходимых для промышленных процессов ) и при производстве малеинового ангидрида (органическое соединение, базовый химикат, который применяется почти во всех отраслях промышленной химии). Также его широко применяют в качестве анода (положительного электрода) в мощных литиевых батареях и аккумуляторах. Диоксид ванадия (оксид ванадия (IV)) используют в производстве стеклянных покрытий, которые блокируют инфракрасное излучение при определенной температуре.
Кто производит ванадий?
По заявлению министра торговли США Уилбура Росса, спрос на ванадий в стране обеспечивается исключительно за счет импорта. По данным Геологической службы США (USGS), в 2019 году 94% использованного в Соединенных Штатах ванадия были импортными. Основными поставщиками выступили Австрия, Канада, Россия и Южная Корея. Тогда США импортировали из РФ 283 тонны ванадия, включая отходы, лом и сплавы с алюминием, а в первом квартале 2020 года — 37 тонн, пишет РБК.
Помимо упомянутых выше стран, ванадий производят Канада, ЮАР, Бразилия и другие страны. Согласно оценкам, самые большие запасы в мире принадлежат Китаю и России: 9,5 млн и 5 млн тонн соответственно.
В РФ крупнейшим экспортером ванадия является группа Evraz («Евраз Ванадий Тула»). На сайте компании сказано, что она крупнейший в Европе производитель пентоксида ванадия, а также феррованадия-50 и феррованадия-80 (легирующие добавки для выплавки титановых сплаWow и сверхпрочной стали). Также Evraz выпускает побочную продукцию: железосодержащий концентрат, известково-гипсовую композицию и щебень. По данным РБК, в 2019 году компания выручила от продажи ванадиевых продуктов (шлака и сплаWow) $648 млн, а в 2018 году — $1,15 млрд.
Источник: aif.ru