Ванадий металл или неметалл

Ванадий (V, Vanadium)

История ванадия

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 сплавов 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.

Ванадий

Вана́дий / Vanadium (V), 23

1,63 (шкала Полинга)

Вана́дий — элемент побочной подгруппы пятой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 23. Обозначается символом V (лат. Vanadium ). Простое вещество ванадий (CAS-номер: 7440-62-2) — пластичный металл серебристо-серого цвета.

Содержание

История

Ванадий был открыт в 1801 г. профессором минералогии из Мехико Андресом Мануэлем Дель Рио в свинцовых рудах. Он обнаружил новый металл и предложил для него название «панхромий» из-за широкого диапазона цвета его соединений, сменив затем название на «эритроний». Дель Рио не имел авторитета в научном мире Европы, и европейские химики усомнились в его результатах. Затем и сам Дель Рио потерял уверенность в своём открытии и заявил, что открыл всего лишь хромат свинца.

В 1830 году ванадий был открыт заново шведским химиком Нильсом Сефстрёмом в железной руде. Новому элементу название дали Берцелиус и Сефстрём.

Шанс открыть ванадий был у Фридриха Вёлера, исследовавшего мексиканскую руду, но он серьёзно отравился фтороводородом незадолго до открытия Сефстрёма и не смог продолжить исследования. Однако Вёлер довёл до конца исследование руды и окончательно доказал, что в ней содержится именно ванадий, а не хром.

Читайте также:
Где применяется медь

Происхождение названия

Этот элемент образует соединения с красивой окраской, отсюда и название элемента, связанное с именем скандинавской богини любви и красоты Фрейи (др.-исл. Vanadís — дочь Ванов; Ванадис).

Нахождение в природе

Ванадий относится к рассеянным элементам и в природе в свободном виде не встречается. Содержание ванадия в земной коре 1,6·10 −2 % по массе, в воде океанов 3·10 −7 %. Наиболее высокие средние содержания ванадия в магматических породах отмечаются в габбро и базальтах (230—290 г/т). В осадочных породах значительное накопление ванадия происходит в биолитах (асфальтитах, углях, битуминозных фосфатах), битуминозных сланцах, бокситах, а также в оолитовых и кремнистых железных рудах. Близость ионных радиусов ванадия и широко распространённых в магматических породах железа и титана приводит к тому, что ванадий в гипогенных процессах целиком находится в рассеянном состоянии и не образует собственных минералов. Его носителями являются многочисленные минералы титана (титаномагнетит, сфен, рутил, ильменит), слюды, пироксены и гранаты, обладающие повышенной изоморфной ёмкостью по отношению к ванадию. Важнейшие минералы: патронит V(S2)2, ванадинит Pb5(VO4)3Cl и некоторые другие. Основной источник получения ванадия — железные руды, содержащие ванадий как примесь.

Месторождения

Известны месторождения в Перу, Колорадо, США, ЮАР, Финляндии, Австралии, Армении, России [2] .

Получение

В промышленности при получении ванадия из железных руд с его примесью сначала готовят концентрат, в котором содержание ванадия достигает 8-16 %. Далее окислительной обработкой ванадий переводят в высшую степень окисления +5 и отделяют легко растворимый в воде ванадат натрия (Na) NaVO3. При подкислении раствора серной кислотой выпадает осадок, который после высушивания содержит более 90 % ванадия.

Первичный концентрат восстанавливают в доменных печах и получают концентрат ванадия, который далее используют при выплавке сплава ванадия и железа — так называемого феррованадия (содержит от 35 до 80 % ванадия). Металлический ванадий можно приготовить восстановлением хлорида ванадия водородом (H), термическим восстановлением оксидов ванадия (V2O5 или V2O3) кальцием, термической диссоциацией VI2 и другими методами.

Физические свойства

Ванадий — пластичный металл серебристо-серого цвета, по внешнему виду похож на сталь. Кристаллическая решётка кубическая объёмноцентрированная, a=3,024 Å, z=2, пространственная группа Im3m. Температура плавления 1920 °C, температура кипения 3400 °C, плотность 6,11 г/см³. При нагревании на воздухе выше 300 °C ванадий становится хрупким. Примеси кислорода, водорода и азота резко снижают пластичность ванадия и повышают его твёрдость и хрупкость [1] .

Химические свойства

Химически ванадий довольно инертен. Он стоек к действию морской воды, разбавленных растворов соляной, азотной и серной кислот, щелочей.

С кислородом ванадий образует несколько оксидов: VO, V2O3, VO2,V2O5. Оранжевый V2O5 — кислотный оксид, темно-синий VO2 — амфотерный, остальные оксиды ванадия — основные. Галогениды ванадия гидролизуются. С галогенами ванадий образует довольно летучие галогениды составов VX2 (X = F, Cl, Br, I), VX3, VX4 (X = F, Cl, Br), VF5 и несколько оксогалогенидов (VOCl, VOCl2, VOF3 и др.). Известны следующие оксиды ванадия:

Соединения ванадия в степенях окисления +2 и +3 — сильные восстановители, в степени окисления +5 проявляют свойства окислителей. Известны тугоплавкий карбид ванадия VC (tпл=2800 °C), нитрид ванадия VN, сульфид ванадия V2S5, силицид ванадия V3Si и другие соединения ванадия.

При взаимодействии V2O5 с основными оксидами образуются ванадаты — соли ванадиевой кислоты вероятного состава HVO3.

Применение

80 % всего производимого ванадия находит применение в сплавах, в основном для нержавеющих и инструментальных сталей.

Атомно-водородная энергетика

Хлорид ванадия применяется при термохимическом разложении воды в атомно-водородной энергетике (ванадий-хлоридный цикл «Дженерал Моторс»,США). В металлургии ванадий обозначается буквой Ф

Химические источники тока

Пентаоксид ванадия широко применяется в качестве положительного электрода (анода) в мощных литиевых батареях и аккумуляторах. Ванадат серебра в резервных батареях в качестве катода.

В производстве серной кислоты

Оксид ванадия(V) используется как катализатор на стадии превращения сернистого ангидрида в серный.

