Spracovanie vanádu, príprava kovu na použitie v rôznych výrobkoch.
Vanád (V) je šedivý strieborný kov, ktorého kryštalická štruktúra je kubická mriežka (bcc) zameraná na telo, s teplotou topenia 1 926 ° C (3 499 ° F). Kov sa používa hlavne ako legovací prísada do vysokopevných nízkolegovaných ocelí (HSLA) a v menšej miere do nástrojových ocelí a odliatkov železa a ocele. Je tiež dôležitým posilňovačom pre zliatiny titánu. Zliatiny vanádu sú sľubnými kandidátmi na aplikácie v jadrových reaktoroch. Kov sa však považuje za priemyselné nebezpečenstvo, pretože sa zistilo, že vdýchnutie časticového materiálu s vysokým obsahom vanádu spôsobuje intenzívny suchý kašeľ sprevádzaný podráždením nosa, očí a hrdla.
histórie
Objav vanádu prvýkrát tvrdil v roku 1801 španielsky mineralog Andrés Manuel del Río, ktorý mu dal názov erytronium, po červenej farbe jednej z jeho chemických zlúčenín (grécky erytro, „červený“). V roku 1830 švédsky chemik Nils Gabriel Sefström znovu objavil tento prvok a nazval ho vanádom, po Vanadise, škandinávskej bohyni krásy, kvôli krásnym farbám jeho zlúčenín v roztoku. Anglický chemik Henry Enfield Roscoe prvýkrát izoloval kov redukciou vodíka vanádiumdichloridu v roku 1867 a americkí chemici John Wesley Marden a Malcolm N. Rich získali v roku 1925 procesom redukcie vápnika vanád s čistotou 99,7%.
Od začiatku 20. rokov 20. storočia sa vanád používa ako legovací prvok pre ocele a železo. V roku 1905 objavil Antenor Riza Patron veľké ložisko asfaltu s bohatými vanádovými rudami v provincii Mina Ragra v Peru. O dva roky neskôr spoločnosť American Vanadium Company prvý krát vyrábala ferrovanadium v komerčnom meradle. Po tom, čo sa titán v 50-tych rokoch minulého storočia stal leteckým stavebným materiálom, vanadium videl široké použitie v zliatinách titánu.
rudy
Dôležitými vanádu minerály sú patronite (VS 4), carnotite [K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2], a vanadinite, [Pb 5 (VO 4) 3 Cl]. Ložiská rúd vyťažené výlučne z vanádu sú zriedkavé, pretože veľká časť vanádu v vyvrelých horninách sa vyskytuje v relatívne nerozpustnom trojmocnom stave, pričom železité železo nahrádza kremičitany feromagnézové, magnetit (železná ruda), ilmenit (titánová ruda) a chromit.
Najväčšie svetové bane vanádu pochádzajú z titánových magnetitových rezerv v takých oblastiach ako Bushveld v Južnej Afrike, masív Kachkanar v pohorí Ural a čínska provincia Szechwan. Rudy karnotitov v pieskovcoch na plošine Colorado boli ťažené na vanád a urán. Medzi ďalšie zdroje vanádu patrí popol zo spaľovania fosílnych palív, troska z fosfátovej rudy, bauxit hliníkovej rudy a použité katalyzátory.
baníctvo
Pretože vanád je v podstate vedľajším produktom rúd, ktoré sa ťažia na iné minerály, ťažia sa spôsobmi, ktoré sú pre tieto rudy typické.
Ťažba a rafinácia
Oxid vanádnatý
Titaniferná magnetitová ruda sa čiastočne redukuje uhlím v rotačných peciach a potom sa taví v peci. Takto sa získa troska obsahujúca väčšinu titánu a surové železo obsahujúce väčšinu vanádu. Po odstránení trosky, roztavené surové železo je vháňaný s kyslíkom za vzniku novej trosky, obsahujúca 12 až 24 percent oxid vanadičný (V 2 O 5), ktorý je použitý v ďalšom spracovaní kovu.
Vanád sa extrahuje z karnotitu ako koproduktu s uránom vylúhovaním rudného koncentrátu počas 24 hodín horúcou kyselinou sírovou a oxidačným činidlom, ako je chlorečnan sodný. Po odstránení pevných látok sa výluh privádza do extrakčného okruhu s rozpúšťadlom, kde sa urán extrahuje v organickom rozpúšťadle pozostávajúcom z 2,5% amínu - 2,5% izodekanolu - 95% kerozénu. Vanád zostáva v rafináte, ktorý sa privádza do druhého extrakčného okruhu rozpúšťadla. Tam sa zase v organickej fáze extrahuje vanád, stripuje sa 10% roztokom uhličitanu sodného a vyzráža sa síranom amónnym. Metavanadát amónny zrazenina sa odfiltruje, vysuší sa a kalcinuje sa V 2 O 5.
Väčšina ostatných rúd alebo trosk obsahujúcich vanád je rozdrvená, rozomletá, preosiata a zmiešaná so sodnou soľou, ako je chlorid sodný alebo uhličitan sodný. Tento náboj sa potom praží pri asi 850 ° C, aby sa oxidy premenili na metavanadát sodný, ktorý sa môže vylúhovať v horúcej vode. Po okyslení výluhu kyselinou sírovou sa vanád vyzráža ako hexavanadát sodný. Táto zlúčenina, známa ako červený koláč, môže byť fúzovania na 700 ° C (1300 ° F), čím sa získa v technickej kvalite vanadičného (aspoň 86 percent V 2 O 5, alebo môže byť ďalej čistený rozpustením vo vodnom roztoku V druhom prípade sa nečistoty železa, hliníka a kremíka v červenom koláči zrážajú z roztoku po úprave kyslosti. Vanád sa vyzráža ako metavanadičnan amónny pridaním chloridu amónneho. Po filtrácii sa zrazenina kalcinuje na produkovať v 2 o 5 s čistotou nad 99,8 percenta.
Ferovanád
Výroba ferrovanádia, ktoré obsahuje 35 - 80 percent vanádu, sa vykonáva v elektrickej oblúkovej peci. Šrot sa najprv roztaví a zmes V 2 O 5, hliníka, a tavidlo, ako je fluorid vápenatý alebo oxid vápenatý sa pridáva. Pri nasledujúcej reakcii sa kovový hliník sa prevedie na oxid hlinitý, tvoriace trosku, a V 2 O 5 sa redukuje na vanád kovu, ktorý sa rozpustí v roztavenom železe. Pretože táto oxidačno-redukčná reakcia je exotermická, je potrebné, aby sa pri dodávke tepla vyvinula iba teplota podpaľovania 950 ° C. Po rozotrení sa elektródy odoberú až do ukončenia reakcie; potom sa znovu vložia do roztavenej trosky a pec sa znovu zohreje, aby sa zlepšilo usadzovanie.
Aluminotermický proces sa môže tiež uskutočňovať v žiaruvzdornej oceľovej nádobe alebo vo vode chladenom medenom tégliku. Vsádzka V 2 O 5, oxid železa a hliníka sa zapáli poistkou bária-peroxid alebo stuhou horečnatý.
