钒
发布时间:2008-08-02 00:00
作者:互联网
来源:百科
1980
vanadium
元素符号 V,
银白色
金属,在元素周期表中属VB族,原子序数23,原子量50.9414,体心立方晶体,常见化合价为+5、+4、+3、+2。
钒的
熔点很高,常与
铌、
钽、
钨、
钼并称为难熔
金属。
1801年
西班牙矿物学家里奥 (A.M.del Rio)在研究
墨西哥锡马潘 (Zimapan)的
铅矿时发现钒。因为钒的盐类在与酸加
热时呈红色,就以erythronuim(赤元素)命名。后来里奥又
接受了这种红色物质是
铬的不纯物,可能是铬酸铅的解释。1830年
瑞典化学家塞弗斯托姆(N.G.Sefstr
m)用瑞典塔贝里 (Taberg)附近
矿石炼
生铁,分离出一个新元素,以女神 Vanadis(凡娜迪丝)命名为vanadium。此后不久,德国化学家沃勒(F.W
hler)证明钒与erythronuim是同一元素。
资源 钒广泛分布于地壳中。已知的含
钒矿物超过65种。[kg2]
其中较重要的有绿硫钒矿(V
S+
S)、
钒铅矿[PbCl
3Pb
(VO
)
]
硫钒
铜矿(3Cu
S
V
S
)、
钛铈铀矿(Fe,U,V,Cr及
稀土的钛酸盐)
[kg2]
钒云母[2K
O
2Al
O
(Mg,Fe)O
3V
O
10SiO
4H
O]和钒
钾铀矿(K
O
2UO
V
O
3H
O)等。最初秘鲁的绿硫钒矿是钒的主要来源,随后钾钒铀矿(副产铀)和钒
云母成了钒的重要来源。在纳米比亚和赞比亚发现的铅、
铜、
锌的钒酸
盐矿也是较大的钒
矿床。钒盐是磷酸和
肥料工业的
副产品。含钒
铁矿和含钒
磁钛铁矿也是愈来愈重要的来源。某些
原油中也含钒,可从燃烧后的飞灰和
锅炉灰渣中回收。据估计世界钒的资源总计为1578万吨,苏联和阿扎尼亚的储量较大。中国有丰富的钒
钛铁矿资源。
1979年和1980年世界钒矿的
产量(以钒计)分别为37694吨和36606吨。产量最大的为纳米比亚,1980年为11340吨;其次为苏联,1980年为9979吨。1980年美国钒的
消费量为5357吨,其用途分配为:交通
运输33%,
机械32%,建筑20%,化学5%,其他10%。1979年4月美国钒的
价格为14.4美元/公斤。80%
品位钒铁中每公斤钒为14.9~15.6美元。1981年98%纯度的五氧化二钒(V
O
)中每公斤钒为7.4~10.1美元。
性质和用途 钒是一种可锻金属,但含有氧、氮或氢的钒则变脆。钒是电的不良导体,其
电导率仅为铜的十分之一。
[钒的主要物理性质]
钒的
电阻率温度系数(0~100
)0.0034,原子的热中子吸收截面5.00靶恩,原子的快中子(1兆电子伏)吸收截面为3毫靶恩。
室温时,致密的钒对氧
氮和氢都是稳定的。钒在空气中加热时,氧化成棕黑色的三氧化二钒(V
O
)
蓝黑色的四氧化二钒(V
O
)或桔红色的五氧化二钒(V
O
)
[kg2]
在较低的温度(180
)下,钒与氯作用生成四氯化钒(VCl
),高温下与
碳及氮生成碳化钒(VC)及氮化钒(VN)。钒能耐盐酸、稀
硫酸、碱溶液和海水的
腐蚀,但能被硝酸、氢氟酸或浓酸硫腐蚀。
钒主要制成钒
铁用作
钢铁的
合金组分,能细化
钢铁基体晶粒,广泛用于各类
钢种。钒在非
铁合金中主要用于制造
钛合金 (Ti-6Al-4V)。钒可以
控制铜基合金中的气体含量,并
改善其微观结构,在
内燃机活塞的
铝基合金中加入少量钒,可以增强合金的
强度,并降低热胀系数。钒的快中子吸收截面小,对液态
钠有良好的耐蚀性,并有抗高温
蠕变强度,可作快中子增殖堆
燃料棒的包覆材料和释热元件。钒的金属间化合物V
Ga是超导材料。V
O
广泛用作有机和无机氧化反应的催化剂;用来制作吸收紫外线和热射线的
玻璃以及玻璃、
陶瓷的着色剂。钒的氧化物和偏钒酸盐用于
生产印刷油墨和黑色染料。
钒的生产第一步是从各种类型的含钒矿
石中制取钒的氧化物或其他化合物,然后再用以生产钒铁合金或金属钒。
钒化合物的制取 从含钒矿石提取钒时,一般是把矿石
破碎,磨细,然后与
钠盐(如氯化钠、硫酸钠或碳酸钠等)混合,在850
焙烧,钒转变为可溶于水的偏钒酸钠(NaVO
)。用
水浸出(见
浸取),加硫酸,
调整pH到2~3,即可
沉淀出六钒酸钠 (Na
V
O
),俗称“红饼”。把它于 700
熔化,即得黑紫色致密的工业五氧化二钒(V
O
>86%,Na
O[kg2]
占6~10%)。将红饼溶于碳酸钠溶液,并调节pH,使铁、铝和
硅等杂质沉淀分离,再加NH
Cl使钒沉淀为偏钒酸铵(NH
VO
);经过320~430
煅烧,即得纯度为99.8%的V
O
。
从钾钒铀矿提取钒,可用硫酸直接浸出,也可以先将矿石焙烧,再用水和稀盐酸或硫
酸浸出。矿石中80%的钒和铀溶解,然后用叔
胺、
季胺或烷基磷酸溶剂萃取分离钒和铀。
从钒钛
磁铁矿提取五氧化二钒(图1 [从钒钛磁铁矿提取五氧化二钒
流程]
),是先经
磁选除去钛铁矿和
废石,将所得
精矿经
高炉或电炉炼成含钒生铁,再用
转炉吹炼造出高
钒渣(见
铁水预处理),然后将粉状高钒渣与氯化钠混合焙烧,使钒成为可溶性的偏钒酸钠,最后用前述处理含钒矿石的方法回收钒。磁选所得含钒磁铁矿也可以与硫酸钠一起直接焙烧,生成可溶于水的偏钒酸钠,趁热用水浸出。加硫酸调整pH为2~3,煮沸,沉淀出红饼。还可以加氯化铵沉淀出白色偏钒酸铵;加氯化
钙,使钒成钒酸钙沉淀;加硫酸亚铁沉淀出钒酸铁,送去炼钒铁。
金属钒的制取 工业上采用金属热还原的钙热还原法以及70年代发展的铝热还原和真空电子束重熔联合法。后者可以制得供
核反应堆用的纯钒。此外也可用真空碳热还原法。
钙热还原法 以高纯V
O
为原料,配
入超过理论量50~60%的金属钙,用碘作
熔剂和发热剂,置于密封的反应器或“反应弹”内反应。得到致密金属锭或熔块,其中约含碳0.2%,含氧0.02~0.08%,含氮0.01~0.05%和氢0.002~0.01%。
铝热还原法 将V
O
与高纯铝在“反应弹”中反应生成致密的钒
铝合金,然后在1790
高温高真空中脱铝,再经真空电子束重熔,除去合金中残余的铝和溶解的氧等杂质,所得金属钒的纯度大于99.9%。也可以经过两次电子束
熔炼,获得纯度更高的钒锭(图2[铝热还原法生产高纯钒流程]
)。
真空碳热还原法 制备可锻钒的重要方法之一。把V
O
先用氢还原成V
O
,再与
炭黑混合,[kg2]
在
真空炉中经多次高温还原,制得的钒块约含碳0.02%,含氧0.04%,它在室温下是可锻的。
金属钒还可以用碘化物热分解法提纯,制得纯度为99.95%的钒。用氢在 1000
还原钒的
氯化物也可制得可锻钒。
备注:数据仅供参考,不作为投资依据。