Биологическая роль и воздействие

Установлено, что ванадий может тормозить синтез жирных кислот, подавлять образование холестерина. Ванадий ингибирует ряд ферментных систем, тормозит фосфорилирование и синтез АТФ, снижает уровень коферментов А и Q, стимулирует активность моноаминоксидазы и окислительное фосфорилирование. Известно также, что при шизофрении содержание ванадия в крови значительно повышается.

Избыточное поступление ванадия в организм обычно связано с экологическими и производственными факторами. При остром воздействии токсических доз ванадия у рабочих отмечаются местные воспалительные реакции кожи и слизистых оболочек глаз, верхних дыхательных путей, скопление слизи в бронхах и альвеолах. Возникают и системные аллергические реакции типа астмы и экземы; а также лейкопения и анемия, которые сопровождаются нарушениями основных биохимических параметров организма.

Читайте также:
Гидравлическая станция своими руками

При введении ванадия животным (в дозах 25-50 мкг/кг), отмечается замедление роста, диарея и увеличение смертности.

Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) 0,11 мг ванадия. Ванадий и его соединения токсичны. Токсическая доза для человека 0,25 мг, летальная доза — 2-4 мг.

Повышенное содержание белков и хрома в рационе снижает токсическое действие ванадия. Нормы потребления для этого минерального вещества не установлены.

Кроме того ванадий у некоторых организмов, например, у морских жителей дна голотурий и асцидий концентрируется в целомической жидкости/крови, причем его концентрации достигают 10 %. Его функция в организме голотурий до конца не ясна, разные ученые считают его отвечающим либо за перенос кислорода в организме этих животных, либо за перенос питательных веществ. С точки зрения практического использования — возможна добыча ванадия из этих организмов, экономическая окупаемость таких «морских плантаций» на данный момент не ясна, но в Японии имеются пробные варианты.

Изотопы

Природный ванадий состоит из двух изотопов: слаборадиоактивного 50 V (изотопная распространённость 0,250 %) и стабильного 51 V (99,750 %). Период полураспада ванадия-50 равен 1,5·10 17 лет, т. е. для всех практических целей его можно считать стабильным; этот изотоп в 83 % случаев посредством электронного захвата превращается в бета-минус-распад, превращаясь в массовым числом от 40 до 65 (а также 5 метастабильных состояний). Из них наиболее стабильны 49 V (T1/2=337 дней) и 48 V (T1/2=15,974 дня).

ВАНАДИЙ — дважды открытый

Удивительный металл, который неизвестно зачем накапливают асцидии и мухоморы. Ванадия много в морской и минеральной воде. А источники горы Фудзиямы содержат рекордное (до 54 микрограмм на литр) количество металла. Отчего природа так распорядилась своим богатством, еще предстоит выяснить ученым.

История ⌛

Ванадий — металл, который открыли два раза.

Первый раз это было, когда минералог дель-Рио исследовал свинцовые руды из Мексики.

«Сводил» руду с разными веществами и получал соли и окислы неведомого металла. Ученого очаровали цвета соединений, потому он и назвал новый металл панхромием (многоцветный). Правда, потом он переименовал новый элемент в эритроний (красный). Этот цвет имеют один из окислов ванадия и некоторые его соли.

Дель-Рио сообщил ученому миру об открытии, и ревнивые химики ринулись перепроверять опыты. То же проделал и минералог. То ли он разочаровался в открытии, то ли что-то еще, но от открытия он отказался.

«Второе пришествие» нового элемента состоялось через 30 лет. Химик Сефстрем исследует шведскую руду, и находит отвергнутый элемент. Сефстрему повезло — он работал с Берцелиусом, а его авторитет в мире химии не подвергался сомнению. Так что металл признали, а открыватели нового элемента дали ему название ванадий.

Имя дали в честь прекрасной скандинавской богини любви и войны Фрейи, или Ванадис.

Свойства

Простое вещество расположено в V группе четвертого периода таблицы Менделеева.

Только характеристиками сильно отличается.

Химические свойства ванадия:

  1. При нагреве до 200-300 градусов образует с галогенами соединения (йодид, бромид, фторид).
  2. Нагрейте металл до 700 градусов, и он прореагирует с азотом; получится нитрид 2VN.
  3. В реакции с кислородом дает несколько разновалентных окислов. Известны модификации окисла ванадия V2O5, существующие при высоких давлениях.
  4. С водородом образует твердые растворы.

Известны следующие оксиды ванадия:

Растворяется в смеси HF + HNO3.

Со щелочами не реагирует. С металлами образует сплавы.

Свойства атома
Название, символ, номер Вана́дий / Vanadium (V), 23
Атомная масса
(молярная масса)
50,9415(1)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ar] 3d3 4s2
Радиус атома 134 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 122 пм
Радиус иона (+5e)59 (+3e)74 пм
Электроотрицательность 1,63 (шкала Полинга)
Электродный потенциал
Степени окисления 5, 4, 3, 2, 0
Энергия ионизации
(первый электрон)
650,1 (6,74) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 6,11[2] г/см³
Температура плавления 2160 К (1887 °C)
Температура кипения 3650 К (3377 °C)
Уд. теплота плавления 17,5 кДж/моль
Уд. теплота испарения 460 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 24,95[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём 8,35 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая
объёмноцентрированная
Параметры решётки 3,024 Å[2]
Температура Дебая 390 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 30,7 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-62-2

Вот такой тяжелый характер у металла.

Читайте также:
Горизонтальный прокол грунта своими руками

Добыча: из руды, асцидий и мухоморов ⛏️

Основными месторождениями владеют:

  • Китай;
  • ЮАР;
  • США;
  • Россия;
  • Армения.

Лидером в производстве ванадия является Китай, он и диктует цены на металл.

Некоторые мухоморы тоже очень богаты ванадием. Так что и в наших лесах можно открывать добычу ценного элемента.

Наш пострел везде поспел ⚙️

Применение ванадия и его соединений ограничивается довольно высокой ценой. Но во многих случаях эти вещества просто необходимы.

Почти весь ванадий (по разным данным от 87% до 90%) использует черная и цветная металлургия.

По статистике ванадий лидер среди легирующих металлов. Используется для придания сплавам требуемых свойств.

Ванадиевая лигатура придает сплавам износоустойчивость, хорошо повышает вязкость и прочность сплавов.

Все свойства ценного металла еще не исследованы; металлурги и ученые находят все больше привлекательных характеристик металла Ванадис.

