Ванадий металл или неметалл

Содержание

Ванадий (химический элемент): история названия, строение атома, валентность

Ванадий металл или неметалл

Среди известных сегодня 115 химических элементов многие получали свое название в честь героев греческих мифов, богов. Другие называли по фамилии первооткрывателей и известных ученых. Третьи именовались по странам, городам, географическим объектам. Особенно интересна история названия такого элемента, как ванадий. Да и сам по себе этот металл достаточно важный и обладающий особыми характеристиками. Поэтому рассмотрим его подробнее.

Ванадий — химический элемент в таблице Менделеева

Если характеризовать данный элемент по положению в периодической системе, то можно выделить несколько основных пунктов.

  1. Располагается в четвертом большом периоде, пятой группе, главной подгруппе.
  2. Порядковый номер — 23.
  3. Атомная масса элемента — 50,9415.
  4. Химический символ — V.
  5. Латинское название — vanadium.
  6. Русское название — ванадий. Химический элемент в формулах читается как «ванадий».
  7. Является типичным металлом, проявляет восстановительные свойства.

По положению в системе элементов очевидно, что как простое вещество данный элемент будет иметь свойства, схожие с таковыми у тантала и ниобия.

Ванадий — химический элемент, строение атома которого выражается общей электронной формулой 3d34s2. Очевидно, что благодаря такой конфигурации и валентности, и степени окисления могут проявлять неодинаковые значения.

Данная формула позволяет предсказать свойства ванадия как простого вещества — это типичный металл, образующий большое количество различных соединений, в том числе комплексных.

Характерная валентность и степень окисления

Благодаря наличию трех неспаренных электронов на 3d подуровне ванадий может проявлять степень окисления +3. Однако она не единственная. Всего выделяют четыре возможные значения:

  • +2;
  • +3;
  • +4;
  • +5.

При этом ванадий — химический элемент, валентность которого также имеет два показателя: IV и V. Именно поэтому соединений у данного атома просто множество, и все они имеют красивую цветную окраску. Особенно этим славятся водные комплексы и соли металла.

Если говорить об истории открытия данного металла, то следует обратиться к к началу XVIII века. Именно в этот период, в 1801 году, мексиканец дель Рио сумел обнаружить неизвестный ему элемент в составе свинцовой горной породы, образец которой он исследовал. Проведя ряд опытов, дель Рио получил несколько красиво окрашенных солей металла. Он дал ему название «эритрон», однако позже принял его за соли хрома, поэтому пальму первенства в открытии не получил.

Позже другой ученый, швед Сефстрем, сумел получить этот металл, выделив его из состава железной руды. У этого химика сомнений в том, что элемент новый и неизвестный, не было. Поэтому первооткрывателем является именно он. Вместе с Йенсом Берцелиусом он дал название открытому элементу — ванадий.

Почему именно такое? В древнескандинавской мифологии есть одна богиня, которая является олицетворением любви, стойкости, верности и преданности. Она же богиня красоты. Ее имя было Ванадис. После того как учеными были изучены свойства соединений элемента, им стало совершенно очевидно, что они очень красивые, цветные. А добавка металла к сплавам резко повышает их качество и прочность и устойчивость. Поэтому в честь богини Ванадис и было дано название необычному и важному металлу.

Ванадий — химический элемент, который в виде простого вещества был получен еще позже. Лишь в 1869 году английский химик Г. Роско сумел выделить металл в свободном виде из горной породы. Другим ученым Ф. Веллером было доказано, что обнаруженный когда-то дель Рио «хром» является ванадием. Однако мексиканец до этого дня не дожил и о своем открытии так и не узнал. В Россию название элемента пришло благодаря Г. И. Гессу.

Простое вещество ванадий

Как простое вещество рассматриваемый атом представляет собой металл. Он обладает рядом физических свойств.

  1. Цвет: серебристо-белый, блестящий.
  2. Хрупкий, твердый, тяжелый, так как плотность составляет 6,11 г/см3.
  3. Температура плавления — 1920 0С, что позволяет отнести его к тугоплавким металлам.
  4. На воздухе не окисляется.

Так как в свободном виде встретить его в природе невозможно, то людям приходится выделять его из состава различных минералов и пород.

Ванадий — химический элемент-металл, который проявляет достаточно высокую химическую активность при нагревании и определенных условиях. Если же говорить о стандартных параметрах окружающей среды, то он способен реагировать лишь с концентрированными кислотами, царской водкой.

С некоторыми неметаллами формирует бинарные соединения, реакции проходят при больших температурах. В расплавах щелочей растворяется, формируя комплексы — ванадаты. Кислород как сильный окислитель растворяется в ванадии, причем тем больше, чем выше температура нагревания смеси.

Нахождение в природе и изотопы

Если говорить о распространенности рассматриваемого атома в природе, то ванадий — химический элемент, который относится к рассеянным. Он входит в состав практически всех крупных горных пород, руд и минералов. Но нигде его не бывает больше 2%.

в земной коре значительно и составляет 1,9*10-7. По этому показателю он стоит впереди меди, цинка, свинца. Собственные горные породы металл не формирует, однако существует несколько месторождений, которые считаются именно ванадиевыми. В них содержится железо, в кристаллическую решетку которого встроены атомы ванадия в большом количестве.

Это такие породы, как:

  • ванадинит;
  • патронит;
  • карнотит;
  • чилеит.

Также можно встретить рассматриваемый металл в составе:

  • золы растений;
  • океанской воды;
  • тел асцидий, голотурий;
  • организмов наземных растений и животных.

Если говорить об изотопах ванадия, то их всего два: с массовым числом 51, которого подавляющее большинство — 99,77%, и с массовым числом 50, который является рассеянным радиоактивным и встречается в ничтожных количествах.

Соединения ванадия

Выше мы уже указывали на то, что как химический элемент данный металл проявляет достаточную активность, чтобы сформировать большое количество различных соединений. Так, известны следующие типы веществ с участием ванадия.

  1. Оксиды.
  2. Гидроксиды.
  3. Бинарные соли (хлориды, фториды, бромиды, сульфиды, йодиды).
  4. Оксисоединения (оксихлориды, оксибромиды, окситрифториды и прочие).
  5. Комплексные соли.

Так как валентность элемента варьируется достаточно широко, то и веществ получается немало. отличительная особенность всех их — это окраска. Ванадий — химический элемент, разбор соединений которого показывает, что цвет может колебаться от белого и желтого до красного и синего, включая оттенки зеленого, оранжевого, черного и фиолетового. Отчасти именно это послужило причиной, по которой дали название атому, ведь это действительно выглядит очень красиво.

Однако многие из соединений получаются лишь при достаточно жестких условиях проведения реакции. Кроме того, большинство из них — токсичные, опасные для человека вещества. Агрегатное состояние веществ может быть самым разным. Например, хлориды, бромиды и фториды — чаще всего темно-розовые, зеленые или черные кристаллы. А оксиды — в виде порошков.

Получение и применение металла

Получают ванадий, выделяя его из горных пород и руд. Причем те минералы, которые содержат даже 1% металла, считаются чрезвычайно богатыми на ванадий. После отделения образца смеси железа и ванадия его переводят в концентрированный раствор. Из него выделяют подкислением ванадат натрия, из которого в дальнейшем получают сильно концентрированный образец, с содержанием металла до 90%.

Затем этот высушенный осадок прокаливают в печи и восстанавливают ванадий до металлического состояния. В таком виде материал готов к использованию.

Ванадий — химический элемент, который находит достаточно широкое применение в промышленности. Особенно в машиностроении и выплавке сплавов из стали. Можно определить несколько основных областей использования металла.

  1. Текстильная промышленность.
  2. Стекловарение.
  3. Производство керамики и резины.
  4. Лакокрасочная промышленность.
  5. Получение и синтез химических веществ (сернокислое производство).
  6. Изготовление ядерных реакторов.
  7. Авиационное и кораблестроение, машиностроение.

Ванадий — очень важный легирующий компонент для получения легких, прочных, устойчивых к коррозии сплавов, в основном стали. Не зря его называют «автомобильным металлом».

Источник: http://fb.ru/article/196380/vanadiy-himicheskiy-element-istoriya-nazvaniya-stroenie-atoma-valentnost

Производство и получение ванадия

Ванадий – химический элемент периодической системы Менделеева, которому присвоен 23 атомный номер. Данный элемент является редким представителем черных металлов. Его открытие в истории произошло дважды. Первооткрывателем был А.М.

Дель Рио из Мексики, обнаруживший металл в составе руд бурого цвета, которые приобретали красноватый окрас при воздействии на них температурами. Однако, официальным открывателем ванадия считается шведский химик Н.Г. Сефстрем.

Он обнаружил данный металл в ходе исследования местной железной руды, в результате чего получил вещество и назвал его Ванадий, отождествляя с древнегреческой богиней красоты Ванадис.

Свойства ванадия

Ванадий в чистом виде имеет светло-серый окрас. Его вес в полтора раза меньше веса железа. В условиях комнатных температур при относительно низкой влажности ванадий пассивен химически, однако при воздействии на него более высокими температурами легко соединяется с кислородом, азотом и другими элементами. Ванадий обладает высокой пластичностью и плотностью, составляющей 6,11 г/см3.

Читайте также  Как заворонить металл в домашних условиях

Однако, стоит отметить, что его пластичность значительно снижается при наличии примесей кислорода, водорода и азота, что делает металл более твердым и хрупким. Также приобретает повышенную хрупкость под воздействием температуры, превышающей 3000С. Имеет кубическую объемноцентрированную кристаллическую решетку А=3,024А, z=2 и пространственную группу Im3m.

Легко плавится при температуре 19200С и закипает при 3400 0С.

Химический ванадий имеет устойчивость к воздействию на него морской воды, а также разбавленными растворами различных кислот (соляной, азотной, серной) и щелочей.

