Vanaadiumitöötlus, metalli ettevalmistamine kasutamiseks erinevates toodetes.
Vanaadium (V) on hallikas hõbedane metall, mille kristallstruktuur on kehakeskne kuup (bcc) võre, sulamistemperatuuriga 1,926 ° C (3,499 ° F). Metalli kasutatakse peamiselt legeeriva lisandina ülitugevatele vähelegeeritud (HSLA) terastele ja vähemal määral tööriistaterastele ning raua- ja terasevaludele. See on ka titaani sulamite oluline tugevdaja. Vanaadiumisulamid on paljulubavad kandidaadid tuumareaktorites kasutamiseks. Seda metalli peetakse siiski tööstuslikuks ohuks, kuna on täheldatud, et kõrge vanaadiumi sisaldusega tahkete osakeste hingamine põhjustab intensiivset kuiva köha, millega kaasneb nina, silmade ja kurgu ärritus.
Ajalugu
Vanadiini avastamist väitis esmakordselt 1801. aastal Hispaania mineralogist Andrés Manuel del Río, kes andis sellele ühe keemilise ühendi (kreeka erütroos, “punane”) punase värvuse järgi nime erütroonium. 1830. aastal avastas Rootsi keemik Nils Gabriel Sefström taevaelemendi ja nimetas selle Skandinaavia iludusejumalanna Vanadise järgi vanaadiumiks, kuna selle ühendid olid lahus. Inglise keemik Henry Enfield Roscoe isoleeris metalli esmalt vanadiumdikloriidi redutseerimisega vesinikus 1867. aastal ning ameerika keemikud John Wesley Marden ja Malcolm N. Rich said 1925. aastal kaltsiumi redutseerimisega 99,7-protsendilise puhtusega vanaadiumi.
Alates 1900. aastate algusest on vanaadiumi kasutatud terase ja raua legeeriva elemendina. Aastal 1905 avastas Antenor Riza Patron Peruu Mina Ragrast suure asfaltiidimaardla, mis sisaldas rikkalikke vanaadiumimaagid. Kaks aastat hiljem tootis Ameerika vanadiumiettevõte esimest korda ferrovanaadiumi kaubanduslikult. Pärast seda, kui titaan sai 1950ndatel kosmosetehnoloogia ehitusmaterjaliks, nägi vanaadium titaanisulamites laialdast kasutamist.
Maagid
Olulised vanaadiumi mineraalid on patroniit (VS 4), karnoliit [K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2] ja vanadiniit, [Pb 5 (VO 4) 3 Cl]. Ainult vanaadiumi jaoks kaevandatud maagi maardlad on haruldased, kuna suur osa tardkivimites sisalduvast vanaadiumist on suhteliselt lahustumatu kolmevalentses olekus, asendades raud (rauamaak) ferromagneesiumsilikaatides, magnetiidiga (rauamaagi), ilmeniidiga (titaanimaak) ja kroomiidiga.
Maailma suurimad vanaadiumi kaevandused pärinevad titaansest magnetiidivarust sellistes piirkondades nagu Lõuna-Aafrika Bushveld, Uurali mägede Kachkanari mäestik ja Hiina Szechwani provints. Colorado platoo liivakivides sisalduvatest karnotiidimaakidest on kaevandatud vanaadiumi ja uraani. Muud vanaadiumiallikad hõlmavad fossiilkütuse põlemisel tekkinud tuhka, fosfaatimaagi räbu, alumiiniumimaagi boksiiti ja kasutatud katalüsaatoreid.
Kaevandamine
Kuna vanaadium on põhiliselt muude maavarade kaevandamisel kasutatavate maakide kõrvalsaadus, kaevandatakse neid nendele maakidele iseloomulike meetoditega.
Ekstraheerimine ja rafineerimine
Vanaadiumpentoksiid
Titaanset magnetiidimaaki redutseeritakse osaliselt söega pöördahjudes ja sulatatakse seejärel koldes. Nii saadakse räbu, mis sisaldab enamus titaanist, ja malm, mis sisaldab enamikku vanaadiumist. Pärast räbu eemaldamist puhutakse sulamalm hapnikuga läbi, moodustades uue räbu, mis sisaldab 12–24 protsenti vanaadiumpentoksiidi (V 2 O 5) ja mida kasutatakse metalli edasisel töötlemisel.
Vanaadium ekstraheeritakse karnotiidist kaarproduktina uraaniga, leelistades maagi kontsentraadi 24 tunni jooksul kuuma väävelhappe ja oksüdeerijaga, näiteks naatriumkloraadiga. Pärast tahkete ainete eemaldamist juhitakse nõrgvesi lahusti ekstraheerimise ringkonda, kus uraan ekstraheeritakse orgaanilises lahustis, mis koosneb 2,5 protsenti amiinist - 2,5 protsenti isodekanoolist - 95 protsenti petrooleumist. Vanaadium jääb rafinaati, mis juhitakse teise lahusti ekstraheerimise ringlusse. Seal ekstraheeritakse vanaadium orgaanilises faasis, eraldatakse 10-protsendilise sooda lahusega ja sadestatakse ammooniumsulfaadiga. Ammooniumderivaat metavanadate sade filtreeritakse, kuivatatakse ja kaltsineeritud V 2 O 5.
Enamik teisi vanaadiumi kandvaid maagid või räbu purustatakse, jahvatatakse, sõelutakse ja segatakse naatriumisoolaga, näiteks naatriumkloriidi või naatriumkarbonaadiga. Seejärel röstitakse seda laengu temperatuuril umbes 850 ° C (1550 ° F), et muundada oksiidid naatriummetavanadaadiks, mida võib leotada kuumas vees. Nõrghappe hapestamisel väävelhappega sadestub vanaadium naatriumheksavanadaadina. Seda punase koogina tuntud ühendit saab sulatada temperatuuril 700 ° C (1300 ° F), et saada tehnilise kvaliteediga vanaadiumpentoksiid (vähemalt 86 protsenti V 2 O 5 või seda saab veelgi puhastada, lahustades selle vesilahuses. naatriumkarbonaadi lisamisel. Viimasel juhul sadestuvad happesuse reguleerimisel punases koogis olevad raua, alumiiniumi ja räni lisandid lahusest. Vanadium sadestatakse ammooniummetavanadaadina ammooniumkloriidi lisamisega. Pärast filtrimist kaltsineeritakse sade toota V 2 O 5 puhtusega üle 99,8 protsenti.
Ferrovanadium
35–80 protsenti vanaadiumi sisaldava ferrovanaadiumi tootmine toimub elektrikaarahjus. Vanarauast sulatatakse esmalt ning segu V 2 O 5, alumiinium ja voo nagu kaltsium fluoriid või kaltsiumoksiidi lisatakse. Järgnevas reaktsioonis muundatakse alumiiniummetall alumiiniumoksiidiks, moodustades räbu, ja V 2 O 5 redutseeritakse vanaadiummetalliks, mis lahustatakse sulas rauas. Kuna see oksüdeerimise-redutseerimise reaktsioon on eksotermiline, tuleb soojusvarustusel tekitada ainult süütetemperatuur 950 ° C (1750 ° F). Pärast süütamist eemaldatakse elektroodid, kuni reaktsioon on lõppenud; seejärel sisestatakse need uuesti sulatatud räbu ja ahju kuumutatakse uuesti, et settida.
Aluminotermilise protsessi võib läbi viia ka tulekindla voodriga terasnõus või vesijahutusega vasest tiiglis. Laeng V 2 O 5, raudoksiidi ja alumiiniumi süüdatakse baariumperoksiidi kaitsme või magneesiumi lindiga.