Оставшиеся проценты используют:

  • автомобильная промышленность;
  • электроника;
  • производители серной кислоты (в качестве катализатора вместо очень дорогой платины);
  • в литиевых аккумуляторах и батареях;
  • при крекинге нефти;
  • производство красок и керамики.

Соединения ванадия использует атомно-водородная энергетика.

Многоцветьем соединений ванадия пользуются в производстве тканей для их окраски.

Война требует порох, а для его производства нужна серная кислота.

Купить металл богини Ванадис

Металл продают в виде порошка и слитков. Желающие могут купить прокат ванадия: проволоку, прутки, листы, полосы, трубчатый профиль.

Ванадий — удовольствие не дешевое. Посмотрите цены и убедитесь.

Продукция Цена в рублях за килограмм
Лист От 20 000
Пруток От 30 000
Проволока От 45 000

Однако металл богини Ванадис того стоит.

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Что такое Ванадий — описание химического элемента, свойства, характеристики, применение

Утвердительный ответ на вопрос о том, ванадий это металл или неметалл, дал Менделеев, включив элемент в V группу при создании своей периодической таблицы. Ванадий — это металл, обладающий привлекательной серо-серебристой окраской. Оригинальное название он получил в честь богини любви Ванадис, почитаемой древними скандинавами.

Примечательно, что открытие данного элемента состоялось дважды. Но в первом случае мексиканскому ученому А. Мануэлю не удалось убедительно доказать свое открытие. Поэтому право первооткрывателя досталось шведу Н. Сефстрему.

Свойства ванадия

Химический элемент ванадий имеет символ обозначения V (vanadium). Температура плавления ванадия составляет 1920 градусов, поэтому его относят к категории тугоплавких металлов. Металл устойчив к деформации ползучести до достижения температуры в 675 градусов. Это свойство определяет пятиокись ванадия, которая формируется на поверхности в процессе окисления. Прочная связь поверхностной пленки с материалом сохраняется до указанного температурного уровня.

  • Кристаллическая структура элемента представляет собой объемно-центрированную кубическую решетку. Плотность ванадия составляет 6,11 г/см3.
  • Ванадиум обладает высокой твердостью, при этом он прекрасно поддается ковке и механической обработке под давлением.
  • Ванадий считается достаточно распространенным элементом, но при этом он не имеет сгруппированных залежей или минералов. По этой причине его относят к категории рассеянных металлов. Обнаружить ванадий несложно в его сульфидах (ванадите, патроните) и в других породах.

Характеристика ванадия

Ванадий представляет собой достаточно простое вещество с большим запасом химических и физических свойств. Он устойчив к воздействию воды, щелочей и кислот.

В перечень физических характеристик неизменно включают:

  • твердость, пластичность и хорошую ковкость;
  • серо-серебристый оттенок, близкий к стали;
  • заметное снижение показателя пластичности при добавлении компонентов (N, O, H) с параллельным увеличением хрупкости и твердости.
  • Металл становится хрупким при нагреве до температуры в 300 градусов.
  • С химической точки зрения ванадий характеризуют как инертный элемент, устойчивый к обработке соляной и серной кислотой. По своим коррозионным свойствам металл опережает титан и различные марки стали.
  • Ванадий активно реагирует на галоген, образуя в итоге летучий галогенид. Обработка кислородом позволяет получить разные по цвету оксиды.
  • При добавлении в сталь ванадий повышает ее эластичность и упругость, а в комплекте с иными элементами увеличивает ползучесть.
  • Ванадий, цена за грамм которого ниже, чем у металлов со схожими характеристиками, имеет один недостаток. Он отсутствует в природе в чистом виде.

Соединения ванадия

Электронная формула ванадия обуславливает степень его окисления, которая колеблется в пределах от +2 до +5. Самым ценным из окислов металла является пятиокись ванадия, которая востребована при изготовлении литиевых аккумуляторов. В виде порошка ярко-оранжевого цвета соединение выполняет роль анода.

Другие соединения ванадия применяются в виде:

  • сульфидов;
  • фторидов;
  • хлоридов.
Читайте также:
ГОСТ на металлические трубы круглого сечения

В промышленном производстве востребованы окислы ванадия.

Добыча ванадия

  • земную кору;
  • различные минералы, содержащие этот элемент в качестве примеси;
  • металлы и различную руду (уголь, нефть, свинец, уран, цинк, медь, сланец).

Чаще всего данный элемент встречается в металлах и различных видах руды. До 10% ванадия содержится в золе, полученной при сжигании нефти.

Месторождения руды, которую используют для добычи ванадия, обнаружены в Перу (патронит), Чили, Америке, Аргентине, Мексике, Австралии, России, Казахстане, Киргизстане.

Получение ванадия

В перечень основных источников, на которых основано производство ванадия, входят три разновидности ископаемых:

  • железная;
  • титаномагнетитовая;
  • медно-свинцово-цинковая руда.

При переработке уранового сырья и горючих сланцев ванадий является побочным продуктом.

В современном производстве используют несколько технологий получения металла, точнее, его окислов.

  1. Первый вариант предполагает воздействие на ископаемую руду водных растворов или кислот. Перед началом выщелачивания руду подвергают отжигу. Последним шагом обработки служит отделение гидратированного оксида из рабочего раствора путем гидролиза.
  2. Другая технология производства предполагает плавку железной (или другой, содержащей ванадий) руды в доменных печах. На первом этапе ванадий переходит в полученный в результате плавления исходного сырья чугун. Последующий этап переработки чугуна в сталь сопровождается формированием шлаков, содержание в которых пентоксида ванадия может достигать 16%. Шлаки обжигают, смешав их предварительно с поваренной солью. Затем этот переходный продукт подвергают поэтапному выщелачиванию при помощи водного раствора и разбавленной серной кислоты.

Конечный продукт V 205 применяют для получения сплавов ванадия с железом или металлического ванадия. Для феррованадия характерен большой разброс по процентному содержанию ванадия.

Производство чистого металла

Конечный продукт при производстве ванадия без примесей может иметь вид порошка или слитков (кусков).

Ванадий в виде металлического порошка выпускают методом электролитического рафинирования. Сырьём в этом производстве выступает алюминотермический ванадий. Конечный продукт в зависимости от степени его чистоты разделяют на три марки:

  • Вэл-1 (чистотой 99,9%);
  • Вэл-2 (99,7%);
  • Вэл-3 (99,5%).

