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.
Ванадий — Металл — ХАМЕЛЕОН, Меняющий цвет!
«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.
Познавательно: русские химики долгое время называли элемент ванадь, ванадин.
Свойства ?
Простое вещество расположено в V группе четвертого периода таблицы Менделеева.
Ванадий — это переходный металл, похожий на сталь, серебристо-серого цвета.
Только характеристиками сильно отличается.
Химические свойства ванадия:
- При нагреве до 200-300 градусов образует с галогенами соединения (йодид, бромид, фторид).
- Нагрейте металл до 700 градусов, и он прореагирует с азотом; получится нитрид 2VN.
- В реакции с кислородом дает несколько разновалентных окислов. Известны модификации окисла ванадия V2O5, существующие при высоких давлениях.
- С водородом образует твердые растворы.
Рекомендуем: НИКЕЛЬ — «пасынок» в семье серебристых металлов
Известны следующие оксиды ванадия:
| Оксид ванадия(II) | VO | 5,76 | ~1830 | 3100 | 66,94 | Чёрный |
| Оксид ванадия(III) | V2O3 | 4,87 | 1967 | 3000 | 149,88 | Чёрный |
| Оксид ванадия(IV) | VO2 | 4,571 г/см³ | 1542 | 2700 | 82,94 | Тёмно-голубой |
| Оксид ванадия(V) | V2O5 | 3,357 | 670 | 2030 | 181,88 | Красно-жёлтый |
Растворяется в смеси HF + HNO3.
Со щелочами не реагирует. С металлами образует сплавы.
| Вана́дий / Vanadium (V), 23 |
| 50,9415(1)[1] а. е. м. (г/моль) |
| [Ar] 3d3 4s2 |
| 134 пм |
| 122 пм |
| (+5e)59 (+3e)74 пм |
| 1,63 (шкала Полинга) |
| 5, 4, 3, 2, 0 |
| 650,1 (6,74) кДж/моль (эВ) |
| 6,11[2] г/см³ |
| 2160 К (1887 °C) |
| 3650 К (3377 °C) |
| 17,5 кДж/моль |
| 460 кДж/моль |
| 24,95[2] Дж/(K·моль) |
| 8,35 см³/моль |
| кубическая объёмноцентрированная |
| 3,024 Å[2] |
| 390 K |
| (300 K) 30,7 Вт/(м·К) |
| 7440-62-2 |
Вот такой тяжелый характер у металла.
Добыча: из руды, асцидий и мухоморов ⛏️
Основными месторождениями владеют:
Лидером в производстве ванадия является Китай, он и диктует цены на металл.
Интересно: японцы ярко продемонстрировали русскую пословицу «голь на выдумки хитра». Изобретательные жители Страны восходящего солнца на специальных морских плантациях разводят асцидий (морские хордовые). Эти животные содержат ванадия больше, чем многие его руды. А несчастных асцидий сжигают и из пепла извлекают лакомый металл.
Некоторые мухоморы тоже очень богаты ванадием. Так что и в наших лесах можно открывать добычу ценного элемента.
Рекомендуем: ВИСМУТ — радиоактивный и безопасный
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.
РЭМ изображение кристаллов ванадия, полученных методом электролиза
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.
Интересно: «Если бы не было ванадия — не было бы автомобиля». Г. Форд, «папа» автомобильной промышленности США. Кстати, человек умнейший и нестандартного мышления. Это он изрек гениальную фразу «»Помни, что Бог создал человека без запасных частей».
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.
Бруски ванадия 99,95 % чистоты, полученные переплавкой в электронном пучке. Поверхность брусков протравлена для проявления структуры
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.
Похожие публикации
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!
Источник: themineral.ru
Ванадий тугоплавкий металл. Область применения. История открытия, свойства, достоинства и недостатки
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.
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.
Нихромовая проволока, нихромовая лента, нихромовая нить.https://partalstalina.ru/nihrom
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 плавится при температуре 2800°C.
Ванадий: марки и сплавы
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.
Источник: dzen.ru
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/см 3 . 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 300 0 С. Имеет кубическую объемноцентрированную кристаллическую решетку А=3,024А, z=2 и пространственную группу Im3m. Легко плавится при температуре 1920 0 С и закипает при 3400 0 С.
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.
| 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
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:
- 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.
- 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.
| 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.
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: mining-prom.ru