Ванадий

Определение "Ванадий" в Большой Советской Энциклопедии

Ванадий (Vanadium), V, химический элемент V группы периодической системы Менделеева; атомный номер 23, атомная масса 50,942; металл серо-стального цвета. Природный Ванадий состоит из двух изотопов: ⁵¹V (99,75%) и ⁵⁰V (0,25%); последний слабо радиоактивен (период полураспада Т_1/2 = 10¹⁴ лет). Ванадий был открыт в 1801 мексиканским минералогом А. М. дель Рио в мексиканской бурой свинцовой руде и назван по красивому красному цвету нагретых солей эритронием (от греч. erythrós — красный). В 1830 шведский химик Н. Г. Сефстрём обнаружил новый элемент в железной руде из Таберга (Швеция) и назвал его Ванадий в честь древнескандинавской богини красоты Ванадис. Английский химик Г. Роско в 1869 получил порошкообразный металлический Ванадий восстановлением VCl₂ водородом. В промышленном масштабе Ванадий добывается с начала 20 в.

Содержание Ванадий в земной коре составляет 1,5-10^-2% по массе, это довольно распространённый, но рассеянный в породах и минералах элемент. Из большого числа минералов Ванадий промышленное значение имеют патронит, роскоэлит, деклуазит, карнотит, ванадинит и некоторые др. (см. Ванадиевые руды). Важным источником Ванадий служат титаномагнетитовые и осадочные (фосфористые) железные руды, а также окисленные медно-свинцово-цинковые руды. Ванадий извлекают как побочный продукт при переработке уранового сырья, фосфоритов, бокситов и различных органических отложений (асфальтиты, горючие сланцы). См. также Ванадаты природные.

Физические и химические свойства. Ванадий имеет объёмноцентрированную кубическую решётку с периодом a = 3,0282 . В чистом состоянии Ванадий ковок, легко поддаётся обработке давлением. Плотность 6,11 г/см³, t_пл 1900 ± 25°С, t_кип 3400°С; удельная теплоёмкость (при 20—100°С) 0,120 кал/гград; термический коэффициент линейного расширения (при 20—1000°С) 10,6·10^-6 град^-1, удельное электрическое сопротивление при 20 °С 24,8·10^-8 ом·м (24,8·10^-6 ом·см), ниже 4,5 К Ванадий переходит в состояние сверхпроводимости. Механические свойства Ванадий высокой чистоты после отжига: модуль упругости 135,25 н/м²(13520 кгс/мм²), предел прочности 120 нм/м² (12 кгс/мм²), относительное удлинение 17%, твердость по Бринеллю 700 мн/м² (70 кгс/мм²). Примеси газов резко снижают пластичность Ванадий, повышают его твёрдость и хрупкость.

При обычной температуре Ванадий не подвержен действию воздуха, морской воды и растворов щелочей; устойчив к неокисляющим кислотам, за исключением плавиковой. По коррозионной стойкости в соляной и серной кислотах Ванадий значительно превосходит титан и нержавеющую сталь. При нагревании на воздухе выше 300°С Ванадий поглощает кислород и становится хрупким. При 600—700°С Ванадий интенсивно окисляется с образованием пятиокиси V₂O₅, а также и низших окислов. При нагревании Ванадий выше 700°С в токе азота образуется нитрид VN (t_пл 2050°С), устойчивый в воде и кислотах. С углеродом Ванадий взаимодействует при высокой температуре, давая тугоплавкий карбид VC (t_пл 2800°С), обладающий высокой твёрдостью.

Ванадий даёт соединения, отвечающие валентностям 2, 3, 4 и 5; соответственно этому известны окислы: VO и V₂O₃ (имеющие основной характер), VO₂ (амфотерный) и V₂O₅ (кислотный). Соединения 2- и 3-валентного Ванадий неустойчивы и являются сильными восстановителями. Практическое значение имеют соединения высших валентностей. Склонность Ванадий к образованию соединений различной валентности используется в аналитической химии, а также обусловливает каталитические свойства V₂O₅. Пятиокись Ванадий растворяется в щелочах с образованием ванадатов.