Технология изготовления кускового металла требует применения особых электроннолучевых печей. Установка для выплавки слитков снабжена пушками двух типов: термоэлектронными и ВТР-устройствами. Рабочий процесс основан на методе капельной выплавки в кристаллизатор, которых непрерывно охлаждается при помощи воды. Кристаллизатор размещен вертикально, а для его изготовления применяется медь.

Технические требования к кускам чистого ванадия регламентированы ТУ 48-4-272-73. Слитки должны иметь форму цилиндров, их масса ограничена пределами от 8 до 80 кг. Длина колеблется от 20 до 80 см, а диаметр может быть 80, 100, 120 и 150 мм.

в зависимости от наличия сторонних примесей различают три марки кускового ванадия:

  • ВнМ-0 (максимальная чистота 99,99%);
  • ВнМ-1 (99,9%);
  • ВнМ-2 (99,5%).

Ванадий в виде проката

Современные технологии позволяют получить ванадий в виде проката, а именно:

  • листом;
  • прутком;
  • проволокой;
  • трубчатым профилем.

Основным регламентирующим производство прокатного ванадия документом служит ТУ 48-4-373-76. В основе маркировки по чистоте лежит тот же принцип деления на три сорта, что применяется для слитков.

Листы ванадия могут иметь разную ширину и толщину, края их закруглены на основании требований безопасности. С учетом конечного назначения прокатной продукции листы нередко снабжают защитным покрытием для повышения стойкости к агрессивному воздействию внешней среды.

Применение ванадия

Металл активно применяют в самых разных отраслях промышленности. Однако, наиболее востребован он в химической отрасли и металлургии.

Если проанализировать потребности различных промышленных отраслей в процентном соотношении, то основным потребителем металла станет металлургическая промышленность. На нее приходится около 875 от мирового объема потребления ванадия. Из них 7% расходуются в сфере выпуска цветных металлов и их сплавов, а остальной металл применяется в черной металлургии.

Чаще всего данный материал используют для легирования при литье высококачественных сталей конструкционного назначения. Это позволяет повысить эксплуатационные показатели стали (эластичность, прочность, ударную вязкость, твердость). На сегодняшний день именно ванадий служит самым лучшим и востребованным легирующим компонентом.

Ванадий необходим и для улучшения качества инструментальной и нержавеющей стали. Материал с высоким содержанием ванадия предназначен для производства велосипедных рам, различных осей, коленчатых валов, рабочих органов погружных буровых установок.

Автомобильная промышленность нуждается в ванадии для изготовления деталей, подвергающихся сильной эксплуатационной нагрузке. Ярким примером служат поршни в двигателях внутреннего сгорания. Ванадий добавляют в сталь, из которой они изготовлены.

  • Из ванадия делают стандартные изделия, которые находят свое применение в самых разных сферах производства (проволоку, лист, пруток, трубку, порошок).
  • Металл добавляют в сплавы на основе титана, которые предназначены для изготовления зубных имплантов, производства корпусных элементов самолетов, деталей реактивных двигателей.
  • Для выпуска специальных строгальных ножей, к прочности которых предъявляют особые требования, используется сплав ванадия с хромом.
Читайте также:
Арматурогиб ручной своими руками

В качестве катализатора ванадий востребован в различных химических реакциях. Пентоксид ванадия используют в литиевых аккумуляторах и мощных батареях, при производстве концентрированной серной кислоты, малеинового ангидрида. Последний служит базовым компонентом практически во всех химических производствах.

  • Диоксид ванадия необходим для создания стеклянных покрытий, способных блокировать в определенных условиях инфракрасные лучи.
  • В чистом виде металл требуется в атомной промышленности. Из него производят трубы и оболочку для тепловыделяющих компонентов. Кроме того, ванадий в чистом виде необходим для изготовления различных электронных приборов.
  • Хлорид ванадия участвует в термохимическом разложении воды в сфере атомно-водородной энергетики.

Заметно расширить сферу использования ванадия в промышленности позволили исследования ученого-химика Н. Зинина. Опробованный ученым процесс синтеза анилина из нитробензола открыл новые горизонты в сфере изготовления искусственных красителей. Соединения ванадия в этой отрасли особенно популярны благодаря разнообразию их ярких оттенков. В итоге ванадий начали использовать при выпуске цветного стекла, керамики, различных красок.

Применение ванадия в качестве красителя эффективно с экономической точки зрения. Небольшого количества пятиокиси металла хватает для производства 220 000 порций красителя путем преобразования анилиновой бесцветной соли. Благодаря этой технологии возможно получение тканей глубокого и близкого к натуральному цвета индиго.

В начале прошлого века на фоне подготовки в первой мировой войне возросла потребность в производстве серной кислоты как исходного сырья для пороха. В этом плане ванадий (его пятиокись) вытеснил за счет своей низкой стоимости платину, которую прежде использовали в качестве основного катализатора. Кроме того, для запуска реакции ванадия требуется заметно меньше, чем платины.

  • Современные технологии позволили расширить сферу использования ванадия. Его применяют как катализатор при крекинге нефти, изготовлении уксусной кислоты, во многих других химических производствах.
  • Ванадий востребован в сельском хозяйстве в качестве активной добавки к ядохимикатам и некоторым микроудобрениям.
  • Полезно знать, что металл востребован и в бытовой сфере. Примером служит гаечный ключ с меткой хром/ванадий. Эти марки стали используют для изготовления режущего и иного инструмента для металлообработки.

Спрос на ванадий

Стоимость ванадия на мировом рынке определяет Китай, лидирующий по производству данного металла. С учетом потребности мирового производства в этом виде металла, его стоимость непрерывно растет.

  • Цена за килограмм определяется видом конечной продукции. К самым дорогим позициям относят полосу и проволоку, а замыкает список пятиокись ванадия.
  • При сортировке металлического лома в чистом виде ванадий обнаружить невозможно. Но следует знать, что он входит в состав сталей, имеющих в маркировке «Ф».
  • Кроме того, ванадий входит в состав различных отходов, деталей и узлов, при производстве которых использованы сплавы и различные соединения на базе металла.

