Ванадий

Ванадий

ВАНАДИЙ, V, атомный вес 51,0; атомный номер 23; очень твердый металл цвета стали, удельный вес 6,69, температура плавления около 1715°, теплоемкость 0,124, атомная теплоемкость 6,4. Соединения ванадия в малых количествах широко распространены в природе: в бокситах, глинах, песчаниках, а также в медных, свинцовых, кобальтовых и железных рудах. В последние годы ванадий был найден в ряде титанистых железняков и фосфористых лимонитов, а также в некоторых асфальтах и углях. Далее ванадий можно найти в соде, поташе, едком натре; присутствие его замечено даже в свекле, вине, дереве и в крови некоторых животных. В качестве главной составной части ванадий входит в следующие минералы: 1) деклуазит 4(Pb, Zn)О ∙ V2О5 ∙ H2О; 2) мотрамит (VО4)2(Cu, Pb)(CuОH)4; 3) пухерит Bi2О3 ∙ V2О5; 4) ванадинит состава 9 PbO ∙ 3 V2О5 ∙ PbCl2, красные кристаллы гексагональной системы; ванадинит встречается в США (Колорадо), Мексике, Чили, Ла-Плате, Испании (Эстремадура); 5) роскоелит Si12О36 (Al, V)4 (Mg, Fe) K2H8, слюда, встречается в Колорадо и Калифорнии, содержит до 3% V; 6) карнотит (VO4)2(UO2)2К2 ∙ ЗН2O, находится в Paradox Valley (Колорадо) в виде желтой кристаллической массы, включенной в песчаник, содержит до 5% V2О5 и 3% U3О8; 7) патронит SiО2 ∙ Al2О3 (Fe, V, S, Мо), серая аморфная масса, удельного веса 2,46, содержит 32,8% V, разрабатывается крупной компанией Vanadium Corporation of America, Minasragra (Перу).

Карнотит и патронит являются в настоящее время источниками получения ванадия и его сплавов; из карнотита добываются также уран и радий. В СССР известны три месторождения ванадия: в виде фольбортитa4 (Сu, Са) СuОН - в пермских песчаниках западного склона Урала, в виде урано-ванадиевой руды - в Кокандском округе на перевале Тюя-Myюн, в 50 км от г. Ферганы (месторождение разрабатывается также на радий) и в виде ванадатов меди и никеля - в Кокандском округе по реке Испайрану, около села Вуадиль.

Мировая добыча ванадия

Свойства ванадия и его соединений. Металлический ванадий при обыкновенной температуре не изменяется на воздухе, но при накаливании легко сгорает. Вода, бромная вода, водные щелочи, соляная и серная кислоты на него не действуют. Плавиковая кислота, горячая концентрированная серная и азотная кислоты и царская водка растворяют его, давая зеленые растворы. Расплавленные щелочи, поташ и селитра также растворяют ванадий и образуют соли ванадиевой кислоты. Металлический ванадий восстанавливает окисные галоидные соли ртути, меди и железа - в закисные. Ванадий выделяет золото, серебро, платину из растворов солей этих металлов. Будучи расположен в пятой группе менделеевской системы, ванадий, подобно азоту, образует пять степеней окисления: V2О, VO, V2О3, VО2 (V2О4), V2O5, получаемых одна из другой окислением (или восстановлением); первые три окисла являются основными окислами и дают с кислотами соли; VО2 и V2O5 имеют амфотерный характер; с сильными кислотами они образуют соли, с сильными же основаниями дают соли гипованадиевой и ванадиевой кислот. Соединения ванадия являются сильными ядами. 1)  V2О3 - окись трехвалентного ванадия получается восстановлением V2О5 водородом или углем при температуре красного каления в виде черного порошка; на воздухе V2О3 окисляется уже при обыкновенной температуре, переходя в четырехокись. Соли трехвалентного ванадия сходны по свойствам с соответствующими солями хрома: водные растворы их зеленого цвета; они, подобно соответствующим хромовым соединениям, образуют квасцы и могут быть восстановлены до VO. 2) V2О4 - четырехокись ванадия получается окислением V2О3 или осторожным восстановлением V2О5 при действии сернистого газа или щавелевой кислоты и имеет вид синего кристаллического порошка, растворяющегося с таким же цветом в кислотах, образуя соли т. н. ванадила (например, VOCl2, VОSО4); с водой она образует гидраты V2О4 ∙ 7H2О и V2О2(ОH)4 ∙ 5H2О; с сильными щелочами она дает соли гипо- и метаванадиевых кислот, например (NH4)VО3K2V4О9 ∙ 4H2О и др.; растворы их имеют темно-коричневый цвет. 3) V2О5 - пятиокись ванадия, или ангидрид ванадиевой кислоты, получается путем прокаливания ванадиевокислого аммония в открытых тиглях; V2О5 представляет собой темно-красную, плавкую массу, мало растворимую в воде (0,8%). По отношению к плавиковой кислоте V2О5 ведет себя как основание, образуя соль VF5; с соляной кислотой образует основную соль - хлорокись ванадия, получаемую, впрочем, обычно путем прокаливания смеси V2О5 с углем в струе хлора; по отношению к щелочам V2О5 играет роль кислотного ангидрида, образуя, подобно фосфорному ангидриду, ряд солей ванадиевых кислот: метаванадиевой кислоты HVО3, ортованадиевой кислоты H34, пированадиевой кислоты H4V2О7. Наибольшее значение имеет аммонийная соль метаванадиевой кислоты NH43, образующаяся в виду ее малой растворимости при прибавлении NH4Cl к растворам других солей ванадия.

