Ванадий. Ванадий общие сведения в 1830 г шведский химик Зефстрем открыл в железной руде из г. Таберга

• Название: Ванадий общие сведения в 1830 г шведский химик Зефстрем открыл в железной руде из г. Таберга
• Дата: 28.02.2022
• Размер: 2.53 Mb.
• Имя файла: Ванадий.docx
• Тип: Глава; #376178
• страница: 2 из 2

3. ПОЛУЧЕНИЕ ВАНАДИЯ

Способ получения и рафинирования металлического вана-¹ дня определяется требованиями, предъявляемыми к чистоте металла в зависимости от конкретной области его приме­нения.

В чистом виде ванадий, как и другие тугоплавкие металлы (титан, цирконий, ниобий), получают термической диссоциа­цией иодида ванадия.

Наиболее распространены кальцетермический и алюмино-термический методы восстановления V ₂О₅. Реакция

V₂О₅+5Са = 2V+5СаО+1460 кДж

экзотермична; выделяющегося тепла достаточно для расплав­ления образующегося ванадия, который собирается в крупные корольки. Реакцию проводят в герметичной стальной бомбе в тигле из магнезита. Чистота металла 99,5 %, что обеспечи­вает легкую прокатку на холоду в фольгу толщиной 0,08 мм.

Недостатки металлотермического метода: 1) большой рас­ход восстановителя; 2) высокие требования к чистоте ис­ходных материалов и футеровке бомбы; 3) ограниченная воз­можность понижения содержания кислорода в металле (так, сродство кальция к кислороду понижается с увеличением температуры); 4) степень извлечения ванадия 50-84 %; 5) взрывоопасной», малая производительность и периодичность процесса.
Перспективный способ получения ванадия - восстановле­ние его оксидов углеродом в вакууме при 1250-1700 °С. Ис­пользование химически чистых исходных материалов, особен­но по нелетучим компонентам, обеспечивает получение спектрально чистого металла. Высокий вакуум и непрерывное удаление газов из зоны реакции обеспечивают низкое со­держание примесей внедрения. Достоинства карботермического метода - дешевый восстановитель, раскисляющая способ­ность которого в высоком вакууме превышает раскисляющую способность кальция и магния, возможность непрерывного контроля и корректирования процесса на любой стадии, вы­сокая производительность и степень извлечения.

Известен ряд методов восстановления VС1₃ и VС1₂ магни­ем, литием, натрием, калием, кальцием, цирконием, водоро­дом (рис.38).

Переплавка металла в вакууме с помощью электронной бомбардировки значительно повышает чистоту металла. Дру­гой способ повышения чистоты металла - электрорафинирова­ние. По одному из способов электролитом служил расплав: при 620 °С 51% КС1, 41% LiС1, 8 %VС1₂. Кальциетермический кусковой ванадий чисто­той 99,47 % служил анодом, мо­либденовый стержень - катодом. Процесс проводили в атмосфере инертного газа при напряжении на электродах 0,30-0,54 В. Электролиз проводили в две ступени.

Содержание примесей в ис­ходном и рафинированном вана­дии после 2-й ступени состав­ляло, -10^-4, %: ;



Рис.38. Схема установки для восстановле­ния V С1₃ магнием

Полученный ванадий был высокопластичен и применялся для изготовления деталей ядерного реактора.

Эффективный метод рафинирования ванадия - вакуумная электронно-лучевая зонная плавка. Очистка металла в этом случае происходит за счет зонного рафинирования и за счет преимущественного испарения примесных элементов. Если ли­митирующей стадией процесса массопереноса примеси из рас­плава в газовую фазу является скорость испарения ее с по-1 верхности расплава, то коэффициент разделения можно рас­считать по формуле:

k =p⁰_i /p⁰ _Ме e –AH /RT * M_Me /M_i

где р _I ° и р _Ме° - давление пара примесного компонента i и

рафинируемого металла; M_i и M_Me - молекулярные массы при­месного и основного компонента; AH - энтальпия образова­ния интерметаллического соединения рафинируемый металл-примесь; Т - температура расплава; R - универсальная га­зовая постоянная.

При скорости движения зоны 1 мм/мин степень очистки ванадия от летучих примесей составляет: для Fе 100, А1 1170, Ni 5000. Очистка от труднолетучих примесей (Мо, NЬ, Hf, Zr) наблюдается также при низких скоростях плавки за счет зонной перекристаллизации. При больших скоростях движения зоны и малых концентрациях примеси степень очистки снижается, поскольку лимитирующей стадией процес­са массопереноса является диффузия примеси к поверхности расплава.

Чистейший ванадий - типичный пластичный металл. Однако механические свойства ванадия сильно зависят от степени его чистоты. Особенно резко ухудшают качество металла даже малые содержания примесей внедрения - углерода, кисло­рода, азота и водорода. Они наиболее трудно удаляются из ванадия при его получении. Примеси других элементов в со­поставимых количествах гораздо меньше, чем примеси внед­рения, ухудшают качество ванадия.

4. ВЫПЛАВКА ФЕРРОВАНАДИЯ

(3.13) (3.14)

Феррованадий получают из технического V ₂О₅, феррованадата или ванадата кальция в электропечи силикотермическим или внепечным (алюминотермическим) способом:

2V₂О₅+5Si = 5SiO₂+4V; 3V₂О₅+10А1 = 5А1₂О₃+6V.

При электропечной выплавке феррованадия в печь вводят железный лом, V₂О₅ в виде плавленых кусков (или ванадат кальция в форме брикетов), дробленый ферросилиций (65-76 % 81), а также известь для шлакования образующейся кремнекислоты. Получаемый феррованадий содержит 45-80 %V.

По алюминотермическому методу V₂О₅ (или феррованадат) в смеси с 30-40 % (по массе) оксида железа, алюминиевой пудрой (расход 0,7-0,9 кг на 1 кг феррованадия), известью и плавиковым шпатом (флюс) помещают в изложницы и поджи­гают с помощью термита (например, железоалюминиевого, представляющего собой смесь Fе₃О₄ и порошка А1). Запалива­ют вольтовой дугой. Реакция протекает без внешнего на­грева. По обоим методам извлечение ванадия в феррованадий 95%.

В технологии ванадия следует учитывать ядовитость пыли V₂О₅, ванадатов кальция и натрия. Острое отравление рабо­чих может возникать при концентрациях пыли от 0,01 мг/л и выше. У рабочих, страдающих хронической интоксикацией, часты такие заболевания, как катар верхних дыхательных путей, грипп, пневмония, гипертония, гастрит, экземы. В целях предупреждения интоксикации необходимо герметизиро­вать пылящее оборудование, механизировать и герметизиро­вать транспорт для пылящих продуктов, создать рациональ­ный режим плавки V₂О₅ в печах. Предельно допустимая кон­центрация V₂О₅ в воздухе 0,0001 мг/л.