Получение и применение. Для извлечения Ванадий применяют: непосредственное выщелачивание руды или рудного концентрата растворами кислот и щелочей; обжиг исходного сырья (часто с добавками NaCl) с последующим выщелачиванием продукта обжига водой или разбавленными кислотами. Из растворов методом гидролиза (при рН = 1—3) выделяют гидратированную пятиокись Ванадий При плавке ванадийсодержащих железных руд в домне Ванадий переходит в чугун, при переработке которого в сталь получают шлаки, содержащие 10—16% V₂O₅. Ванадиевые шлаки подвергают обжигу с поваренной солью. Обожжённый материал выщелачивают водой, а затем разбавленной серной кислотой. Из растворов выделяют V₂O₅. Последняя служит для выплавки феррованадия (сплавы железа с 35—70% Ванадий) и получения металлического Ванадий и его соединений. Ковкий металлический Ванадий получают кальциетермическим восстановлением чистой V₂O₅ или V₂O₃; восстановлением V₂O₅ алюминием; вакуумным углетермическим восстановлением V₂O₃; магниетермическим восстановлением VC₁₃; термической диссоциацией йодида Ванадий Плавят Ванадий в вакуумных дуговых печах с расходуемым электродом и в электроннолучевых печах.

Чёрная металлургия — основной потребитель Ванадий (до 95% всего производимого металла). Ванадий входит в состав быстрорежущей стали, её заменителей, малолегированных инструментальных и некоторых конструкционных сталей. При введении 0,15—0,25% Ванадий резко повышаются прочность, вязкость, сопротивление усталости и износоустойчивость стали. Ванадий, введённый в сталь, является одновременно раскисляющим и карбидообразующим элементом. Карбиды Ванадий, распределяясь в виде дисперсных включений, препятствуют росту зерна при нагреве стали. Ванадий в сталь вводят в форме лигатурного сплава — феррованадия. Применяют Ванадий и для легирования чугуна. Новым потребителем Ванадий выступает быстро развивающаяся промышленность титановых сплавов; некоторые титановые сплавы содержат до 13% Ванадий В авиационной, ракетной и др. областях техники нашли применение сплавы на основе ниобия, хрома и тантала, содержащие присадки Ванадий Разрабатываются различные по составу жаропрочные и коррозионностойкие сплавы на основе Ванадий с добавлением Ti, Nb, W, Zr и Al, применение которых ожидается в авиационной, ракетной и атомной технике. Интересны сверхпроводящие сплавы и соединения Ванадий с Ga, Si и Ti.

Чистый металлический Ванадий используют в атомной энергетике (оболочки для тепловыделяющих элементов, трубы) и в производстве электронных приборов.

Соединения Ванадий применяют в химической промышленности как катализаторы, в сельском хозяйстве и медицине, в текстильной, лакокрасочной, резиновой, керамической, стекольной, фото и кинопромышленности.

Соединения Ванадий ядовиты. Отравление возможно при вдыхании пыли, содержащей соединения Ванадий Они вызывают раздражение дыхательных путей, лёгочные кровотечения, головокружения, нарушения деятельности сердца, почек и т.п.

Ванадий в организме. Ванадий — постоянная составная часть растительных и животных организмов. Источником Ванадий служат изверженные породы и сланцы (содержат около 0,013% Ванадий), а также песчаники и известняки (около 0,002% Ванадий). В почвах Ванадий около 0,01% (в основном в гумусе); в пресных и морских водах 1·10⁷—2·10⁷%. В наземных и водных растениях содержание Ванадий значительно выше (0,16—0,2%), чем в наземных и морских животных (1,5·10^-5—2·10^-4%). Концентраторами Ванадий являются: мшанка Plumatella, моллюск Pleurobranchus plumula, голотурия Stichopus mobii, некоторые асцидии, из плесеней — чёрный аспергилл, из грибов — поганка (Amanita muscaria). Биологическая роль Ванадий изучена на асцидиях, в кровяных клетках которых Ванадий находится в 3- и 4-валентном состоянии, то есть существует динамическое равновесие

Физиологическая роль Ванадий у асцидии связана не с дыхательным переносом кислорода и углекислого газа, а с окислительно-восстановительными процессами — переносом электронов при помощи так называемой ванадиевой системы, вероятно имеющей физиологическое значение и у др. организмов.

Лит.: Меерсон Г. А., Зеликман А. Н., Металлургия редких металлов, М., 1955; Поляков А. Ю., Основы металлургии ванадия, М., 1959; Ростокер У., Металлургия ванадия, пер. с англ., М., 1959; Киффер P., Браун Х., Ванадий, ниобий, тантал, пер. с нем., М., 1968; Справочник по редким металлам, [пер. с англ.], М., 1965, с. 98—121; Тугоплавкие материалы в машиностроении. Справочник, М., 1967, с. 47—55, 130—32; Ковальский Ванадий Ванадий, Резаева Л. Т., Биологическая роль ванадия у асцидии, «Успехи современной биологии», 1965, т. 60, в. 1(4); Воwen Н. J. М., Trace elements in biochemistry, L. — N. Y., 1966.
 И. Романьков. Ванадий Ванадий Ковальский.