Ванадий – полезные свойства и особенности металла

Внешне этот металл неотличим от большинства собратьев, но его оксиды подобны радуге. Ванадий «помогает» создавать порох, улучшает свойства стали, изничтожает вредителей сельхозкультур.

  1. Что представляет собой
  2. История открытия
  3. Физико-химические характеристики
  4. Нахождение в природе
  5. Технология получения
  6. Области применения
  7. Металлургия
  8. Другие отрасли промышленности
  9. ВПК
  10. Цены
  11. Значение для человека

Что представляет собой

Ванадий – это серебристо-серый металл, внешне напоминающий сталь.

Причислен к группе тугоплавких металлов. По некоторым классификациям считается тяжелым металлом.

Химический элемент системы Менделеева №23, международное обозначение – V, Vanadium.

Вещество наделено прочностью, пластичностью.

История открытия

История открытия металла «многосерийная»:

  • Первым (1801 год) его обнаружил, исследуя свинцовое сырье, мексиканский минералог Мануэль Дель Рио. Однако европейцы-химики не поверили в открытие. Под их напором Дель Рио и сам начал сомневаться. И озвучил новую версию: это был хромат свинца.
  • Через почти 30 лет его «переоткрыл» Нильс Сефстрем. Шведский химик обнаружил новое вещество, исследуя железную руду.
  • Одним из «отцов» считается Фридрих Велер. Он изучал то же мексиканское сырье, но из-за болезни прервал работу. Зато позднее поставил точку, доказав, что в составе руды был таки ванадий. Тем самым подтвердил приоритет Дель Рио.

Название тоже подобралось не сразу:

  • Первооткрыватель Мануэль Дель Рио, подивившись разнообразию колористики вещества, предложил название «панхромий». Второй вариант – «эритроний».
  • Красоту окраски нового элемента оценили и Иенс Берцелиус с Сефстремом. Скандинавы ожидаемо предложили свой вариант – по имени богини скандинавского пантеона Фрейи (аналог греческой Венеры). На древнескандинавском оно звучит как Ванадис.

Отдать должное первооткрывателю Дель Рио попытался геолог Джордж Фезерстонхау.

Он предложил переименовать элемент «рионием», но поддержки не нашел.

Читайте также:
Аппарат для изготовления гвоздей

Физико-химические характеристики

Металл равнодушен к воздействию воздуха, воды, щелочных растворов. Такая инертность «роднит» благородные газы (аргон, ксенон, гелий, криптон) с ванадием.

Основные свойства металла:

  • Растворяется царской водкой, плавиковой кислотой, горячими концентрированными азотной, серной кислотами.
  • Пластичен, порог появления хрупкости – +300°C.
  • Хрупким металл делают примеси азота, кислорода, водорода.
  • Соединения вещества токсичны.

Известны следующие оксиды ванадия:

Это типичный переходный металл: наделен переменными степенями окисления, образует комплексные соединения. Зарегистрировано 84 соединения ванадия, основные – оксиды, ванадаты, сульфиды.

Свойства атома
Название, символ, номер Вана́дий / Vanadium (V), 23
Атомная масса
(молярная масса)
50,9415(1) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ar] 3d3 4s2
Радиус атома 134 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 122 пм
Радиус иона (+5e)59 (+3e)74 пм
Электроотрицательность 1,63 (шкала Полинга)
Электродный потенциал
Степени окисления 5, 4, 3, 2, 0
Энергия ионизации
(первый электрон)
650,1 (6,74) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 6,11 г/см³
Температура плавления 2160 К (1887 °C)
Температура кипения 3650 К (3377 °C)
Уд. теплота плавления 17,5 кДж/моль
Уд. теплота испарения 460 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 24,95 Дж/(K·моль)
Молярный объём 8,35 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая
объёмноцентрированная
Параметры решётки 3,024 Å
Температура Дебая 390 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 30,7 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-62-2

Оксиды металла разной валентности отличаются по цвету: черный (II III), глубокий голубой (IV), оранжевый (V).

Нахождение в природе

Металл не относится к редким элементам: на планете он 20-й по распространенности.

Каждая тонна земной коры содержит в среднем 260 г ванадия.

Это рассеянный элемент, в свободном виде в природе не представленный:

  • Главный источник ванадия как металла – магматические породы (базальты, габбро), бокситы, железные руды.
  • Его соединения зафиксированы в океанской воде. Из нее металл извлекают, например, японцы.
  • Самый экзотичный источник металла – асцидии. Эти морские обитатели высасывают металл прямо из воды.

РЭМ изображение кристаллов ванадия, полученных методом электролиза

Их выращивание поставлено на поток в той же Японии. Плантации разбивают на побережье, собранный «урожай» сушат, сжигают.

Зола асцидий богаче ванадием, чем большинство земных месторождений.

Технология получения

Основной поставщик вещества – железные руды с примесью ванадия.

Металлический продукт получают несколькими способами:

  • Термовосстановление оксида из карбонатов, соединений кальция, магния.
  • Термическое разложение иодида ванадия.

Высокой чистоты (95-99%) продукта добиваются рафинированием. Для этого задействуется электролиз расплава галогенидов вещества и вакуумная плавка.

Бруски ванадия 99,95 % чистоты, полученные переплавкой в электронном пучке. Поверхность брусков протравлена для проявления структуры

Российскими учеными созданы наногабаритные модификации оксида ванадия.

Области применения

Свойства ванадия обусловили его востребованность гражданским и военным промышленным комплексом.

Металлургия

90% сырья забирает металлургия. Здесь главный способ применения ванадия – как добавки-лигатуры к сталям:

  • Благодаря ему стали, титановые сплавы делаются прочнее, вязче, эластичнее, устойчивее к износу, коррозии, жару.

Достоинства сталей с ванадием оценил «отец» американского автопрома Генри Форд в начале XX века.

  • Продукция представлена прокатом (прутки, проволока, лист, трубка), слитками, порошком.

Российская номенклатура сталей предусматривает маркировку ванадия в их составе буквой Ф.

  • Есть варианты с покрытием для регионов с экстремальным климатом.

Самые востребованные соединения металла – сплавы с титаном и хромом. Из последнего выполняют ручной инструмент (например, гаечные ключи, ножи).

Хром в сплавах понижает токсичность ванадия.

