Ванадий какой элемент

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.

Ванадий. Польза и действие на организм.

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 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: partalstalina.ru

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

Внешний вид 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

Пятиокись ванадия, используемая для изготовления Li-ion аккумуляторов

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.

В промышленном производстве востребованы окислы ванадия.

Добыча ванадия

К основным источникам ванадия относят:

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

Добыча ванадия из его месторождения

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.

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.

Гаечные ключи, сделанные из хром-ванадиевой стали

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.

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.

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.

Источник: metallolomresurs.ru

Ванадий

Ванадий — металл с серебристо-серой окраской. В периодической системе Менделеева он отнесен к V группе химических элементов. Свое название элемент получил в честь древнескандинавской богини любви и красоты Ванадис.

Ванадий устойчив к воде, кислотам, щелочам и обладает высокой твердостью. В природе встречается в рассеянном виде, чаще всего — в магматических и осадочных (базальтовых) породах.

Этот металл является незаменимым для авиационного и космического производства, судостроения, а также для текстильной, стекольной и лакокрасочной промышленности.

Ванадий считают одним из самых простых веществ (металл) с огромным запасом физических и химических свойств.

Общие характеристики:

• имеет обозначение V в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева;
• обладает серебристо-серым оттенком;
• не существует в чистом виде (в природе).

Физические свойства:

• пластичность, твердость и ковкость;
• по внешнему виду и цвету напоминает сталь;
• температура плавки достигает отметки в 1920 °C, кипения — 3400 °С;
• приобретает хрупкость при температуре от 300 °С;
• характеризуется снижением пластичности при добавлении примесей (N, O и H), при этом повышаются значения хрупкости и твердости.

Химические свойства:

• инертен;
• проявляет устойчивость к коррозии в соляной (HCl) и серной (H2SO4) кислоте;
• имеет преимущества по коррозионным свойствам титана и стали;
• реагирует на галоген и образует летучий галогенид;
• позволяет получить оксиды ванадия разных окрасок при взаимодействии с кислородом; не вступает в реакцию с разбавленными кислотами и щелочами, с пресной и морской водой.

Влияние ванадия на свойства стали идентично влиянию вольфрама:

• повышает упругость и эластичность;
• имеет высокую ударную вязкость и твердость;
• увеличивает в сочетании с другими соединениями ползучесть.

Подробнее о ванадии в нашем справочнике

• получение ванадия
• применение ванадия
• история ванадия
• производство соединений ванадия
• добыча ванадия
• выплавка феррованадия

Источник: specmetal.ru