Ванадаты железа, кобальта, никеля, свинца (неопределенного состава) получаются при осаждении растворимых ванадатов растворами солей железа, никеля и т. д. При восстановлении ванадата железа получается непосредственно феррованадий - сплав железа с ванадием. Техническое значение имеют главн. обр. сплавы ванадия с другими металлами. Поэтому при извлечении ванадия из руд обыкновенно стремятся получить ванадиевокислое железо или окислы ванадия; эти соединения м. б. непосредственно использованы при получении ванадиевых сплавов. Способы, которыми пользуются на практике для получения ванадиевых соединений из руд, весьма различны в зависимости от исходного материала. 1) Если исходят из ванадинита, то руду сплавляют в электрической (или другой) печи с углем и содой; получающийся шлак, содержащий весь ванадий, кремнекислоту, алюминий и т. д., отделяют от металлического свинца, вновь сплавляют с прибавкой селитры и сплав выливают для измельчения в воду; измельченный шлак выщелачивают водой и после этого осаждают кремнекислоту прибавлением либо ванадиевой кислоты (V2О5), либо солей алюминия, либо, наконец, осторожным прибавлением серной кислоты. Из отфильтрованного в фильтр-прессах раствора осаждают ванадиевокислый аммоний углекислым аммонием и нашатырем. При прокаливании NH43 или при прибавлении к его раствору серной кислоты получается V2О5; ванадат железа, идущий непосредственно на изготовление сплава, можно также осадить прибавлением железного купороса. 2) Для извлечения ванадия из карнотита руду, обогащенную до содержания 14—16% ванадия, сплавляют с 3 ч. едкого натра при температуре 200—300° и извлекают горячей водой. Полученный раствор ванадата натрия осаждают железным купоросом. Остающийся после водной вытяжки осадок утилизируют для получения урана и радия. 3) Патронит сплавляют с прибавкой флюсов в пламенной печи; содержащиеся в нем в виде примесей железо, медь, никель, молибден при этом отделяются; измельченный шлак, состоящий гл. обр. из ванадиевых соединений кремнекислоты, из Mg и Аl, непосредственно идет на получение феррованадия.

Сплавы ванадия. Чистый ванадий не имеет технического применения; он идет для изготовления высокосортной стали - феррованадия. Последний получается алюминотермическим путем: смесь, состоящая из патронитового шлака, железа и мелко раздробленного алюминия, нагревают, с прибавлением буры и плавикового шпата, в тигле из окиси магния до красного каления, после чего воспламеняют зажигательной смесью (см. Алюминотермия); смесь сильно разогревается (1100°), и после остывания образуется металлический королек феррованадия. При производстве феррованадия в больших количествах пользуются шахтной печью (2,8 м высоты), в которой получают сразу 57000 кг сплава. Развивающаяся при этом температура в 2500—2800° позволяет прибавлять более тугоплавкие флюсы, а это дает возможность утилизировать также и менее чистые сорта исходного материала. В последнее время феррованадий получают и непосредственным сплавлением его окислов с углем в электрической печи. Цена на ванадий в виде сплава доходила в 1920 г. в Нью-Йорке до 25 р. за кг. Из других сплавов ванадия имеют применение сплавы с медью, никелем и алюминием.

Применение. Наибольшее применение ванадий имеет при изготовлении высокосортной стали. Ванадатом аммония NH43 пользуются в качестве окислительного катализатора при крашении черным анилином. Соединения ванадия входят в состав различных катализаторов при разнообразных реакциях окисления, например, для получения серной кислоты, перборатов, хлоратов, при окислении углеводородов, и т. д. Соли ванадиевой кислоты применяются в качестве медикаментов при лечении туберкулеза. Ванадиевосерная кислота служит реактивом на алкалоиды.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 3 - 1928 г.

Ванадий

Избранное