Ванадий и его характеристики

Описание и свойства ванадия

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Ванадий первоначально был обнаружен мексиканцем А.М. Дель Рио в рудах бурого цвета, содержащих свинец, которые при нагревании давали красноватый цвет.

Ванадий и его характеристики

Но официальное признание элемент получил позднее, когда его обнаружил химик из Швеции Н.Г.Сефстрем при исследовании железной руды из местного месторождения и дал ему название Ванадий созвучное с именем Ванадис, которое носила древнегреческая богиня красоты.

По внешнему виду металл напоминает сталь своим серебристо-серым цветом. Но на этом сходство заканчивается. Строение ванадия: кубическая объемноцентрированная решетка с параметрами a=3,024A и z=2. Плотность составляет 6,11 г/ см3.

Плавится он при температуре 1920о С, а кипеть начинает при 3400оС. А вот нагревание на открытом воздухе до температуры выше 300оС снижает пластические свойства металла и делает его хрупким, повышая при этом твердость. Понять такое поведение помогает строение атома металла.

Ванадий элемент, имеющий атомный номер 23 и атомную массу 50,942, он относится к V группе четвертого периода системы Д. Менделеева. А это означает, что атом ванадия состоит из 23-х протонов, 23-х электронов и 28-ми нейтронов.  

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Эффект доплера в физике

Оценим за полчаса!

Ванадий и его характеристики

Несмотря на то что это элемент V группы, валентность ванадия не всегда равна 5. Она бывает 2, 3. 4 и 5 с положительным знаком. Разные значения валентности объясняются разными вариантами заполнения электронных оболочек, при которых они приходят в стабильное состояние.

Известно, что положительное значение валентности определяется числом отданных атомом химического элемента электронов, а отрицательное – числом электронов, присоединенных к внешнему энергетическому уровню для формирования его стабильности. Электронная формула ванадия — 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d3. 

Он может легко отдать два электрона с 4-го подуровня, при этом его степень окисления обусловлена 2-х валентным положительным проявлением. Но атом этого элемента способен отдавать еще 3 электрона с предшествующей внешнему подуровню орбиты и проявить максимальную степень окисления, равную +5.

Оксиды этого элемента с валентностью от 2-х до 5 различны по своему химическому проявлению. Оксиды VO и V2O3 имеют основной характер, VO2 – амфотерный и V2O5 – кислотный.

Ванадий и его характеристики

Чистый металл отличается своей пластичностью и поэтому хорошо обрабатывается ковкой, штамповкой, прессованием и прокаткой. Обработка сваркой и резкой должны проходить в инертной среде, т. к. при нагревании теряется пластичность.

При обработке металл практически не подвержен наклепу и может выдержать большие нагрузки при обжатии в холодном виде без промежуточного отжига. Он устойчив к коррозии и не изменяется под влиянием воды, в том числе и морской, а также слабых растворах некоторых кислот, солей и щелочей.

Месторождения и добыча ванадия

Ванадий химический элемент, достаточно распространенный в земных породах, но в чистом виде не встречается, присутствуя в минералах в рассеянном состоянии. Скопления его в породах присутствуют очень редко. Это редкий металл. Руда с содержанием 1% чистого вещества относится к категории богатой.

В промышленности не пренебрегают даже рудами с содержанием 0,1% дефицитного элемента. В малых концентрациях он встречается более чем в сорока минералах. Значимыми для промышленности можно назвать роскоэлит, называемый ванадиевой слюдкой, в котором содержится до 29% пятиокиси V2O5, карнотит (урановая слюдка), содержащий 20% V2O5, и ванадинит с содержанием 19% V2O5.

Ванадий и его характеристики

Крупные месторождения руд, содержащие металл, находятся в Америке, ЮАР, России, Финляндии и Австралии. Большое месторождение есть в горах Перу, где он представлен патронитом V2S5, содержащим серу. При его обжиге образуется концентрат, содержащий до 30% V2O5.

Найден минерал в Киргизии и Казахстане. Знаменитое Кызылординское месторождение является одним из крупнейших. В России его добывают в основном в Краснодарском крае (Керченское месторождение) и на Урале (Гусевогорское месторождение титаномагнетитов).

Технология извлечения металла зависит от требований к его чистоте и области использования. Основные методы, применяемые в технологии его получения – это йодидный, кальцетермический, алюминотермический, углетермический в вакууме, хлоридный.

В основе технологии йодидного метода лежит термическая диссоциация йодида ванадия. Распространенным является получение металла восстановлением V2O5 термическим методом с применением кальция или алюминия.

При этом происходит реакция по формуле: V2O5+5Ca = 2V+5CaC+1460 кДж с выделением тепла, которого достаточно для расплавления образовавшегося V, что позволяет ему стекать и собираться в твердом виде. Чистота металла, полученного таким способом, достигает 99,5%.

Современный способ извлечения V — это восстановление оксидов в условиях вакуума углеродом при температуре от 1250о С до 1700о С. Метод хлоридной добычи заключается в восстановлении VCl3 жидким магнием.

Применение ванадия

Одно из основных применений металл нашел в качестве легирующей добавки — феррованадия для улучшения качества сталей. Добавление ванадиевой лигатуры повышает прочностные параметры сталей, а также ее вязкость, износостойкость и другие характеристики.

Ванадий и его характеристики

При этом добавка выполняет функцию как раскислителя, так и карбидообразующего компонента. Карбиды равномерно располагаются в сплаве, предотвращая структурный рост зерен стали при нагревании. Легированный ванадием чугун также способствует улучшению его качеств.

Применяется ванадий для улучшения сплавов на основе титана. Есть сплавы титана, в составе которых содержится до 13% этой легирующей добавки. Присутствует ванадий также в сплавах ниобия, тантала и хрома, используемых в авиационной промышленности, а также алюминиевых, титановых и других материалах авиации и ракетостроения.

Уникальность элемента позволяет использовать его в атомной отрасли при производстве канальных труб ТВЭЛов для атомных станций, т. к. он, как и цирконий, обладает свойством малого поперечного захвата тепловых нейтронов, что важно при протекании ядерных реакций. В атомно-водородной технологии используют хлорид ванадия для термохимического взаимодействия с водой.

Используют ванадий в химической и сельскохозяйственной отрасли, медицине, стекольном производстве, текстильной области, лакокрасочном производстве и изготовлении аккумуляторов. Широко распространены ручные инструменты и оснастка из сплава хром ванадий, отличающиеся своей прочностью.

Одно из последних направлений — это электроника. Особенно интересным и перспективным является материал на основе диоксидов титана и ванадия. Соединенные определенным образом, они создают систему, обладающую способностью значительно увеличивать память и скорость компьютеров и других электронных устройств.

Цена ванадия

В качестве готового сырья ванадий выпускают в виде слитков, прутков, кругов, а также оксидов. В ассортименте многих предприятий, занимающихся производством этого тугоплавкого металла, представлены сплавы различных марок. Цена во многом зависит от назначения, чистоты металла, способа производства, а также вида продукции.

Ванадий и его характеристики

Например, Екатеринбургское предприятие НПК «Специальная металлургия» реализует слитки по цене 7 тыс. за кг, лом — по цене от 440 до 500 тыс. за тонну, слитки марки ВНМ-1 по цене 500 тыс.за тонну. Цена может меняться также в зависимости от рыночных условий и спроса на продукцию.

Источник: https://tvoi-uvelirr.ru/vanadij-svojstva-vanadiya-primenenie-vanadiya/

Ванадий

Вана́дий Свойства атома Химические свойства Термодинамические свойства простого вещества Кристаллическая решётка простого вещества
Атомный номер 23
Внешний вид простого вещества Ванадий и его характеристикипластичный металл серебристо-серого цвета
Атомная масса (молярная масса) 50,9415 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 134 пм
Энергия ионизации (первый электрон) 650,1(6,74) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Ar] 3d3 4s2
Ковалентный радиус 122 пм
Радиус иона (+5e)59 (+3e)74 пм
Электроотрицательность (по Полингу) 1,63
Электродный потенциал 0
Степени окисления 5, 4, 3, 2, 0
Плотность 6,11 г/см³
Молярная теплоёмкость 24,95 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 30,7 Вт/(м·K)
Температура плавления 2160 K
Теплота плавления 17,5 кДж/моль
Температура кипения 3650 K
Теплота испарения 460 кДж/моль
Молярный объём 8,35 см³/моль
Структура решётки кубическая объёмноцентрированная
Параметры решётки 3,024 Å
Отношение c/a
Температура Дебая 390 K
V 23
50,9415
[Ar]3d34s2
Ванадий

Ванадий —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.

История

Ванадий и его характеристики Схема атома ванадия

Впервые ванадий был фактически открыт в 1781 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 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 незадолго до открытия Сефстрёма серьёзно отравился фтороводородом и не смог продолжить исследования. Однако Вёлер довёл до конца исследование руды и окончательно доказал, что в ней содержится именно ванадий, а не хром.

Происхождение названия

Этот элемент образует соединения с красивой окраской, отсюда и название элемента, связанное с именем скандинавской богини красоты Ванадис.

Нахождение в природе

В природе ванадий в свободном виде не встречается, относится к рассеянным элементам. Содержание 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 (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), кальцийтермическим восстановлением оксидов ванадия (V2O5 или V2O3), термической диссоциацией VI2 и другими методами

Физические свойства

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

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

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.).

Читайте также:  Дробно-рациональные неравенства и их решение

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.

Биологическая роль и воздействие

Dанадий может тормозить синтез жирных кислот, подавлять образование холестерина. Ванадий ингибирует ряд ферментных систем, тормозит фосфорилирование и синтез АТФ, снижает уровень коэнзимов 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.

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%! То есть эти животные являются биологическим концентратором ванадия.

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 50V (изотопная распространённость 0,250 %) и стабильного 51V (99,750 %). Период полураспада ванадия-50 равен 1,5×1017 лет, т. е.

для всех практических целей его можно считать стабильным; этот изотоп в 83 % случаев посредством электронного захвата превращается в 50Ti, а в 17 % случаев испытывает бета-минус-распад, превращаясь в 50Cr.

Известны 24 искусственных радиоактивных изотопа ванадия с массовым числом от 40 до 65 (а также 5 метастабильных состояний). Из них наиболее стабильны 49V (T1/2=337 дней) и 48V (T1/2=15,974 дня).

  • Соединения ванадия
  • Метаванадат натрия
  • Оксид ванадия(V)

Источник: http://himsnab-spb.ru/article/ps/v

Ванадий (V, Vanadium)

Химический элемент с «божественным» названием Ванадий (от древнескандинавской Vanadis, дочери Ванов, которая была богиней любви и красота у скандинавских народов) был открыт дважды.

В самом начале XIX столетия новый металл открыл Андрес Мануэль Дель Рио, профессор минералогии из Мехико в свинцовых рудах мексиканских горных пород.

Но для химиков из Европы это открытие показалось сомнительным.

В 1830 году Нильс Сефстрём (химик из Швеции) открыл ванадий в железной руде. За необыкновенную красоту соединений, образуемых новым металлом, его назвали Ванадий.

Ванадий и его характеристики

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).

Ванадий и его характеристики

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.

Источник: http://www.calorizator.ru/element/v

Ванадий и его характеристики

Соединения ванадия широко распространены в природе, но они очень распылены и не образуют сколько-нибудь значительных скоплений; общее содержание ванадия в земной коре оценивается в 0,0015% (масс.).

Чистый ванадий – серебристый металл (рис. 1) ковкий металл, плотностью 5,96 г/см 3, плавящийся при температуре 1900oС. Как и у титана, механические свойства ванадия резко ухудшаются при наличии в нем примесей кислорода, азота, водорода.

Ванадий и его характеристики

Рис. 1. Ванадий. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса ванадия

Относительной молекулярная масса вещества (Mr) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (Ar) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии кальций существует в виде одноатомных молекул V, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 50,9962.

Изотопы ванадия

Известно, что в природе ванадий может находиться в виде единственного стабильного изотопа 51V. Массовое число равно 51, ядро атома содержит двадцать три протона и двадцать восемь нейтронов.

Существуют искусственные изотопы ванадия с массовыми числами от 40-ка до 65-ти, среди которых наиболее стабильным является 50V с периодом полураспада равным 1,5×1017 лет, а также пять ядерных изотопов.

Ионы ванадия

На внешнем энергетическом уровне атома ванадия имеется пять электронов, которые являются валентными:

1s22s22p63s23p63d24s2.

В результате химического взаимодействия ванадий отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

  • Vo -2e → V2+;
  • Vo -3e → V3+;
  • Vo -4e → V4+;
  • Vo -5e → V5+.

Молекула и атом ванадия

В свободном состоянии ванадий существует в виде одноатомных молекул V. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу ванадия:

Энергия ионизации атома, эВ 6,74
Относительная электроотрицательность 1,63
Радиус атома, нм 0,134

Сплавы ванадия

Ванадий в основном используют в качестве добавки к сталям.

Сталь, содержащая всего 0,1 – 0,3% ванадия отличается большой прочностью, упругостью и нечувствительностью к толчкам и ударам, что особенно важно, например, для автомобильных осей, которые все время подвергаются сотрясению. Как правило, ванадий вводят в сталь в комбинации с другими легирующими элементами: хромом, никелем, вольфрамом, молибденом.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/ximiya/ximicheskie-elementy/vanadij-i-ego-xarakteristiki/

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.

