Ванадий металл где используется

Обновлено: 07.01.2025

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

История ⌛

Ванадий — металл, который открыли два раза.

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

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

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

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

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

Свойства ?

Простое вещество расположено в V группе четвертого периода таблицы Менделеева.

Только характеристиками сильно отличается.

Химические свойства ванадия:

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.

Известны следующие оксиды ванадия:

Систематическоенаименование	Хим. формула	Плотность, г/см³	Температура плавления, °C	Температура кипения, °C	Молярная масса, г/моль	Цвет
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.

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

Вот такой тяжелый характер у металла.

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.

Наш пострел везде поспел ⚙️

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

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

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

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

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

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.

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!

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.

Ванадий – полезные свойства и особенности металла

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

Что представляет собой

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

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

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

Вещество наделено прочностью, пластичностью.

История открытия

История открытия металла «многосерийная»:

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

Название тоже подобралось не сразу:

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

Отдать должное первооткрывателю Дель Рио попытался геолог Джордж Фезерстонхау.

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

Физико-химические характеристики

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

Основные свойства металла:

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

Известны следующие оксиды ванадия:

Систематическое наименование	Хим. формула	Плотность, г/см³	Температура плавления, °C	Температура кипения, °C	Молярная масса, г/моль	Цвет
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

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

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

Нахождение в природе

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

Каждая тонна земной коры содержит в среднем 260 г ванадия.

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

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

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

Зола асцидий богаче ванадием, чем большинство земных месторождений.

Технология получения

Основной поставщик вещества – железные руды с примесью ванадия.

Металлический продукт получают несколькими способами:

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

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

Российскими учеными созданы наногабаритные модификации оксида ванадия.

Области применения

Свойства ванадия обусловили его востребованность гражданским и военным промышленным комплексом.

Металлургия

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

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

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

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

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

Есть варианты с покрытием для регионов с экстремальным климатом.

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

Хром в сплавах понижает токсичность ванадия.

Другие отрасли промышленности

Металл, сплавы используются в широком ассортименте операций и изделий:

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

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

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

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

Соединения металла – катализатор при производстве серной кислоты.

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

В «пороховом» сегменте ванадий вытеснил элитную платину.

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

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

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

Значение для человека

В организме человека металл аккумулируется костной и жировой тканями.

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

Как правило, она обеспечивается продуктами питания.

Металлом богаты разные пищевые группы:

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

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

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

Применение ванадия. Справка

Министерство торговли США сообщило о начале расследования импорта ванадия из России и Китая. Ведомство планирует выяснить, угрожают ли национальной безопасности страны объемы импортируемой продукции.

Министр торговли США Уилбур Росс отметил, что ванадий является стратегическим металлом, который используется в национальной оборонной промышленности и критической инфраструктуре, а также он является неотъемлемой частью аэрокосмического строительства.

Что такое ванадий?

Ванадий — это химический элемент с атомным номером 23. Он представляет собой пластичный металл серебристо-серого цвета, который по внешнему виду похож на сталь.

Элемент был открыт в 1801 году профессором минералогии из Мехико Андресом Мануэлем Дель Рио в свинцовых рудах, однако европейские химики не признали этот факт. В 1830 году ванадий заново открыл шведский химик Нильс Сефстрем в железной руде. Элемент назван в честь скандинавской богини любви и красоты Фрейи (с др.-сканд. Vanadís — дочь Ванов).

Ванадий относится к рассеянным элементам и в природе в свободном виде не встречается. Его в основном получают из железных руд, которые содержат ванадий в качестве примеси.

Температура плавления ванадия составляет 1 920 °C, а температура кипения — 3 400 °C. При нагревании выше 300 °C на воздухе ванадий становится хрупким. Он устойчив против коррозии, действия морской воды, разбавленных растворов соляной, азотной и серной кислот и щелочей.

Где и для чего применяется ванадий?

Ванадий используется в аэрокосмической, оборонной, энергетической и автомобильной промышленности.

В металлургии ванадий используют при производстве сталей в качестве добавки, которая повышает их прочность. Чаще всего металл добавляют в высокопрочные низколегированные стали, свойства которых улучшены по сравнению с углеродистой сталью. Также ванадий применяют при производстве нержавеющих и инструментальных сталей. Ванадиевая сталь используется для изготовления осей, велосипедных рам, коленчатых валов и других деталей. Также она применяется при создании погружных буровых платформ для бурения нефтяных скважин.

В автомобильной промышленности ванадий добавляют в детали, которые требуют очень высокой прочности, например, поршни автомобильных двигателей.

Ванадий добавляют в высокопрочные титановые сплавы. Смешанный с алюминием в титановых сплавах, он используется в реактивных двигателях, высокоскоростных корпусах самолетов, а также в зубных имплантатах.

Ванадий также применяется в качестве катализатора химических реакций. Пентаоксид ванадия (оксид ванадия (V)) используют с этой целью при получении серной кислоты контактным способом (способ получения серной кислоты в высоких концентрациях, необходимых для промышленных процессов ) и при производстве малеинового ангидрида (органическое соединение, базовый химикат, который применяется почти во всех отраслях промышленной химии). Также его широко применяют в качестве анода (положительного электрода) в мощных литиевых батареях и аккумуляторах. Диоксид ванадия (оксид ванадия (IV)) используют в производстве стеклянных покрытий, которые блокируют инфракрасное излучение при определенной температуре.

Кто производит ванадий?

По заявлению министра торговли США Уилбура Росса, спрос на ванадий в стране обеспечивается исключительно за счет импорта. По данным Геологической службы США (USGS), в 2019 году 94% использованного в Соединенных Штатах ванадия были импортными. Основными поставщиками выступили Австрия, Канада, Россия и Южная Корея. Тогда США импортировали из РФ 283 тонны ванадия, включая отходы, лом и сплавы с алюминием, а в первом квартале 2020 года — 37 тонн, пишет РБК.

Помимо упомянутых выше стран, ванадий производят Канада, ЮАР, Бразилия и другие страны. Согласно оценкам, самые большие запасы в мире принадлежат Китаю и России: 9,5 млн и 5 млн тонн соответственно.

В РФ крупнейшим экспортером ванадия является группа Evraz («Евраз Ванадий Тула»). На сайте компании сказано, что она крупнейший в Европе производитель пентоксида ванадия, а также феррованадия-50 и феррованадия-80 (легирующие добавки для выплавки титановых сплавов и сверхпрочной стали). Также Evraz выпускает побочную продукцию: железосодержащий концентрат, известково-гипсовую композицию и щебень. По данным РБК, в 2019 году компания выручила от продажи ванадиевых продуктов (шлака и сплавов) $648 млн, а в 2018 году — $1,15 млрд.

Ванадий. Свойства ванадия. Применение ванадия

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

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/ см 3 .

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

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 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 _.

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.

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% V₂O_5.

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% V₂O_5.

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 1250 о С до 1700 о 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.

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.

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.

Читайте также: