Ванадиева обработка, подготовка на метала за използване в различни продукти.
Ванадий (V) е сивкав сребърен метал, чиято кристална структура е кубична (bcc) решетка, ориентирана към тялото, с точка на топене 1,926 ° C (3,499 ° F). Металът се използва главно като легиращо допълнение към високоякостни нисколегирани (HSLA) стомани и в по-малка степен в инструментални стомани и желязо и стоманени отливки. Освен това е важен укрепващ елемент за титановите сплави. Ванадиевите сплави са обещаващи кандидати за приложения в ядрени реактори. Металът е признат за индустриална опасност, тъй като е наблюдавано дишане на прахови частици с високо съдържание на ванадий, които предизвикват интензивна суха кашлица, придружена от дразнене на носа, очите и гърлото.
история
Откриването на ванадий е заявено за първи път през 1801 г. от испански минералог Андрес Мануел дел Рио, който му е дал името еритроний, след червения цвят на едно от химичните му съединения (гръцки еритрос, „червен“). През 1830 г. шведски химик Нилс Габриел Сефстром преоткрива елемента и го нарече ванадий, след Ванадис, скандинавската богиня на красотата, заради красивите цветове на съединенията му в разтвор. Английският химик Хенри Енфийлд Роско за първи път изолира метала чрез редукция на водород на ванадиев дихлорид през 1867 г., а американските химици Джон Уесли Мардън и Малкълм Н. Рич получават ванадий с 99,7% чистота чрез процес на намаляване на калция през 1925г.
От началото на 1900 г. ванадий се използва като легиращ елемент за стомани и желязо. През 1905 г. Антенор Риза Патрон открива голямо находище на асфалтит, съдържащо богати ванадиеви руди в Мина Рагра, Перу. Две години по-късно Американската компания за ванадий произвежда ферованадий в търговски мащаб за първи път. След като титанът се превръща в аерокосмически строителен материал през 50-те години на миналия век, ванадийът вижда широко приложение в титановите сплави.
руди
Важни ванадиеви минерали са patronite (VS 4), carnotite [K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2], и ванадинит [Pb 5 (VO 4) 3 Cl]. Рудните находища, добивани единствено за ванадий, са рядкост, тъй като голяма част от ванадия в магнитни скали се намира в сравнително неразтворимо тривалентно състояние, заместващо железно желязо във феромагнезиеви силикати, магнетит (желязна руда), илменит (титанова руда) и хромит.
Най-големите мини в света на ванадий са от запаси от титаничен магнетит в региони като Бушвелд в Южна Африка, масив Качканар от Уралските планини и китайската провинция Сечуан. Карнотитовите руди в пясъчниците на Колорадското плато са добивани за ванадий и уран. Други източници на ванадий включват пепел от изгарянето на изкопаемо гориво, шлака от фосфатна руда, боксит от алуминиева руда и отработени катализатори.
Минен
Тъй като ванадийът е по същество страничен продукт на руди, които се добиват за други минерали, те се добиват по методи, характерни за тези руди.
Добив и рафиниране
Ванадиев пентоксид
Титановата магнетитна руда частично се редуцира с въглища в въртящи се пещи и след това се стопява в пещ. По този начин се получава шлака, съдържаща по-голямата част от титана и чугун, съдържащ по-голямата част от ванадия. След отстраняването на шлаката стопеното чугунено желязо се издухва с кислород, за да образува нова шлака, съдържаща 12–24 процента ванадиев пентоксид (V 2 O 5), който се използва при по-нататъшната обработка на метала.
Ванадий се екстрахира от карнотит като съвместен продукт с уран чрез извличане на рудния концентрат за 24 часа с гореща сярна киселина и окислител като натриев хлорат. След отстраняване на твърдите вещества, инфилтратът се подава в верига за екстракция на разтворител, където уранът се екстрахира в органичен разтворител, състоящ се от 2,5% амин-2,5% -ос-изодеканол-95% -церол. Ванадийът остава в рафината, който се подава във втора верига за екстракция на разтворител. Там ванадий от своя страна се екстрахира в органичната фаза, отстранява се с 10-процентов разтвор на сода, и се утаява с амониев сулфат. Утайка амониев метаванадат се филтрува, суши се и се калцинира до V 2 О 5.
Повечето други руди или шлаки, съдържащи ванадий, се смачкват, смилат, пресяват и се смесват с натриева сол като натриев хлорид или натриев карбонат. След това този заряд се изпича при температура около 850 ° С (1550 ° F), за да се превърнат оксидите в метананадат на натрий, който може да се излужи в гореща вода. С подкиселяването на излуга със сярна киселина ванадият се утаява като натриев хексаванадат. Това съединение, известно като червена торта, може да се слее при 700 ° С (1300 ° F), за да се получи ванадиев пентоксид с технически клас (най-малко 86 процента V 2 O 5, или може да бъде пречистен допълнително чрез разтварянето му във воден разтвор натриев карбонат. Във втория случай примесите от желязо, алуминий и силиций в червената утайка се утаяват от разтвор при регулиране на киселинността. Ванадийът се утаява като метанонадат на амоний чрез добавяне на амониев хлорид. След филтруване утайката се калцинира до произвеждат V 2 O 5 с чистота, по-голяма от 99,8 процента.
Ferrovanadium
Производството на ферованадий, съдържащ 35–80 процента ванадий, се извършва в електрическа дъгова пещ. Първо се стопява скрап и се добавя смес от V 2 O 5, алуминий и флюс като калциев флуорид или калциев оксид. В последвалата реакцията, алуминиев метал се превръща в алуминиев оксид, образувайки шлака и V 2 О 5 се редуцира до ванадий метал, който се разтваря в стопения желязо. Тъй като тази реакция на редукция на окисляването е екзотермична, топлоснабдяването трябва да развие само температурата на запалване от 950 ° C (1,750 ° F). След запалване, електродите се изтеглят, докато реакцията приключи; след това те се поставят отново в разтопената шлака и пещта се подгрява отново, за да се подобри утаяването.
Алуминотермичният процес може също да се извърши в стоманен съд с огнеупорна основа или меден тигел с водно охлаждане. Заряд от V 2 O 5, железен оксид и алуминий се запалва с предпазител от бариев пероксид или магнезиева лента.