Ванадий и его характеристики

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. 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%.

Читайте также:  Как сделать содержание в ворде

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.

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/

Тугоплавкий металл ванадий

Калькулятор металлопроката

Является одним из важнейших легирующих элементов, позволяющий получать качественные прочные материалы. На странице представлено описание данного металла: физические, химические свойства, области применения, марки, виды продукции.

Ванадий (V) — химический элемент пятой группы периодической системы Д.И. Менделеева, атомный номер 23, атомная масса 50,94. Металл серебристого оттенка, внешне напоминающий сталь, относится к классу тугоплавких. Имеет плотность 6,11 г/см3, температуру плавления tпл. = 1887 °С, температуру кипения tкип. = 3377 °С. Обладает хорошей прочностью и пластичностью.

Описываемый химический элемент относится к редким тугоплавким металлам. Целиком находится в рассеянном состоянии и не образует собственных минералов. Основные источники получения ванадия — железные руды, содержащие V как примесь.

Впервые ванадий был открыт мексиканским ученым профессором минералогии Андресом Мануэлем Дель Рио и получил название “эритроний”. Однако, это открытие не было признано европейским научным миром. Повторно об обнаружении нового химического элемента было объявлено шведским химиком Нильсом Сефстремом, который нашел его в железной руде.

Свойство Значение
Атомный номер 23
Атомная масса, а.е.м 50,94
Радиус атома, пм 134
Плотность, г/см³ 6,11
Молярная теплоемкость, Дж/(K·моль) 24,95
Теплопроводность, Вт/(м·K) 30,7
Температура плавления, °С 1887
Температура кипения, °С 3377
Теплота плавления, кДж/моль 17,5
Теплота испарения, кДж/моль 460
Молярный объем, см³/моль 8,35
Группа металлов Тугоплавкий металл
Свойство Значение
Ковалентный радиус, пм 122
Радиус иона, пм (+5e) 59 (+3e) 74
Электроотрицательность (по Полингу) 1,63
Электродный потенциал 0
Степени окисления 5, 4, 3, 2, 0

Применение в промышленном производстве находит как чистый металл, так и сплавы на его основе.

  • ВЭЛ-1, ВЭЛ-2, ВЭЛ-3, — чистый ванадий, содержащий до 99,84% V, полученный электролитическим способом; поставляется в виде порошка.
  • ВнМ-1, ВнМ-2 — чистый V в виде слитков, полученных электронно-дуговой плавкой; содержание V составляет до 99,34% и 99,04% соответственно.
  • ВнП-1, ВнП-2 — чистый ванадий в виде прутков круглого сечения.
  • ВнПр-1, ВнПр-2 — чистый V в виде проволоки.
  • ВнПл-1, ВнПл-2 — чистый V в виде полос.
  • ВВ-8 — сплав ванадий-вольфрам с 6-8% W.
    Достоинства:

  • имеет высокую температуру плавления;
  • имеет хорошие технологические и механические свойства — хорошая пластичность и свариваемость, прочность;
  • имеет меньшую стоимость по сравнению с другими металлами со схожими характеристиками.
    Недостатки:

  • относительно небольшой процент содержания в земной коре.

Ванадий и его соединения находят применение во множестве промышленных отраслей, однако наибольший их объем востребован для нужд металлургической и химической промышленности. Основная доля мирового потребления ванадия – примерно 87% – приходится на металлургическую промышленность (80% + 7% – черная и цветная металлургия соответственно). Рассматриваемый металл применяется в основном для легирования высококачественных конструкционных сталей с целью оптимизации их эксплуатационных характеристик. По данным статистики, в настоящее время V является мировым лидером среди легирующих элементов.

Ванадию присуща высокая химическая активность, определяющая возможность его применения в различных промышленных отраслях, включая химическую.

Для нужд химической промышленности используется множество соединений этого металла, прежде всего, соли ванадиевых кислот (ванадаты), оксиды и карбиды ванадия. Конкретными примерами использования V являются производство красителей и получение катализаторов.

Неоспоримо преимущество ванадия при производстве высококачественного инструмента, выполненного из различных хром-ванадиевых сталей.

Современное промышленное производство предлагает широкий спектр стандартных изделий, активно используемых в различных областях. Из круглого проката можно выделить ванадиевый пруток и проволоку. Плоский прокат представляет ванадиевый лист и полоса. К исходному сырью можно отнести слитки и порошок ванадия, которые занимают основополагающее место в цепочке производства изделий из данного металла.

Источник: https://www.metotech.ru/vanadiy-opisanie.htm

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

Ссылка на основную публикацию