Производство и потребление ванадия в России

ГЛАВА 1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИМЕНЕНИЕ ВАНАДИЯ

1.1. Свойства и применение ванадия

Ванадий - химический элемент 5-й группы периодической системы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева. А так ванадий – это твердый металл серо-стального цвета.

По внешнему виду металл напоминает сталь своим серебристо-серым цветом. Но на этом сходство заканчивается. Строение ванадия: кубическая объемноцентрированная решетка с параметрами a=3,024A и z=2. Плотность составляет 6,11 г/ см3.

Плавится он при температуре 1920о С, а кипеть начинает при 3400оС. А вот нагревание на открытом воздухе до температуры выше 300оС снижает пластические свойства металла и делает его хрупким, повышая при этом твердость.

Чистый металл отличается своей пластичностью и поэтому хорошо обрабатывается ковкой, штамповкой, прессованием и прокаткой. Обработка сваркой и резкой должны проходить в инертной среде, т. к. при нагревании теряется пластичность.

При обработке металл практически не подвержен наклепу и может выдержать большие нагрузки при обжатии в холодном виде без промежуточного отжига. Он устойчив к коррозии и не изменяется под влиянием воды, в том числе и морской, а также слабых растворах некоторых кислот, солей и щелочей.

Ванадий химический элемент, достаточно распространенный в земных породах, но в чистом виде не встречается, присутствуя в минералах в рассеянном состоянии. Скопления его в породах присутствуют очень редко. Это редкий металл. Руда с содержанием 1% чистого вещества относится к категории богатой.

В промышленности не пренебрегают даже рудами с содержанием 0,1% дефицитного элемента. В малых концентрациях он встречается более чем в сорока минералах. Значимыми для промышленности можно назвать роскоэлит, называемый ванадиевой слюдкой, в котором содержится до 29% пятиокиси V2O5, карнотит (урановая слюдка), содержащий 20% V2O5, и ванадинит с содержанием 19% V2O5.

Крупные месторождения руд, содержащие металл, находятся в Америке, ЮАР, России, Финляндии и Австралии. Большое месторождение есть в горах Перу, где он представлен патронитом V2S5, содержащим серу. При его обжиге образуется концентрат, содержащий до 30% V2O5.

Технология извлечения металла зависит от требований к его чистоте и области использования. Основные методы, применяемые в технологии его получения – это йодидный, кальцетермический, алюминотермический, углетермический в вакууме, хлоридный.

В основе технологии йодидного метода лежит термическая диссоциация йодида ванадия. Распространенным является получение металла восстановлением V2O5 термическим методом с применением кальция или алюминия. При этом происходит реакция по формуле: V2O5+5Ca = 2V+5CaC+1460 кДж с выделением тепла, которого достаточно для расплавления образовавшегося V, что позволяет ему стекать и собираться в твердом виде. Чистота металла, полученного таким способом, достигает 99,5%.

Современный способ извлечения V — это восстановление оксидов в условиях вакуума углеродом при температуре от 1250о С до 1700о С. Метод хлоридной добычи заключается в восстановлении VCl3 жидким магнием.

На территории Росси магматические залежи представлены:

·        Восточно-Уральскими месторождениями – Первоуральским, Качканарским, Гусевогорским.

·        Западно-Уральскими – Копанским, Кусинским, Маткальским и Медведевским.

·        Карело-Кольскими. Елеть Озером и Пудожгорским.

·        Кузнецко-Саянскими. Кедранским и Лысаковским.

·        Восточно-Забайкальскими. Кручининским.

·        Сибирскими трапповыми. Байкитиковым и Камышевским месторождениями.

·        Осадочные залежи с высоким уровнем содержания ванадия – это нефтяные сернистые месторождения Поволжья и Урала.

Крупнейшие зарубежные ванадиевые месторождения:

·        Магматические. Лак-Тио, Миллз, Пьюиджелон в Канаде; Тегавус в США; Родсенд и Сельвог в Норвегии; Таберг в Швеции; Бушвельд в ЮАР; Баррамби в Австралии.

·        Выветривания. Брокен-Хилл на территории Замбии. Абенаб, Берг-Аунас, Тсумеб в Намибии. Также месторождения подобного типа распространены в США, Мексике, Аргентине, Австралии.

·        Прибрежно-морские россыпи ванадия находятся на берегах Индии, Австралии и Новой Зеландии.

·        Характерным представителем осадочного асфальтитного месторождения с высоким содержанием патронита, является МинасРагра в Перу.

·        Метаморфенные залежи имеются в США, Норвегии и Финляндии (Отанмяки).

Разведанные запасы ванадия в месторождениях составляли 14 млн. тонн. Из них:

5,1 млн. тонн приходилось на Китай.

5 млн. тонн – на Россию.

3,5 млн. тонн на ЮАР.

0,4 млн. тонн на другие страны мира.