Результатом взаимодействия ванадия с кислородом является образования нескольких оксидов: VO, V2O3, VO2,V2O5. Взаимодействие последнего оксида и основных оксидов приводит образованию солей ванадиевой кислоты вероятного состава HVO3.

Ванадий благодаря своим характеристикам нашел широкое применение во многих сферах человеческой деятельности. Однако, основной сферой его использования является металлургическая промышленость. Именно ванадий выступает главным компонентом при изготовлении марочных чугунов и сталей.

Кроме этого, ванадий является неотъемлемым компонентом химической промышленности, сельскохозяйственной деятельности, а также текстильной, лакокрасочной, резиновой, керамической, стекольной, фото и кинопромышленности.

Также используется в аэрокосмической промышленности как легирующий компонент для титановых сплавов с целью улучшения их характеристик.

При работе с ванадием необходимо быть очень внимательным и предельно остнорожным. Это связано с тем, что соединения ванадия отличаются своими ядовитыми свойствами, способными вызвать острое отравление организма просто при вдыхании пыли, в которой содержатся частички ванадия. Как результат могут возникнуть кровотечение, головокружение, нарушение сердечного ритма и работы почек.

Таблица 1. Свойства ванадия

ХарактеристикаЗначение
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

Получение ванадия

В природе ванадий встречается исключительно в рассеянном состоянии. Его концентрация в земной коре составляет 1,6*10-2% по массе. Также может находиться в океанических водах, где его содержание достигает 3*10-7%.

Также некоторое количество ванадия могут содержать в своем составе титаномагнетитовые руды, фосфоритовые, урансодержащие песчаники и алевролиты, в которых максимальное его содержание составляет 2%. К основным рудным минералам ванадия в подобных месторождениях относят карнотит и ванадиевый мусковит-роскоэлит.

Кроме этого, было обнаружено, что бокситы, тяжелые нефти, бурые угли, битуминозные сланцы и пески также могут быть носителями ванадия. Однако, максимально средние значения концентрации ванадия фиксируются именно в магматических породах (габбро и базальтах).

Среди наиболее важных минералов следует выделить такие, как патронит V(S2)2, ванадинит Pb5(VO4)3Cl.

Основным сырьем для получения ванадия является ванадиевая руда. Однако, также существуют и другие промышленные источники получения металла, к которым относятся железные руды, титаномагнетитовые руды, а также медно-свинцово-цинковые. Указанные минералы выше наряду с урановым сырьем и горючими сланцами выступают в качестве дополнительных источников ванадия. Если ванадий получают из горючих сланцев или уранового материала, то он является побочным продуктом, который выделяется во время переработки основного сырья.

Производство ванадия осуществляют несколькими способами, связанными с окислением металла:

  1. Путем выщелачивания руды, с помощью водных растворов или кислот. Данный способ заключается в предварительном отжиге исходного сырья, затем в выщелачивании основой или кислотной седой и выделении гидратированного оксида ванадия из растворов. На последней стадии используют гидролиз.
  2. Плавкой в домне железных или других ванадийсодержащих руд. Суть данного способа состоит в переходе металла в чугун.

    Неотъемлемой частью процесса переработки металла является образование шлаков, в которых содержится порядка 16% пентоксида ванадия. Пятиокись выделяется двумя этапами: обжигом шлаков с поваренной солью и выщелачиванием. В результате этого на выходе получается продукт V2O5, который является основным сырьем для выделения металлического ванадия и его сплавов с железом.

    Для феррованадия характерно различное наличие металла в соединении – его концентрация может варьироваться в пределах 35-70%.

Всего в мире ванадиевых залежей насчитывается порядка 60 млн тонн, из которых 90% локализируется на территории пяти государств: России, ЮАР, Венесуэле, США и Китае. Именно там добывается порядка 50-60 тыс. тонн металла. Существуют определенные месторождения, которые выделяются в особую группу.

В таких месторождениях сконцентрированы запасы ванадия, объем которых более 1 млн тонн. К ним относятся Качканарская группа, расположенная на Урале (Россия), а также Бушвельдский комплекс на территории ЮАР.

Таблица 2. Мировые запасы ванадия, т.

СтранаПодтвержденные запасыРазведанные запасыДоля в мировых подтвержденных запасах
Китай 5 000 000 14 000 000 38%
Россия 5 000 000 7 000 000 38%
ЮАР 3 000 000 12 000 000 23%
США 45 000 4 000 000 0,3%
Прочие 1 000 000
Всего 13 045 000 38 000 000 100%

Ванадиевая сталь

Такое название имеет сталь, свойства которой были улучшены путем добавления ванадия. Первое применение такой стали было осуществлено во Франции в 19 веке. Ванадий имеет особое влияние на сталь и ее свойства, которые приобретаются в результате карбидо- и нитридообразования. Стоит отметить, что металл выступает сильным карбидообразующим элементом, в связи с чем при взаимодействии с углеродом стали образует карбид ванадия, а в результате реакции с азотом получается карбонитрид ванадия или его нитрид.

https://www.youtube.com/watch?v=fFuA8XC8tIM

Стоит отметить, что путем легирования стали ванадием можно получить мелкозернистую структуру, существенно снизить склонность к перегреву, а также повысить устойчивость к износу и разного рода механическим повреждениям. Ванадиевая сталь имеет отличные литейные и сварочные свойства, чего нельзя сказать об углеродной стали. Благодаря этому, она нашла широкое применение во многих областях человеческой деятельности. 

Источник: http://mining-prom.ru/rud/vanadiy/proizvodstvo-i-poluchenie-vanadiya/

Ванадий (лат. vanadium)

Химический элемент таблицы Менделеева, металл.
Символ элемента: V.
Атомный номер: 23.
Положение в таблице: 4-й период, группа — VВ (5)
Относительная атомная масса: 50,9415.

Степени окисления: от +2 до +5
Валентности:от II до V
Электроотрицательность: 1,63
Электронная конфигурация: [Ar]3s2p6d34s2.

Природный ванадий представляет собой смесь двух нуклидов: стабильного 51V (99,76% по массе)и слаборадиоактивного 52V (период полураспада более 3,9·1017 лет). В свободном виде — блестящий серебристо-серый металл.

Строение атома

Число электронов: 23.
Число протонов: 23.
Радиус нейтрального атома ванадия 0,134 нм, радиус ионов V2+ — 0,093 нм, V3+ — 0,078 нм, V4+ -0,067-0,086 нм, V5+ — 0,050-0,068 нм. Энергии последовательной ионизации атома ванадия 6,74, 14,65, 29,31, 48,6 и 65,2 эВ.

История открытия

Ванадий открыт в 1801 году мексиканским минералогом А.М. дель Рио как примесь в свинцовой руде из рудника в Зимапане. Новый элемент дель Рио назвал эритронием (от греческого erythros — красный) из-за красного цвета его соединений.

Однако, впоследствии он решил, что им обнаружен не новый элемент, а разновидность хрома, открытого четырьмя годами ранее и еще почти не изученного. В 1830 мексиканским минералом занялся немецкий химик Ф. Велер, однако, отравившись фтористым водородом, он на несколько месяцев прекратил исследования. В том же году шведский химик Н.

Сефстрем обратил внимание на наличие в железной руде примеси, в которой наряду с известными элементами оказалось какое-то новое вещество. В результате анализа в лаборатории Й.Берцелиуса было доказано, что открыт новый элемент.

Этот элемент образует соединения с красивой окраской, отсюда и название элемента, связанное с именемскандинавской богини красоты Ванадис. В 1831 Велер доказал тождественность эритрония и ванадия, но за элементом сохранилось название, данное ему Сефстремом и Берцелиусом.

Нахождение в природе

В природе ванадий в свободном виде не встречается, относится к рассеянным элементам. ванадия в земной коре 1,6·10-2%по массе, в воде океанов 3.10-7%. Важнейшие минералы: патронит V(S2)2, ванадинит Pb5(VO4)3Cl и некоторые другие. Основной источник получения ванадия — железные руды, содержащие ванадий как примесь.

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 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 70%ванадия). Металлический ванадий можно приготовить восстановлением хлорида ванадия водородом, кальций термическим восстановлением оксидов ванадия (V2O5или V2O3), термической диссоциацией VI2и другими методами.

Физические и химические свойства

Ванадий по внешнему виду похож на сталь, это достаточно твердый, но вместе с тем пластичный металл. Температура плавления1920°C, температура кипения около 3400°C, плотность 6,11 г/см3. Кристаллическая решетка кубическая объемно центрированная, параметр а=0,3024нм.

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,V3O5, VO2,V2O5.Оранжевый V2O5 — кислотный оксид, темно-синий VO2- амфотерный, остальные оксиды ванадия — основные. С галогенами ванадий образует галогениды составов VX2 (X = F, Cl, Br, I), VX3,VX4 (X = F, Cl, Br), VF5 и несколько оксогалогенидов (VOCl,VOCl2, VOF3 и др.).

Соединения ванадия в степенях окисления +2 и +3 -сильные восстановители, в степени окисления +5 проявляют свойства окислителей. Известны тугоплавкий карбид ванадия VC (tпл=2800°С), 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 H2[O(V2O5)2,5].

Применение

Ванадий в основном используется как легирующая добавка при получении износоустойчивых, жаропрочных и коррозионностойких сплавов (прежде всего, специальных сталей), как компонент при получении магнитов. Оксид ванадия V2O5 служит эффективным катализатором, например, при окислении сернистого газа SO2 в серный газ SO3 при производстве серной кислоты. Соединения ванадия находят разнообразное применение в различных отраслях промышленности (текстильной, стекольной, лакокрасочной и др.).

Биологическая роль

Ванадий постоянно присутствует в тканях всех организмов в ничтожных количествах. В растениях его содержание (0,1-0,2%) значительно выше, чем в животных (1·10-5-1·10-4%). Некоторые морские организмы — мшанки, моллюски и, особенно, асцидии — способны концентрировать ванадий в значительных количествах (у асцидий ванадий находится в плазме крови или специальных клетках — ванадоцитах).

По-видимому, ванадий участвует в некоторых окислительных процессах в тканях. Мышечная ткань человека содержит 2·10-6% ванадия, костная ткань — 0,35·10-6%, в крови -менее 2·10-4% мг/л. Всего в организме среднего человека (масса тела70 кг) 0,11 мг ванадия. Ванадий и его соединения токсичны. Токсическая доза для человека 0,25 мг, летальная доза — 2-4 мг. Для V2O5 ПДК в воздухе 0,1-0,5 мг/м3.

Источник: http://mendel-info.usite.pro/publ/ehlementy/perekhodnye-metally/vanadij_lat_vanadium/6-1-0-103

Металл Ванадий: цена, свойства и применение

Металл серебристо — белого цвета, который при нагреве до температуры 300 градусов Цельсия склонен к насыщению различными газами, например, кислородом или азотом, называют ванадием.  Металл ванадий и его цена за 1 кг лома на сегодня лежит в диапазоне от нескольких десятков до тысяч долларов США — это химический элемент, занимающий в таблице Менделеева место под номером 23. Он расположен между титаном и хромом.

Ванадий — это тугоплавкий металл, температура плавления составляет 1735 ºC. Он часто встречается в земной коре, по некоторым расчётам, его объем составляет до 0,005%, от земной коры. Его можно встретить в составе более чем полусотни минералов. Для нужд экономики ежегодно добывают 10 000 тонн этого металла.

Кстати, специалисты горного дела считают рентабельными выработки с рудой, содержащей более 0,1% ванадия.

Цена ванадия за 1 кг лома

Роль ванадия в промышленности сложно переоценить. Более того если посмотреть на динамику добычи этого материала, то сразу будет видно, что ежегодный прирост составляет до 1,5%. Ключевыми игроками в этой части рынка можно назвать следующие страны:

  • Китай;
  • ЮАР;
  • Российская Федерация.

На долю остальных государств приходиться всего несколько процентов от мирового объема, между тем как «Поднебесная» контролирует более трети рынка. По оценкам некоторых экспертов — до 36%.

Следует отметить и то, что рост добычи был спровоцирован увеличением объемов потребления ванадия и его производных в металлургической промышленности. И вновь — Китай впереди всех. Такая ситуация не может не отразится не уровне цен на этот металл и его соединения.

Цена на сентябрь 2018 года за кг ванадия составляет 16 долларов США или 900 рублей.

Говоря о цене на этот продукт надо понимать что на рынке в РФ представлено несколько позиций продукции, содержащий в себе ванадий. Это :

  • Полоса;
  • Проволока;
  • Слиток;
  • Проволока и пр.

При этом на рынке РФ активно работает несколько компаний, большинство из которых, расположены в Москве. В зависимости от типа продукции существенно разнится цена.

Так к примеру, ВНПЛ-1 (полоса) достигает стоимости в Москве 2026 USD, а ВНМ — 1 (слиток) 211.

Такой уровень цен обусловлен в первую очередь сложностью потребления и конечно спросом со стороны потребителей.

Применение ванадия в промышленности

Изначально, ванадий применяли для получения цветного стекла, керамических изделий и красок. Соединения, полученные на основании ванадия придавали неповторимый голубой или зелёный цвет стекольным изделиям. В том время как фарфор и керамика получали золотистую глазурь полученную из веществ, полученных из ванадия.

Оксид ванадия, произвёл значительный прорыв в теле окрашивания тканей, произведённых из хлопка и шелка.

Первая мировая война вызвала всплеск интереса к ванадию, точнее к серной кислоте, которую производили с помощью этого металла. Именно при получении кислоты, ванадий стали использовать как заменитель платины, которую использовали как катализатор.

Ванадий и металлургия

В отличии от химической отрасли, обходящейся ванадиевыми производными, металлургическая промышленность использует его в чистом виде. Все дело в том, что этот металл применяют как легирующий элемент.

После аварии, случившейся на гонках, обломок двигателя попал в руки Генри Форда — старшего, который и вызвал его к себе необычайной твёрдостью, вязкостью и малым весом. После проведённых анализов стало понятно, что двигатель был изготовлен из стали с примесью ванадия.

Исследования, выполненные в компании Форда, позволили получить стальные сплавы отличающиеся низкой массой, высокой прочностью. В следствие этого автомобили получили улучшенные ходовые характеристики, жёсткость и прочность конструкции. Кстати, после этого, Генри Форд и произнёс фразу, приведённую выше.

Примерно в то же время инженеры из разных стран использовали ванадиевые стали для получения брони, изготовления оружейных стволов, установленных, в том числе и на авиационных пушках и пулемётах.

Можно отметить, что для изготовления армейских касок во время Первой мировой войны применяли кремниевые и никелевые добавки, но только использование ванадиевых присадок, позволило добиться желаемых результатов. При этом, содержание ванадия в стали достигало всего 0,2%.

Надо отметить, что использование этого металла позволило снизить вес и цены на изделия для военных. Изготовление стали с добавлением ванадиевых и хромовых компонентов, обладающей высокой усталостной прочностью, позволило увеличить выпуск авиационных моторов, торпед, бронебойных боеприпасов и пр.

Кстати, появление таких сталей привело к снижению цены на готовую продукцию.

Некоторые особенности использования ванадия

Специалисты знают, что использование ряда элементов изменяет свойства стали. Например, молибден обеспечивает хорошую прокаливаемость, никель повышает вязкость. Но и тем не менее, какое влияние может оказать та или иная добавка можно определить не всегда. Между тем, ответ на вопрос, почему ванадий оказывает хорошее воздействие на стали лежит на поверхности.

Все дело в свойствах этого металла. В процессе изготовления расплав стали активно впитывает в себя различные газы. По мере остывания, в стальном слитке образуются микроскопические пузырьки. При дальнейшей обработке, например, ковке, он изменяют форму и его прочность становиться разной.

После введения в расплав ванадия, он вступает в реакцию с проникшими газами, а это в свою очередь приводит к образованию шлаков, которые всплывают и удаляются в процессе плавки. Оставшийся в стали ванадий образует твёрдые и жаростойкие соединения, их называют карбиды. Они препятствуют появлению крупных кристаллов.

После остывания сталь получается мелкозернистой, обладающей высокой твёрдостью и ковкостью.

Наличие ванадия в стали позволяет ей сохранять свои свойства при высоких температурах, которых появляются при обработке, например, при точении или шлифовании.

Кроме того, ванадиевые добавки, гарантируют наличие мелкокристаллической структуры материала.

Ещё свойство, которое появляется у стали, полученной с ванадиевыми добавками — стойкость к истиранию.

Так, цилиндры, применяемые в дизельных двигателях и изготовленные из качественной углеродистой стали, после пробега в тысячу моточасов теряют до 0,4 мм в толщине стенки, в то время, как те, которые выполнили из ванадиевой стали всего 0, 1 мм. Это не только повышают ресурс двигателя, но и снижают эксплуатационную стоимость.

Кстати, ванадий применяют не только в получении стали. Его применяют при производстве алюминиевого сплава под названием Вавилим. Он применяется при производстве машин и механизмов работающих под воздействием морской воды.

Ванадий применяют при производстве лабораторной посуды, инструментальных сталей. Даже качественные духовые музыкальные инструменты не обходятся без его участия.

На основании вышесказанного можно сказать следующее — применение ванадия и его соединений позволяет не только улучшить свойства различных материалов, но и снизить их эксплуатационные свойства.

Ванадий в человеческом организме

Без этого элемента не обходится и наш организм. В частности ванадий оказывает следующее воздействие:

  • замедляет процессы старения;
  • усиливает процессы обмена веществ;
  • замедляет процесс выработки холестерина;
  • положительно влияет на работу цнс, органов пищеварения и пр.;
  • стабилизирует работу сердечно-сосудистой системы, в том числе снижает кровяное давление.

Надо отметить, что это малая часть его положительного влияния ванадия на человеческий организм. Именно поэтому этот элемент и его производные входят в состав различных медикаментов и витаминов, которые можно приобрести во многих аптеках нашей страны, в том числе и Москвы.

Производство ванадия, формы поставки

Сложностью технологического процесса и трудоёмкостью отличается производство ванадия и изделий из него. Это вызвано в первую очередь тем, что ванадиевая руда имеет сложный состав и малое содержание искомого урана. Именно поэтому, использование традиционных методов обогащения руды не представляется возможным.

В следствие этого применяют многоэтапные методы обогащения, то есть, сначала получают промежуточные соединения, например, ванадаты (пятиокись ванадия), которые в свою очередь перерабатывают в феррованадий или готовый продукт.

Надо отметить, что существует много вариантов разложения промежуточных соединений и некоторые из них отличаются громоздкостью. Все это не может не сказаться на цене готового продукта.

На рынке можно встретить предложения по поставке следующих изделий из ванадия:

  • круги;
  • слитки;
  • полосу и некоторые другие.

Приобрести указанную продукцию можно в специализированных компаниях, расположенных в том числе и Москве.

Источник: https://prompriem.ru/stati/vanadij.html

Физические и химические свойства Ванадия

Ванадий впервые был открыт в 1802 году Андресом дель Рио, мексиканским борцом за свободу родины, химиком и минералогом, работавшим с мексиканской свинцовой рудой.Дель Рио назвал открытый элемент панхромиумом, или эритронием за способность давать разнообразно окрашенные и, в частности, красные соединения.

Однако сообщение Дель Рио прошло незамеченным, тем более что он сам не был твердо уверен в том, что полученное им красное вещество не представляет собой загрязненный хромат свинца.

Вслед за дель Рио рудами, содержащими ванадий, начал заниматься Велер, но по каким то причинам отложил работу, и таким образом честь окончательного открытия ванадия перешла к скандинавскому ученому Зефштерму, установившему в 1830 году присутствие нового элемента в норвежских железных рудах и давшему ему название ванадий в честь мифологической скандинавской богини красоты Ванадис.

В 1834 году ванадий был найден в свинцовой руде на Урале, а в 1839 году — инженером Шубиным в пермских медистых песчаниках.Своеобразные свойства ванадия, которые были замечены уже первыми его исследователями, наряду с обстоятельствами, сопровождавшими его открытие, вызвали повышенный интерес к новому элементу.

В числе исследователей, изучавших химию ванадия следует упомянуть Роско, установившего главнейшие свойства ванадия и впервые получившего его в виде металла.Ванадий относится к пятой группе, расположен в четвертом периоде. Его аналогами являются ниобий и тантал, вместе с которыми ванадий и образует основную подгруппу пятой группы. Высшая валентность ванадия равна пяти.

Расположение электронов в атоме ванадия следующее: 2, 8, 11, 2. . Основные характеристики ванадия:

Порядковый номер 23
Атомный вес 50,95
Плотность 5,5
Радиус атома 1,36
Радиус пятивалентного иона 0,64
Электросопротивление 0,6*10-4
Температура плавления 1917

Металлический ванадий устойчив на воздухе, довольно пластичен, хорошо шлифуется, полируется.Твердость его выше, чем у стали. Ванадий устойчив по отношению к кислотам. На холоду ванадий растворяется в царской водке и в азотной кислоте.

Однако выделение ванадия в виде металла сопряжено с большими трудностями вследствие его исключительно высокой реакционной способности: ванадий реагирует при нагревании не только с восстановителями — углеродом и водородом, но и с азотом; соединяется также с хлором, бромом и серой. Концентрированная серная кислота и плавиковая кислота действуют на ванадий лишь при нагревании.

Ванадий устойчив также по отношению к растворам щелочей, однако в расплавленных щелочах он медленно растворяется, образуя соли ванадиевой кислоты.Ванадий играет огромную  роль в металлургии как легирующий элемент. В связи с этим за последние годы подробно исследованы механические свойства как самого ванадия разной степени чистоты, так и его сплавов, их коррозионная устойчивость в различных средах.

Изучены также диаграммы состояния ванадия со многими металлами, но и с неметаллами. Особое внимание уделяется системам  титан-ванадий , поскольку они лежат в основе некоторых пластичных титанаванадиевых конструкционных сплавов

Соединения ванадия с кислородом

Важнейшим кислородным соединением ванадия является его пятиокись имеющая в порошке коричневато-красный цвет. Пятиокись плавится при 650-675 °C., причем расплав также окрашен в красный цвет. Пятиокись ванадия образуется при окислении металлического ванадия кислородом, а также при термическом разложении некоторых соединений ванадия. Пятиокись ванадия является конечным продкутом при переработке ванадиевого сырья и служит исходным веществом для получения других соединений ванадия.

Пятиокись ванадия имеет кислотный характер.В воде она почти не растворима. При растворении пятиокиси ванадия в растворах щелочей образуются соли ванадиевой кислоты — ванадаты. Аналогично пятиокиси фосфора пятиокись ванадия дает несколько типов кислот — метаванадиевую, пированадиевуюи ортованадиевую.Двуокись ванадия представляет собой темно-синие, почти черные кристаллы или, в зависимости от способа получения, темно-зеленый порошок.

Двуокись может быть получена осторожным восстановлением пятиокиси, например сплавлением с щавелевой кислотой. Двуокись ванадия имеет амфотерный характер. Трехокись ванадия может быть получена восстановлением пятиокиси ванадия, но в этом случае восстановление ведется водородом при 700°C.Трехокись ванадия представляет собой черный блестящий кристаллический порошок, медленно растворяющийся в кислотах с образованием трехвалентного катиона.

Растворы солей трехвалентного ванадия, взаимодействуя с растворами щелочей, выделяют зеленый осадок гидрата окиси очень легко окисляющийся на воздухе.Соединения трехвалентного ванадия явялются весьма сильными восстановителями. Несколько более устойчивыми на воздухе оказываются выделенные в виде фиолетовых кристаллов двойные сульфаты трехвалентного ванадия типа квасцов. Растворы этих солей имеют зеленый цвет. При охлаждении сплавов пятиокиси ванадия с солями щелочных металлов выделяются ванадиевые бронзы.

Ванадиевые бронзы были впервые получены еще в начале 20 века и названы ванадико-ванадатами. Это название подчеркивало предположение о том, что в составе бронз находится ванадий разной степени валентности.Сейчас, однако, методами рентгеновского анализа показано, что все атомы ванадия находятся в бронзе в одном валентном состоянии. Известно очень большое количество солей, производимых от ванадиевых кислот. Наиболее устойчивы и практически важны метаванадаты.

Надо сказать, что вопросу о формах существования ванадия в растворе было посвящено очень много работ на протяжении ряда лет и что сейчас существуют различные точки зрения на строение ионов, особенно оранжевых изополиванадатов.

Соединения ванадия с серой

Также стоит упомянуть о соединениях с серой. При нагревании окислов ванадия в токе сероводорода образуется черный сульфид трехвалентного ванадия; сульфид пятивалентного ванадия, тоже черный, получается при нагревании трехокиси ванадия серой. Сульфид пятивалентного ванадия растворяется в сернистом аммонии и в растворах щелочей с образованием сульфосолей, дающих вишнево-красные растворы.

Сульфосоли получаются также при растворении пятиокиси ванадия в растворах соответствующих сульфидов или при действии сульфида аммония на растворы ванадия. Сульфасоли ванадия разлагаются кислотами с образованием сульфида пятивалентного ванадия. При действии сероводорода на растворы четырехвалентного ванадия также образуются сульфосоли, из которых при подкислении выпадает коричневый сульфид.

При исследовании процесса восстановления ванадия в токе сероводорода установлено, что состав образующегося сульфида близок к технолгическим данным.

Соединения ванадия с кремнием

Впервые силициды ванадия были получены в 1902 году Муассаном и Холлом при восстановлении оксида ванадия углеродом в присутствии кремния. В настоящее время диаграмма состояния изучена довольно подробно, причем установлено образование нескольких фаз перехода оксида ванадия.

Сплавы ванадия с кремнием устойчивы против окисления при высоких температурах, но уступают в этом отношении силицидам молибдена и вольфрама. Силицид является сверхпроводником. Теплоты образования силицидов ванадия из элементов установлены работами Голутвина и Козловской.

Ванадий образует два карбида — с гексагональной решеткой и с кубической, причем изоморфен соответствующим карбидам молибдена, вольфрама и тантала, а другой — соответствующим карбидам титана, циркония , тантала и ниобия.

Соединения ванадия с галогенами

Образование простых галогеноидов для пятивалентного ванадия не характерно: известен только фторид ванадия, получающийся непосредственными соединениями элементов при 300 °C. Четырехвалентный ванадий образует не только фторид, но и хлорид, представляющий собой тяжелую красно-бурую жидкость с температурой плавления — 26 °C и температурой кипения 152 °C. Четырехвалентный ванадий получается при взаимодействии ванадия и хлора при нагревании.

Треххлористый ванадий образуется в результате разложения четыреххлористого ванадия при нагревании. Известны также другие галогениды ванадия в разной степени его валентности, однако не имеющие пока практического значения. При взаимодействии сухого хлористого водорода с пятиокисью ванадия образуется оксихлорид ванадия, представляющий собой желтую жидкость. Известны также и другие оксихлориды ванадия не имеющие практического значения.

Перейдя ниже по ссылкам вы сможете купить металлический ванадий и его сплавы.

Применение ванадия

Использовать ванадий начали в 18 веке для изготовления стекла, разноцветной керамической плитки и лакокрасочных материалов. В гончарных мастерских Европы фарфоровую посуду окрашивали с помощью солей вольфрама, которые придавали золотистый оттенок. В химической промышленности для изготовления сернокислых катализаторов необходим ванадий. Катализаторы на основе ванадия используются при крекинге нефти и производстве уксусной кислоты. Ванадий — лидер среди легирующих элементов в мире.

Генри Форд вместе с французскими инженерами впервые применили ванадиевую сталь в начале 20 века. Из нее получалась высококачественная броня, которая защищала корпуса первых военных самолетов. Использование ванадия при производстве автомобилей позволило сделать их более легкими и снизить стоимость. В цветной металлургии ванадий добавляется в алюминий, молибден и другие металлы для улучшения их свойств. Духовые музыкальные инструменты изготавливают из 5% сплава ванадия с алюминием.

 Подробнее прочитать про применение ванадия.

Купить ванадий

В компании ТК Урал-Металл вы всегда можете приобрести продукцию из ванадия по самым низким ценам на отечественном рынке. Продукция выпускаемая на современном иностранном оборудовании известных марок, с учетом соблюдения международных сертификатов качества ISO, отечественных ГОСТА и ТУ, самая конкурентоспособная во всем Уральском регионе.

На сайте компании вы всегда можете заказать: ванадиевая проволока, ванадиевый пруток, ванадиевый круг, ванадиевый слиток, оксид ванадия. Все ваши заказы мы принимаем и обрабатываем точно в срок. В нашей компании вы всегда можете приобрести ванадий и его сплавы следующих марок: ВВ-8, ВН2А-1, ВнМ-0, ВнМ-1, ВНМ-2, ВнП-1, ВнПл-1, ВнПл-2, ВХ-8.

Мы предлагаем купить следующую продукцию из ванадия:

  1. ванадиевый круг,
  2. ванадиевый слиток,
  3. оксид ванадия,
  4. ванадиевый пруток.

Источник: https://www.ural-metall.com/vanadium

Понравилась статья? Поделить с друзьями: