罩極非同步電動機
[拼音]:fan
[英文]:vanadium
元素符號 V,銀白色金屬,在元素週期表中屬VB族,原子序數23,原子量50.9414,體心立方晶體,常見化合價為+5、+4、+3、+2。釩的熔點很高,常與鈮、鉭、鎢、鉬並稱為難熔金屬。
1801年西班牙礦物學家裡奧 (A.M.del Rio)在研究墨西哥錫馬潘 (Zimapan)的鉛礦時發現釩。因為釩的鹽類在與酸加熱時呈紅色,就以erythronuim(赤元素)命名。後來里奧又接受了這種紅色物質是鉻的不純物,可能是鉻酸鉛的解釋。1830年瑞典化學家塞弗斯托姆(N.G.Sefstrm)用瑞典塔貝里 (Taberg)附近礦石煉生鐵,分離出一個新元素,以女神 Vanadis(凡娜迪絲)命名為vanadium。此後不久,德國化學家沃勒(F.Whler)證明釩與erythronuim是同一元素。
資源
釩廣泛分佈於地殼中。已知的含釩礦物超過65種。其中較重要的有綠硫釩礦(V2S+nS)、釩鉛礦[PbCl2·3Pb3(VO4)2]、硫釩銅礦(3Cu2S·V2S5)、鈦鈰鈾礦(Fe,U,V,Cr及稀土的鈦酸鹽)、釩雲母[2K2O·2Al2O3·(Mg,Fe)O·3V2O5·10SiO2·4H2O]和釩鉀鈾礦(K2O·2UO3·V2O5·3H2O)等。最初祕魯的綠硫釩礦是釩的主要來源,隨後鉀釩鈾礦(副產鈾)和釩雲母成了釩的重要來源。在奈米比亞和尚比亞發現的鉛、銅、鋅的釩酸鹽礦也是較大的釩礦床。釩鹽是磷酸和肥料工業的副產品。含釩鐵礦和含釩磁鈦鐵礦也是愈來愈重要的來源。某些原油中也含釩,可從燃燒後的飛灰和鍋爐灰渣中回收。據估計世界釩的資源總計為1578萬噸,蘇聯和阿扎尼亞的儲量較大。中國有豐富的釩鈦鐵礦資源。
1979年和1980年世界釩礦的產量(以釩計)分別為37694噸和36606噸。產量最大的為奈米比亞,1980年為11340噸;其次為蘇聯,1980年為9979噸。1980年美國釩的消費量為5357噸,其用途分配為:交通運輸33%,機械32%,建築20%,化學5%,其他10%。1979年4月美國釩的價格為14.4美元/公斤。80%品位釩鐵中每公斤釩為14.9~15.6美元。1981年98%純度的五氧化二釩(V2O5)中每公斤釩為7.4~10.1美元。
性質和用途
釩是一種可鍛金屬,但含有氧、氮或氫的釩則變脆。釩是電的不良導體,其電導率僅為銅的十分之一。
釩的電阻率溫度係數(0~100℃)0.0034,原子的熱中子吸收截面5.00靶恩,原子的快中子(1兆電子伏)吸收截面為3毫靶恩。
室溫時,緻密的釩對氧、氮和氫都是穩定的。釩在空氣中加熱時,氧化成棕黑色的三氧化二釩(V2O3)、藍黑色的四氧化二釩(V2O4)或桔紅色的五氧化二釩(V2O5)。在較低的溫度(180℃)下,釩與氯作用生成四氯化釩(VCl4),高溫下與碳及氮生成碳化釩(VC)及氮化釩(VN)。釩能耐鹽酸、稀硫酸、鹼溶液和海水的腐蝕,但能被硝酸、氫氟酸或濃酸硫腐蝕。
釩主要製成釩鐵用作鋼鐵的合金組分,能細化鋼鐵基體晶粒,廣泛用於各類鋼種。釩在非鐵合金中主要用於製造鈦合金 (Ti-6Al-4V)。釩可以控制銅基合金中的氣體含量,並改善其微觀結構,在內燃機活塞的鋁基合金中加入少量釩,可以增強合金的強度,並降低熱脹係數。釩的快中子吸收截面小,對液態鈉有良好的耐蝕性,並有抗高溫蠕變強度,可作快中子增殖堆燃料棒的包覆材料和釋熱元件。釩的金屬間化合物V3Ga是超導材料。V2O5廣泛用作有機和無機氧化反應的催化劑;用來製作吸收紫外線和熱射線的玻璃以及玻璃、陶瓷的著色劑。釩的氧化物和偏釩酸鹽用於生產印刷油墨和黑色染料。
釩的生產第一步是從各種型別的含釩礦石中製取釩的氧化物或其他化合物,然後再用以生產釩鐵合金或金屬釩。
釩化合物的製取
從含釩礦石提取釩時,一般是把礦石破碎,磨細,然後與鈉鹽(如氯化鈉、硫酸鈉或碳酸鈉等)混合,在850℃焙燒,釩轉變為可溶於水的偏釩酸鈉(NaVO3)。用水浸出(見浸取),加硫酸,調整pH到2~3,即可沉澱出六釩酸鈉 (Na4V6O17),俗稱“紅餅”。把它於 700℃熔化,即得黑紫色緻密的工業五氧化二釩(V2O5>86%,Na2O佔6~10%)。將紅餅溶於碳酸鈉溶液,並調節pH,使鐵、鋁和矽等雜質沉澱分離,再加NH4Cl使釩沉澱為偏釩酸銨(NH4VO3);經過320~430℃煅燒,即得純度為99.8%的V2O5。
從鉀釩鈾礦提取釩,可用硫酸直接浸出,也可以先將礦石焙燒,再用水和稀鹽酸或硫酸浸出。礦石中80%的釩和鈾溶解,然後用叔胺、季胺或烷基磷酸溶劑萃取分離釩和鈾。
從釩鈦磁鐵礦提取五氧化二釩(圖1),是先經磁選除去鈦鐵礦和廢石,將所得精礦經高爐或電爐煉成含釩生鐵,再用轉爐吹煉造出高釩渣(見鐵水預處理),然後將粉狀高釩渣與氯化鈉混合焙燒,使釩成為可溶性的偏釩酸鈉,最後用前述處理含釩礦石的方法回收釩。磁選所得含釩磁鐵礦也可以與硫酸鈉一起直接焙燒,生成可溶於水的偏釩酸鈉,趁熱用水浸出。加硫酸調整pH為2~3,煮沸,沉澱出紅餅。還可以加氯化銨沉澱出白色偏釩酸銨;加氯化鈣,使釩成釩酸鈣沉澱;加硫酸亞鐵沉澱出釩酸鐵,送去煉釩鐵。
金屬釩的製取
工業上採用金屬熱還原的鈣熱還原法以及70年代發展的鋁熱還原和真空電子束重熔聯合法。後者可以製得供核反應堆用的純釩。此外也可用真空碳熱還原法。
鈣熱還原法
以高純V2O5為原料,配入超過理論量50~60%的金屬鈣,用碘作熔劑和發熱劑,置於密封的反應器或“反應彈”內反應。得到緻密金屬錠或熔塊,其中約含碳0.2%,含氧0.02~0.08%,含氮0.01~0.05%和氫0.002~0.01%。
鋁熱還原法
將V2O5與高純鋁在“反應彈”中反應生成緻密的釩鋁合金,然後在1790℃高溫高真空中脫鋁,再經真空電子束重熔,除去合金中殘餘的鋁和溶解的氧等雜質,所得金屬釩的純度大於99.9%。也可以經過兩次電子束熔鍊,獲得純度更高的釩錠(圖2)。
真空碳熱還原法
製備可鍛釩的重要方法之一。把V2O5先用氫還原成V2O3,再與炭黑混合,在真空爐中經多次高溫還原,製得的釩塊約含碳0.02%,含氧0.04%,它在室溫下是可鍛的。
金屬釩還可以用碘化物熱分解法提純,製得純度為99.95%的釩。用氫在 1000℃還原釩的氯化物也可製得可鍛釩。