עיבוד ונדיום, הכנת המתכת לשימוש במוצרים שונים.
ונדיום (V) הוא מתכת כסופה אפרפרה שמבנה הגביש שלה הוא סריג מעוקב (גוף סמוק) בעל גוף, עם נקודת התכה של 1,926 מעלות צלזיוס. המתכת משמשת בעיקר כתוספת לסגסוגת פלדות בעלות חוזק גבוה (סגסוגת נמוכה) HSLA, ובמידה פחותה, פלדות כלים ויציקות ברזל ופלדה. זהו גם מחזק חשוב לסגסוגות טיטניום. סגסוגות ונדיום הן מועמדות מבטיחות ליישומים בכורים גרעיניים. המתכת מוכרת כמפגע תעשייתי, אולם מכיוון שנשימה של חומרים חלקיקים בעלי תכולת ונדיום גבוהה גורמת לשיעול עז ויבש המלווה בגירוי באף, בעיניים ובגרון.
היסטוריה
תגלית ונדיום נטענה לראשונה בשנת 1801 על ידי המינרולוג הספרדי, אנדרוס מנואל דל ריו, שהעניק לו את השם אריתרוניום, על שם צבעו האדום של אחד התרכובות הכימיות שלו (אריתרוס יוונית, "אדום"). בשנת 1830 כימאי שוודי, נילס גבריאל ספסטרום, גילה מחדש את היסוד וקרא לו ונדיום, על שם ונדיס, אלת היופי הסקנדינבית, בגלל הצבעים היפים של תרכובותיה בתמיסה. הכימאי האנגרי הנרי אנפילד רוזקו בודד לראשונה את המתכת על ידי הפחתת מימן של ונדיום דיכלוריד בשנת 1867, והכימאים האמריקנים ג'ון ווסלי מרדן ומלקולם נ 'ריץ' השיגו ונדיום של 99.7 אחוזי טוהר בתהליך הפחתת סידן בשנת 1925.
מאז תחילת המאה העשרים, ונדיום שימש כאלמנט מסגסוגות לפלדות וברזל. בשנת 1905 גילה אנטרון ריזה פטרון מרחב אספלטייט גדול המכיל עפרות ונדיום עשירות במינה ראגרה, פרו. שנתיים לאחר מכן ייצרה חברת הנדיום האמריקאית לראשונה פרוונודיום בקנה מידה מסחרי. לאחר שהטיטניום הפך לחומר בנייה וחלל בשנות החמישים, ראה ונדיום שימוש נרחב בסגסוגות טיטניום.
עפרות
מינרלי הנדיום החשובים הם פטרוניט (VS 4), קרנוייט [K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2], ונדיניט, [Pb 5 (VO 4) 3 Cl]. משקעי עפרות שנכרות אך ורק לוונאדיום הם נדירים מכיוון שחלק ניכר מהוונאדיום בסלעים המרחיקים מתרחש במצב טריוואליסטי יחסית בלתי מסיס, ומחליף ברזל ברזל בסיליקט פרומגנזיום, מגנטיט (עפרת ברזל), אילמניט (עפרת טיטניום) וכרומיט.
המוקשים הגדולים בעולם של ונדיום הם משמורות מגנטיט טיטניטריפי באזורים כמו שדה בוש בדרום אפריקה, מסיבי קאצ'אנאר של הרי אוראל ומחוז סצ'ואן בסין. עפרות קרנוט באבני החול של מישור קולורדו הוכתרו על רקע ונדיום ואורניום. מקורות נוספים של ונדיום כוללים אפר משריפת דלק מאובנים, סיגים מעפרות פוספטים, בוקסיט עפרות אלומיניום וזרזים משומשים.
כרייה
מכיוון ונדיום הוא למעשה תוצר לוואי של עפרות שנכרותו עבור מינרלים אחרים, הם מכורים בשיטות ייחודיות לאותם עפרות.
מיצוי וזיקוק
פנאוקסיד ונדיום
עפרות מגנטיט טיטאניפרוס מצטמצמות חלקית בפחם בכבנים סיבוביים ונמסות בכבשן. זה מייצר סיגים המכילים את רוב הטיטניום וברזל חזיר המכיל את רוב הוונאדיום. לאחר הסרת הסיגים, ברזל החזיר המותך מפוצץ בחמצן ליצירת סיגים חדשים המכילים 12–24 אחוז ונדיום פנטוקסיד (V 2 O 5), המשמש לעיבוד נוסף של המתכת.
ונדיום מופק מהקרנוט כמוצר העתיק עם אורניום על ידי הדברת תרכיז העפר למשך 24 שעות עם חומצה גופרתית חמה ונוגד חמצון כמו נתרן כלוראט. לאחר הסרת המוצקים מוזרפת הלישכה למעגל מיצוי ממסים, ובו מופק האורניום בממס אורגני המורכב מ -2.5 אחוז אמין - 2.5 אחוז איזודקנול –95 אחוז נפט. ונדיום נשאר ברפינאט, המוזן למעגל מיצוי ממס שני. ונדיום בתורו מופק בשלב האורגני, מפשיט עם תמיסת אפר סודה של 10 אחוז, ומשקע עם אמוניום גופרתי. המשקעים metavanadate אמוניום מסוננים, מיובשים וסולנים ל- V 2 O 5.
מרבית העופרים או הסיגים הנושאים ונדיום אחרים נמעכים, נטחנים, מוקרנים ומתערבבים במלח נתרן כגון נתרן כלורי או נתרן קרבונט. מטען זה נצלה לאחר מכן בערך 850 מעלות צלזיוס כדי להמיר את התחמוצות לנתרן metavanadate, אשר ניתן להטות במים חמים. עם החמצת הסחלב עם חומצה גופרתית, נוזל הנדיום כנתרן hexavanadate. תרכובת זו, המכונה עוגה אדומה, ניתנת למיזוג בטמפרטורה של 700 מעלות צלזיוס בכדי להניב פנטוקסיד ונדיום בדרגה טכנית (לפחות 86 אחוז V 2 O 5), או שניתן לטהר אותו עוד יותר על ידי המסתו בתמיסה מימית. במקרה האחרון, זיהומי הברזל, האלומיניום והסיליקון בעוגה האדומה משקעים מהתמיסה לאחר התאמת החומציות. הוונאדיום מוזנח כ אמוניום metavanadate על ידי הוספת אמוניום כלוריד. לאחר הסינון, המשקעים מועצמים ל מייצרים V 2 O 5 בטוהר העולה על 99.8 אחוז.
Ferrovanadium
ייצור פרוונודיום, המכיל 35-80 אחוז ונדיום, מתבצע בכבשן קשת חשמלית. תחילה נמס ברזל גרוטאות, ונוספה תערובת של V 2 O 5, אלומיניום, ושטף כמו סידן פלואוריד או תחמוצת סידן. בתגובה שלאחר מכן מתמרת מתכת האלומיניום לאלומינה, ויוצרת סיגים, וה- V 2 O 5 מצטמצם למתכת ונדיום, המומס בברזל המותך. מכיוון שתגובת הפחתת החמצון הזו היא אקסותרמית, אספקת החום צריכה רק לפתח את טמפרטורת ההדלקה של 950 מעלות צלזיוס. לאחר הדלקת, האלקטרודות נסגרות עד לסיום התגובה; לאחר מכן הם מוחדרים שוב לתוך הסיגים המותכים והתנור מחומם מחדש כדי לשפר את ההתיישבות.
התהליך האלומינותרמי יכול להתבצע גם בסיר פלדה מרופד עקשן או בכור היתוך מקורר במים. מטען של V 2 O 5, תחמוצת ברזל ואלומיניום נדלק באמצעות נתיך בריום-חמצן או סרט מגנזיום.
