Vanadiumbehandling, klargjøring av metallet til bruk i forskjellige produkter.
Vanadium (V) er et gråaktig sølvmetall hvis krystallstruktur er et kroppssentrert kubikkgitter (bcc), med et smeltepunkt på 1 926 ° C. Metallet brukes hovedsakelig som et legeringstilskudd til høyfast lav-legert stål (HSLA) stål, og i mindre grad i verktøystål og støpejern og stål. Det er også en viktig styrker for titanlegeringer. Vanadiumlegeringer er lovende kandidater for anvendelser i atomreaktorer. Metallet er anerkjent som en industriell fare. Imidlertid har pusting av partikkelformig materiale med høyt vanadiuminnhold blitt observert for å forårsake en intens, tørr hoste ledsaget av irritasjon i nese, øyne og svelg.
Historie
Oppdagelsen av vanadium ble først hevdet i 1801 av en spansk mineralog, Andrés Manuel del Río, som ga den navnet erythronium, etter den røde fargen på en av dens kjemiske forbindelser (gresk erythros, "rød"). I 1830 oppdaget en svensk kjemiker, Nils Gabriel Sefström, elementet og kalte det vanadium, etter Vanadis, den skandinaviske skjønnhetsgudinnen, på grunn av de vakre fargene på forbindelsene i løsning. Den engelske kjemikeren Henry Enfield Roscoe isolerte først metallet ved hydrogenreduksjon av vanadiumdiklorid i 1867, og de amerikanske kjemikerne John Wesley Marden og Malcolm N. Rich oppnådde vanadium med 99,7 prosent renhet ved en kalsiumreduksjonsprosess i 1925.
Siden begynnelsen av 1900-tallet har vanadium blitt brukt som et legeringselement for stål og jern. I 1905 oppdaget Antenor Riza Patron et stort asfaltittforekomst som inneholder rike vanadiummalm i Mina Ragra, Peru. To år senere produserte American Vanadium Company for første gang ferrovanadium i kommersiell skala. Etter at titan ble et konstruksjonsmateriale for romfart på 1950-tallet, brukte vanadium bred bruk i titanlegeringer.
Ores
De viktige vanadiummineralene er patronitt (VS 4), karnotitt [K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2], og vanadinitt, [Pb 5 (VO 4) 3 Cl]. Malmavsetninger som bare er utvunnet for vanadium er sjeldne fordi mye av vanadiumet i stollartede bergarter forekommer i relativt uoppløselig trivalent tilstand, og erstatter ferri-jern i ferromagnesiumsilikater, magnetitt (en jernmalm), ilmenitt (en titanmalm) og kromitt.
Verdens største vanadiumminer er fra titaniferøse magnetittreserver i regioner som Bushveld of South Africa, Kachkanar Massif of Ural Mountains og Kinas Szechwan-provinsen. Karnotittmalmer i sandsteinene på Colorado-platået er utvunnet for vanadium og uran. Andre kilder til vanadium inkluderer aske fra forbrenning av fossilt brensel, slagg fra fosfatmalm, aluminiummalmbauxitt og brukte katalysatorer.
Gruvedrift
Fordi vanadium i hovedsak er biproduktet fra malmer som er utvunnet for andre mineraler, blir de utvunnet ved metoder som er særegne for malmene.
Ekstraksjon og raffinering
Vanadiumpentoksyd
Titaniferøs magnetittmalm reduseres delvis med kull i rotasjonsovner og smeltes deretter i en ovn. Dette produserer en slagg som inneholder mesteparten av titan og et svinejern som inneholder mesteparten av vanadium. Etter fjerning av slagget, blir det smeltede råjern blåst med oksygen for å danne en ny slagg som inneholder 12 til 24 prosent vanadium pentoksyd (V 2 O 5), som benyttes i den videre bearbeiding av metallet.
Vanadium ekstraheres fra karnotitt som en koprodukt med uran ved utvasking av malmkonsentrat i 24 timer med varm svovelsyre og et oksidasjonsmiddel som natriumklorat. Etter fjerning av faste stoffer, utvaskes utvaskingen i en løsningsmiddelekstraksjonskrets hvor uran ekstraheres i et organisk løsningsmiddel bestående av 2,5-prosent amin-2,5-prosent-isodekanol-95-prosent-parafin. Vanadium forblir i raffinatet, som føres inn i en andre løsningsmiddelekstraksjonskrets. Der blir vanadium i sin tur ekstrahert i den organiske fasen, strippet med en 10-procentig sodaoppløsning og presipitert med ammoniumsulfat. Den ammoniummetavanadat Bunnfallet ble filtrert, tørket og kalsinert til V 2 O 5.
De fleste andre vanadiumbærende malmer eller slagger blir knust, malt, siktet og blandet med et natriumsalt som natriumklorid eller natriumkarbonat. Denne ladning blir deretter stekt ved ca. 850 ° C for å omdanne oksydene til natriummetavanadat, som kan utvaskes i varmt vann. Ved surgjøring av utvaskingen med svovelsyre, blir vanadium utfelt som natriumheksavanadat. Denne forbindelsen, kjent som rød kake, kan sammensmeltes ved 700 ° C (1300 ° F) for å gi teknisk grad av vanadium pentoksyd (minst 86 prosent V 2 O 5, eller det kan renses ytterligere ved oppløsning i en vandig oppløsning natriumkarbonat. I sistnevnte tilfelle faller jern-, aluminium- og silisiumforurensningene i den røde kaken ut fra oppløsningen ved justering av surhetsgraden. Vanadiumet utfelles som ammoniummetavanadat ved tilsetning av ammoniumklorid. produsere V 2 O 5 av en renhet som er større enn 99,8 prosent.
Ferrovanadium
Produksjonen av ferrovanadium, som inneholder 35–80 prosent vanadium, utføres i en lysbueovn. Skrapjern først smeltet, og en blanding av V 2 O 5, aluminium, og et flussmiddel, slik som kalsiumfluorid eller kalsiumoxyd tilsettes. I den påfølgende reaksjonen blir aluminiummetall omdannes til aluminiumoksid, danner en slagg, og V 2 O 5 reduseres til vanadium-metall, som oppløses i det smeltede jern. Siden denne oksidasjonsreduksjonsreaksjonen er eksoterm, trenger varmetilførselen bare utvikle opptenningstemperaturen på 950 ° C (1750 ° F). Etter tenningen blir elektrodene trukket tilbake til reaksjonen er fullført; de blir deretter satt inn igjen i den smeltede slaggen og ovnen gjenoppvarmet for å forbedre setningen.
Den aluminotermiske prosessen kan også utføres i en ildfast fôret stålpotte eller vannkjølt kobberdigel. En sats på V 2 O 5, jernoksyd, og aluminium blir antent med en barium-peroksyd sikring eller en magnesium-bånd.