Другие отрасли промышленности

Металл, сплавы используются в широком ассортименте операций и изделий:

  • двигатели самолетов, ракет, другой космической техники;
  • постоянные магниты;
  • литиевые батареи, аккумуляторы;
  • крекинг нефти.

Также применяется атомно-водородной энергетикой (ядерные реакторы), как химический источник тока.

Это стойкий пигмент для лаков, красок, керамики, текстиля, стекла.

Одной массовой части пятиокиси ванадия достаточно для яркой окраски 200 тысяч частей бесцветной анилиновой соли.

Соединения металла – катализатор при производстве серной кислоты.

Она – исходник для создания нитроклетчатки. А нитроклетчатка – основной компонент пороха.

В «пороховом» сегменте ванадий вытеснил элитную платину.

Ванадиевые месторождения есть в нескольких странах, включая Россию и США. Однако половина мирового производства сосредоточена в Китае.

Он и диктует цены. Особенность ценообразования – учет вида продукции.

Самые дорогие позиции – пруток и прокат ванадия ($1800-2000/кг). Слитки на порядок дешевле, на два порядка – оксид, другие соединения.

Значение для человека

В организме человека металл аккумулируется костной и жировой тканями.

Суточная потребность человека в ванадии – 10-60 мкг, в зависимости от возраста и массы тела.

Как правило, она обеспечивается продуктами питания.

Читайте также:
Биостеклофарфор или нержавейка что лучше

Металлом богаты разные пищевые группы:

  • крупы – гречка, неочищенный рис;
  • бобовые – горох, фасоль;
  • злаки – пшеница, рожь, овес, ячмень;
  • овощи – картофель, свекла, морковь, редис, салат;
  • фрукты, ягоды – вишня, груша, земляника.

Металл участвует в регулировании липидного, углеводного обмена, выработке энергии. Активирует кровь, растворяет «плохой» холестерин.

Токсичен переизбыток вещества. Это фактор риска для работников металлургических предприятий.

Организм человека средней комплекции (68-72 кг) содержит 0,0001 г ванадия. Отравление вызывает ее двойное превышение. Смертельная доза – 0,002-0,004 г.

Vanadium

Vanadium (IPA: /vəˈneɪdiəm/ ) is a chemical element in the periodic table that has the symbol V and atomic number 23. A rare, soft and ductile element, vanadium is found combined in certain minerals and is used mainly to produce certain alloys. It is one of the 26 elements commonly found in living things.

Contents

  • 1 Notable characteristics
  • 2 Applications
  • 3 History
  • 4 Biological role
    • 4.1 Mineral supplement in drinking water
  • 5 Occurrence
  • 6 Isolation
  • 7 Compounds
    • 7.1 Toxicity of vanadium compounds
    • 7.2 Various oxidation states of vanadium ions
  • 8 Isotopes
  • 9 Precautions
  • 10 See also
  • 11 References
  • 12 External links

Notable characteristics [ ]

Vanadium is a soft and ductile, silver-grey metal. It has good resistance to corrosion by alkalis , sulfuric and hydrochloric acid . It oxidizes readily at about 933 K. Vanadium has good structural strength and a low fission neutron cross section, making it useful in nuclear applications. Although a metal, it shares with chromium and manganese the property of having valency oxides with acid properties.

Common oxidation states of vanadium include +2, +3, +4 and +5. A popular experiment with ammonium vanadate NH4VO3, reducing the compound with zinc metal, can demonstrate colorimetrically all four of these vanadium oxidation states. A +1 oxidation state is rarely seen.

Applications [ ]

Approximately 80% of vanadium produced is used as ferrovanadium or as a steel additive. Other uses:

  • In such alloys as:
    • specialty stainless steel , e.g. for use in surgical instruments and tools .
    • rust resistant and high speed tool steels.
    • mixed with aluminium in titanium alloys used in jet engines and high-speed airframes
  • Vanadium steel alloys are used in axles , crankshafts , gears, and other critical components.
  • It is an important carbide stabilizer in making steels.
  • Because of its low fission neutron cross section, vanadium has nuclear applications.
  • Vanadium foil is used in cladding titanium to steel.
  • Vanadium-gallium tape is used in superconducting magnets (175,000 gauss ).
  • Vanadium pentoxide V2O5 is used as a catalyst in manufacturing sulfuric acid (via the contact process ) and maleic anhydride . It is also used in making ceramics .
  • Glass coated with vanadium dioxide VO2 can block infrared radiation (and not visible light) at a specific temperature.
  • Electrical fuel cells and storage batteries such as vanadium redox batteries .
  • Added to corundum to make simulated Alexandrite jewelry.
  • Vanadate electrochemical conversion coatings for protecting steel against rust and corrosion
  • Used to make lacrosse shafts

History [ ]

Vanadium was originally discovered by Andrés Manuel del Río (a Spanish-born Mexican mineralogist) in Mexico City , in 1801 . He called it “brown lead” (now named vanadinite ). Through experimentation, its colors reminded him of chromium, so he named the element panchromium. He later renamed this compound erythronium, since most of the salts turned red when heated. The French chemist Hippolyte Victor Collet-Descotils incorrectly declared that del Rio’s new element was only impure chromium. Del Rio thought himself to be mistaken and accepted the statement of the French chemist that was also backed by Del Rio’s friend Baron Alexander von Humboldt .

In 1831, Sefström of Sweden rediscovered vanadium in a new oxide he found while working with some iron ores and later that same year Friedrich Wöhler confirmed del Rio’s earlier work. Later, George William Featherstonhaugh , one of the first US geologists, suggested that the element should be named “rionium” after Del Rio, but this never happened.

Metallic vanadium was isolated by Henry Enfield Roscoe in 1867, who reduced vanadium(III) chloride VCl3 with hydrogen. The name vanadium comes from Vanadis, a goddess in Scandinavian mythology, because the element has beautiful multicolored chemical compounds .

Читайте также:
Где применяется алюминий

Biological role [ ]

In biology, a vanadium atom is an essential component of some enzymes , particularly the vanadium nitrogenase used by some nitrogen-fixing micro-organisms. Vanadium is essential to ascidians or sea squirts in vanadium chromagen proteins . The concentration of vanadium in their blood is more than 100 times higher than the concentration of vanadium in the seawater around them. Rats and chickens are also known to require vanadium in very small amounts and deficiencies result in reduced growth and impaired reproduction.

Administration of oxovanadium compounds has been shown to alleviate diabetes mellitus symptoms in certain animal models and humans. Much like the chromium effect on sugar metabolism, the mechanism of this effect is unknown.

Mineral supplement in drinking water [ ]

Most continental waters show a vanadium concentration of less than 3 ppb. However, the groundwater of Mt. fuji contains a very high concentration of vanadium up to 150 ppb. This vanadium is solubilized from the basalt by the groundwater. The vanadium content in Mt.Fuji becomes higher at places nearer the summit and deeper in the ground. Recently this high-vanadium water of Mt. Fuji has been sold by many companies as an agent to cope with diabetes. However, there are no concrete evidences for its positive efficacy. In contrast the rainbow trout living in the Mt.Fuji water showed much higher accumulation of vanadium in kidneys and bone. Many people drink the Mt. Fuji water for a long period. It is necessary to investigate the effect of drinking the Fuji water on human health and especially the preventive effect against diabetes.

References: High vanadium content in Mt.Fuji groundwater and its relevance to the ancient biosphere by Tatsuo Hamada in Vanadium in Environment. Part 1: Chemistry and Biochemistry. Edited by Jerome O. Nriagu. Page 97-123. 1998. John Wilen & Sons, Inc.

Occurrence [ ]

Vanadium is never found unbound in nature but it does occur in about 65 different minerals among which are patronite VS4, vanadinite Pb5(VO4)3Cl, and carnotite K2(UO2)2(VO4)2.3H2O. Vanadium is also present in bauxite , and in carbon containing deposits such as crude oil , coal , oil shale and tar sands. Vanadium has also been detected spectroscopically in light from the Sun and some other stars .

Much of the vanadium metal being produced is now made by calcium reduction of V2O5 in a pressure vessel. Vanadium is usually recovered as a by-product or co-product, and so world resources of the element are not really indicative of available supply.

See also category:vanadate minerals .

Isolation [ ]

Vanadium is available commercially and production of a sample in the laboratory is not normally required. Commercially, routes leading to metallic vanadium as main product are not usually required as enough is produced as byproduct in other processes.

In industry, heating of vanadium ore or residues from other processes with salt NaCl or sodium carbonate Na2CO3 at about 850 °C gives sodium vanadate NaVO3. This is dissolved in water and acidified to give a red solid which in turn is melted to form a crude form of vanadium pentoxide V2O5. Reduction of vanadium pentoxide with calcium gives pure vanadium. An alternative suitable for small scales is the reduction of vanadium pentachloride VCl5 with hydrogen or magnesium. Many other methods are also in use.

Industrially, most vanadium is used as an additive to improve steels . Rather than proceed via pure vanadium metal it is often sufficient to react the crude of vanadium pentoxide V2O5 with crude iron. This produces ferrovanadium suitable for further work.

Compounds [ ]

Vanadium pentoxide V2O5 is used as a catalyst principally in the production of sulfuric acid. It is the source of vanadium used in the manufacture of ferrovanadium. It can be used as a dye and color-fixer.

Vanadyl sulfate VOSO4, also called vanadium(IV) sulfate oxide hydrate, is used as a relatively controversial dietary supplement , primarily for increasing insulin levels and body-building . Whether it works for the latter purpose has not been proven, and there is some evidence that athletes who take it are merely experiencing a placebo effect .

Читайте также:
Аппарат для изготовления гвоздей

Vanadium(IV) chloride VCl4 is a soluble form of vanadium that is commonly used in the laboratory. V(IV) is the reduced form of V(V), and commonly occurs after anaerobic respiration by dissimilatory metal reducing bacteria . VCl4 reacts violently with water.

Toxicity of vanadium compounds [ ]

The toxicity of vanadium depends on its physico-chemical state; particularly on its valence state and solubility. Pentavalent VOSO4 has been reported to be more than 5 times as toxic as trivalent V2O3 (Roschin, 1967). Vanadium compounds are poorly absorbed through the gastrointestinal system. Inhalation exposures to vanadium and vanadium compounds result primarily in adverse effects to the respiratory system (Sax, 1984; ATSDR, 1990). Quantitative data are, however, insufficient to derive a subchronic or chronic inhalation.

There is little evidence that vanadium or vanadium compounds are reproductive toxins or teratogens. There is also no evidence that any vanadium compound is carcinogenic; however, very few adequate studies are available for evaluation. Vanadium has not been classified as to carcinogenicity by the U.S. EPA (1991a).

Various oxidation states of vanadium ions [ ]

It is known that vanadium gets the oxidation states +2, +3, +4, +5. To observe the colours of these states, ammonium metavanadate (NH4VO3) can be used as a starting agent. It must be acidified beforehand so dioxovanadium(V) ion, VO2 + (yellow +5 oxidation number) is produced. In alkaline medium, the stable form of vanadium(V) state is VO3 – .

Adding zinc powder and concentrated hydrochloric acid continuously, VO2 + is reduced into blue VO 2+ .

It can be seen that during the reaction, the mixture is green in colour as the original yellow of the +5 state and the blue of the +4 are present.

Continuously adding Zn powder and concentrated HCl, blue VO 2+ is reduced to green V 3+ . V 3+ is then reduced to violet V 2+ by Zn powder and concentrated HCl again.

See also Vanadium compounds . See also Vanadium(V) oxide .

Isotopes [ ]

Naturally occurring vanadium is composed of one stable isotope 51 V and one radioactive isotope 50 V with a half-life of 1.5×10 17 years. 24 artificial radioisotopes have been characterized (in the range of mass number between 40 and 65) with the most stable being 49 V with a half-life of 330 days, and 48 V with a half-life of 15.9735 days. All of the remaining radioactive isotopes have half-lives shorter than an hour, the majority of them below 10 seconds. In 4 isotopes, metastable excited states were found (including 2 metastable states for 60 V).

The primary decay mode before the most abundant stable isotope 51 V is electron capture . The next most common mode is beta decay . The primary decay products before 51 V are element 22 (titanium) isotopes and the primary products after are element 24 (chromium) isotopes.

Precautions [ ]

Powdered metallic vanadium is a fire hazard, and unless known otherwise, all vanadium compounds should be considered highly toxic. Generally, the higher the oxidation state of vanadium, the more toxic the compound is. The most dangerous compound is vanadium pentoxide .