Гора Качканар является единственным источником ванадиевой руды в России. Осознанная геологическая разведка рудного месторождения началась в первой половине 30-х годов прошлого века. Идея широкого промышленного использования руд с очень низким содержанием железа была чрезвычайно смелой, не имевшей прецедента в мировой практике, поэтому критиков этой идеи было немало. Но тем не менее в 1956 году советское правительство решило построить на Качканаре горно-обогатительный комбинат для поставки ванадиевой руды Нижнетагильскому металлургическому комбинату, а со временем и всем металлургическим заводам Урала. Первоначально производственная мощность определялась в 15 млн тонн сырой руды и 3 млн тонн железо-ванадиевого концентрата. В итоге КГОК превратился в одно из ведущих горно-обогатительных предприятий СССР и Европы.

При средних содержаниях пентоксида ванадия в руде на уровне 0,14% пытаться извлечь его традиционными методами затруднительно. Поэтому был найден иной способ: при доменной плавке ванадийсодержащих железных руд или агломератов после магнитного обогащения получается ванадиевый чугун, в который переходит 80–85% V. Далее в процессе передела чугуна в сталь основная часть ванадия превращается в шлак, который перерабатывают с получением пентоксида ванадия, ванадата кальция или ванадата железа. А уже из них выплавляют феррованадий, доводя при необходимости производство до металлического ванадия или его соединений высокой степени чистоты.

Таким образом, на рынке ванадий представлен в виде пятиокиси ванадия и феррованадия.

Пятиокись ванадия.

Пятиокись ванадия представляет собой порошок от оранжево-желтого до кирпично-коричневого цвета.

Химические свойства: молекулярный вес 181,88.  Плотность составляет 3,357 г/см³. Температура плавления – 690 °C. Вещество слабо растворяется в воде, но не растворяется в этаноле. Вступает в реакцию с кислотами и щелочами. Пятиокись ванадия является токсичным продуктом, а также сильным окислителем. 

Пентоксид ванадия, основной коммерческий продукт ванадия, используется, главным образом, в производстве сплавов железа и алюминия (в виде феррованадия), в качестве катализатора окисления в химической промышленности, вводят в состав стекла и люминофоров, а также применяют во многих других отраслей промышленности.

Учитывая непрерывное развитие новых энергетических технологий, в аккумуляторной промышленности существует возрастающая потребность в высокочистом пентоксиде ванадия (с чистотой выше 3N5), включая полностью ванадиевый проточный редокс-аккумулятор (VRB) с хорошими крупномасштабными характеристиками накопления энергии, литий-ионный аккумулятор на основе ванадата, используемый в электрических автомобилях и тому подобное. Однако, в общем, существующей промышленной технологией можно получить лишь пентоксид ванадия с чистотой 2N5 (то есть продукт согласно спецификации, приведенной в HGT 3485-2003), который с трудом может отвечать требованиям, предъявляемым к пентоксиду ванадия для аккумуляторной промышленности.

Феррованадий.

Феррованадий - легирующий сплав железа и ванадия с минимальным содержанием ванадия 35,0% по массе и максимальным - 85,0% по массе, полученный путем восстановления.

Феррованадий плавится при температуре 1 450оС. Его плотность — 6,7 г/см3 — незначительно зависит от количества примесей. Поскольку пыль феррованадия вредит здоровью человека, ее относят ко второму классу опасности.

Металлургическая промышленность использует сплав, чтобы улучшить свойства легированных сталей.

Применение феррованадия позволяет:

·        повысить жаропрочность стали;

·        получить мелкокристаллическую структуру;

·        увеличить ударную вязкость и сопротивляемость металла отпуску;

·        сделать сталь прочной и устойчивой к механическому воздействию;

·        повысить прокаливаемость стали;

·        повысить устойчивость стали к знакопеременным нагрузкам.

·        уменьшить восприимчивость к наклепу.

В черной металлургии сплав служит легирующим компонентом при производстве чугуна и других металлов. Азотированный феррованадий используют, чтобы легировать морозостойкие и нержавеющие стали для металлорежущих инструментов.

Феррованадий востребован в авиа- и судостроении, промышленной химии, сфере атомных технологий. Легированные им сплавы служат материалом для производства износоустойчивых инструментов, деталей ракет, морских и воздушных судов.

Количество ванадия в качественном сплаве четко регламентировано ГОСТ и должно составлять от 35% до 85%. Благодаря феррованадию металлы приобретают устойчивость к щелочам, а также серной и соляной кислотам.

1.2. Стандарты и технические характеристики ванадия

Таблица 1.1

Спецификация пятиокиси ванадия

Источник: по данным открытых источников информации

Таблица 1.2

Марки и состав феррованадия

Источник: по данным открытых источников информации

Куплю

19.04.2011 Белорусские рубли в Москве  Москва

18.04.2011 Индустриальные масла: И-8А, ИГНЕ-68, ИГНЕ-32, ИС-20, ИГС-68,И-5А, И-40А, И-50А, ИЛС-5, ИЛС-10, ИЛС-220(Мо), ИГП, ИТД  Москва

04.04.2011 Куплю Биг-Бэги, МКР на переработку.  Москва

Продам

19.04.2011 Продаем скипидар  Нижний Новгород

19.04.2011 Продаем растворители  Нижний Новгород

19.04.2011 Продаем бочки новые и б/у.  Нижний Новгород