Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Целая.doc
Скачиваний:
422
Добавлен:
08.03.2016
Размер:
33.9 Mб
Скачать

9.7.2. Определение ванадия

Ванадий широко распространен в природе, содержание его - око­ло 0,02 % от веса земной коры, то есть примерно столько же, сколько цинка и никеля. Однако, будучи более распространенным, он присут­ствует в виде следов во многих рудах. Собственные руды ванадия очень редки. Небольшое количество его найдено в железных, свинцовых, свин- цово-цинковых, свинцово-медных и алюминиевых рудах. Практически весь ванадий земной коры находится в ее твердой оболочке - литосфе­ре - в изверженных породах, где он, вследствие близости ионных ради­усов V3+ и Fe3+, изоморфно замещает катион железа.

Получение чистого ванадия сопряжено с большими трудностями ввиду повышенной реакционной способности металла, имеющей мес­то при высокой температуре по отношению к кислороду, азоту и неко­торым другим элементам. Большинство методов получения металли­ческого ванадия сводится к восстановлению его окислов или галогени- дов (главным образом хлоридов) различными восстановителями.

У атомов ванадия характерное для переходных элементов строе­ние: их валентные электроны расположены в двух внешних слоях, в пери­ферийном слое два электрона. Из оболочки 3d3 в определенных усло­виях ванадий отдает еще до трех электронов. Валентность ванадия в соединениях - II, III, IV и VI. Валентность его в обычных условиях наибо­лее стабильна. Электронная формула ванадия: ls22s22p63s23p63d34s2.

Ванадий - тугоплавкий металл серого цвета, твердый, но хоро­шо поддающийся механической обработке. Образует кубическую объемно-центрированную кристаллическую решетку.

9.7.3. Свойства ванадия

В компактном состоянии ванадий весьма устойчив к действию различных реагентов. Растворяется в плавиковой кислоте HF и тех кислотах, которые являются сильными окислителями: в HN03, цар­ской водке. Растворы щелочей на него не действуют, однако рас­плавленные щелочи постепенно растворяют его. В виде порошка при нагревании он энергично реагирует с кислородом, хромом и серой. Спо­собен поглощать большое количество водорода. При температуре до 300 °С он может поглотить 157 см3/г водорода с образованием гидрида, который разлагается при 900 °С в вакууме. Азот также поглощается ва­надием: нитрид ванадия разлагается при температуре выше 2 000 °С.

В табл. 49 приведены некоторые физические свойства ванадия.

Ванадий химически относительно активен. Чистый металл, не содержащий нитридов и карбидов, он пластичен. Его можно легко протягивать в проволоку и прокатывать в листы и тонкую фольгу при обычной температуре. Металл, содержащий нитриды и карби­ды. тверд и хрупок. Компактный металл при обычной температуре даже во влажном воздухе остается блестящим. При нагревании на воздухе и в кислороде сначала темнеет, изменяя цвет, покрывается окислом различной степени окисления и, наконец, сгорает в V2O5.

Таблица 49

Некоторые физические свойства природных изотопов ванадия

Свойства

Единица измерения

Количественные значения

Порядковый номер

23

Атомная масса

50,95

Атомный радиус

Å

1,3112

Ионный радиус 25+

Å

0,4

Изотопы природные

47,48,49,50,51,52

Плотность

кг/м3

6100

Температура плавления

оС

1900±25

Температура кипения

оС

3000

Твердость по Бринеллю

МПа

3600

Скрытая теплота плавления

Дж/кг

335,04·103

Удельная теплоемкость

Дж/(кг·К)

0,48·103 (при 0…100 оС)

Удельное электросопротивление

Ом·м

26·108 (после холодной обработки)

Коэффициент термического расширения

1/град., 106

9,6 ·106 (при 20…500 оС)

Коэффициент теплопроводности

Вт/(м·К)

31

Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов

м2

45±0,9

Что касается механических свойств ванадия, то они очень зави­симы от наличия примесей внедрения. В целях производства вана­дия в лабораторных или промышленных количествах применяются следующие методы:

1. Прямое восстановление V2О5 кальцием (основной метод производства в промышленном масштабе).

2. Восстановление VCl3 магнием.

3. Алюмотермическое восстановление V2O5.

Четвертым методом - разложением VJ2 на горячей проволоке (про­цесс Ван Арксия) - получают в небольших количествах ванадий высо­кой чистоты. В связи с тем что давление пара VJ2 низкое, этот процесс сейчас можно использовать только в лабораторных масштабах.

Первым и вторым способами получают более чистый ванадий. Из-за взаимодействия алюминия и кислорода третий способ менее перспективен для получения ванадия высокой чистоты. Однако низ­кая цена продукта обусловливает перспективность этого способа для производства сплавов, в которых легирующие добавки снижают вредное влияние избытка кислорода.

Табл. 50 демонстрирует типичный состав двух сортов металличес­кого ванадия.

Таблица 50