The Occupational Safety and Health Administration (OSHA) has set an exposure limit of 0.05 mg/m 3 for vanadium pentoxide dust and 0.1 mg/m 3 for vanadium pentoxide fumes in workplace air for an 8-hour workday, 40-hour work week.

The National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) has recommended that 35 mg/m 3 of vanadium be considered immediately dangerous to life and health. This is the exposure level of a chemical that is likely to cause permanent health problems or death.

Ванадий тугоплавкий металл. Область применения. История открытия, свойства, достоинства и недостатки

Тугоплавкий металл ванадий

Ванадий — химический элемент с атомным номером 23. Минеролог из Мексики А. М. Дель Рио в начале XIX века обратил внимание на вкрапления в свинцовой руде. Разноцветные частицы были приняты за оксид хрома, открытый ранее и часто встречающийся на рудниках. В природе ванадий в чистом виде не встречается, но входит в состав титановых и железных руд, магматических и осадочных пород, пироксенов, минералов патронит и ванадинит, слюду.

Очень часто ванадий металл получают в виде побочного продукта в процессе производства урана. Большие месторождения расположены в Южной Америке, США, ЮАР, Австралии, России, Турции, Армении, Финляндии, Англии. Высокая стойкость к коррозии и большинству агрессивных химических соединений, возможность образования карбидов, нитридов, сульфидов и силицидов позволяет широко применять металл в металлургии для создания высокопрочных низколегированных сплавов, титановых, нержавеющих и инструментальных сталей.

Читайте также:
ГОСТ на металлические трубы круглого сечения

История открытия

Минеролог А. М. Дель Рио из Мехико был близок к первенству открытия нового элемента, но принял его за разновидность оксида хрома. В начале XIX столетия были открыты месторождения железной руды в Швеции и в этой стране начался настоящий металлургический бум. Но металлурги обратили внимание, что качество выплавляемой стали значительно отличается в зависимости от места нахождения железной руды. Определенные образцы готового сплава обладали повышенной прочностью и ковкостью. Пересмотр технологии изготовления стали не решил проблему и металлурги призвали на помощь ученых. В 1830 году Нильс Сефстрём выделил из шлака «хорошей стали» черный порошок, присутствие которого придавало сплавам улучшенные свойства. Химик открыл новый элемент, названный Ванадис — как скандинавскую богиню любви и войны. К открытию нового металла был близок и немецкий ученый Фридрих Вёлер, который серьезно изучал мексиканские образцы руды и только отравление не позволило ему вовремя закончить исследования. Хотя впоследствии Ф. Вёлер завершил работу и доказал, что в руде находится именно ванадий, а не хром. Сегодня все знают ответ на вопрос что такое ванадий — отдельный элемент с уникальными свойствами.

Свойства ванадия

Металл имеет серебристо-серый оттенок и сочетает в себе повышенную прочность и пластичность. Температура плавления ванадия составляет 1900°C, температура кипения 3400°C. Металл в чистом виде можно обрабатывать под давлением, имеет объемную кристаллическую решетку кубической формы с периодом 3,0282. Плотность ванадия соответствует параметрам 6,11 г/см³. После отжига предел прочности металла равен 120 нм/м2, относительное удлинение составляет 17%, твердость по методу Бринелля – 700 нм/м2. Наличие газов в качестве примесей значительно уменьшает параметры пластичности, повышает твердость и хрупкость.

В обычных температурных условиях металл инертен к кислороду, не вступает в реакцию с водой (в том числе, морской), щелочью, отличается стойкостью к кислотам (кроме плавиковой). Неподверженность процессам коррозии при воздействии кислоты соляной или серной существенно опережает титан и сплавы нержавеющих металлов. При увеличении температуры выше 300°C вступает к реакцию с кислородом и приобретает хрупкость. Дальнейшее нагревание (до 600 – 700°C) приводит к окислению с получению V2O5 (пятиокись ванадия), а нагрев выше 700°C способствует образованию нитрида ванадия (VN), температура плавления которого равна 2050°C. Металл контактирует с углеродом, в результате образуется тугоплавкий карбид ванадия, отличающийся высочайшей твердостью и способностью плавиться при температуре 2800°C.

Ванадий: марки и сплавы

В промышленной области ванадий используется в чистом виде и в качестве сплавов:
• ВЭЛ-1, ВЭЛ-2, ВЭЛ-3 – металл с содержанием до 99,84%;
• ВнМ-1, Вн-М-2 – металл с содержанием до 99,04%, полученный электродуговым способом;
• ВнП-1, ВнП-2 – металл в виде круга;
• ВнПр-1, ВнПр-2 – металл в виде проволочной продукции;
• ВнПл-1, ВнПл-2 – металл в виде штрипса;
• ВВ-8 – сплав с вольфрамом с содержанием вольфрама до 8%;
• 1201, Св1201, AlV10, AlV5 – сплавы с алюминием с содержанием 0,05 – 11%;
• ЭИ698МП, ВВ751П, ЭП962П – сплавы жаропрочные с никелем, содержание от 0,1 до 1,5%;
• 15х5ВФ – сталь жаропрочная низколегированная, содержание 0,4 – 0,6%;
• 40Х15Н7Г7Ф2МС – высоколегированная жаропрочная сталь с содержанием 1,5 – 9,0%.

Достоинства и недостатки

К достоинствам ванадия можно отнести свойства, которые он придает конечному сплаву:
• высокая температура плавления;
• сопротивление ванадия химической коррозии;
• хорошая пластичность, свариваемость, высокая прочность;
• небольшая цена, по сравнению с аналогами.
Недостатком металла можно считать его небольшое количество, которое находится в руде и минералах.

Области применения

Основными потребителями металла и его сплавов являются металлургическая (87%) и химическая промышленность. В основном применение ванадия происходит в качестве легирующего элемента, добавляемого в сплавы конструкционных сталей высокого качества для повышения их эксплуатационных характеристик. На данное время элемент является лидером в сфере легирующих металлов. В химической промышленности применяются соединения для изготовления красителей и катализаторов. В основном используются соли ванадиевых кислот, оксиды и карбиды ванадия.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
gmnu-nazarovo.ru
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: