Ванадий (V)

[vanadium] — элемент; V группы Периодической системы атомный номер 23, атомная масса 50,942; металл серо-стального цвета. Природный V состоит из двух изотопов: 5IV (99,75 %) и 50V (0,25 %). V был открыт в 1801 г. мексиканским минералогом А. М. дель Рио. В промышленном масштабе V добывается с начала XX в. Содержание V в земной коре составляет 0,015 мас. %; это довольно распространённый, но рассеянный в породах и минералах элемент. Из большого числа V-минералов промышленное значение имеют патроцит (17-29 % V₂O₅), роскоэлит (21-29 %), деклуазит ( — 22 %), карнолит ( — 20 %), ванадинит ( — 19 %) и некоторые др. Важный источник V — титаномагнетитовые и осадочные (фосфористые) железные руды, а также окисленные Cu-Pb-Zn-руды.
V имеет ОЦК решетку с периодом а = 0,3O₂82 нм. В чистом состоянии V легко обрабатывается давлением, γ = 6,11 г/см³; t_пл = 1900 °С; / = 3400 °С, С (при 20-100 °С) = 0,120 кал/ Дт-К); ТКЛР (при 20-1000 °С) — а = 10,6 * 10^-6 м/(мK), р (при 20 °С) = 24,8 * 10^-8ом·м. При Т < 4,5 К V становится сверхпроводимым. Механические свойства V высокой чистоты после отжига: Е= 135,2 ГПа, σ_в = 120 МПа, ε₁ = 17%, HB =700МПа. При комнатной температуре V не подвержен действию воздуха, морской воды и растворов щелочей. По коррозионной стойкости в НСl и H₂SO₄ V превосходит Ti и нержавеющую сталь. При нагревании на воздухе выше 300 °С V поглощает кислород и становится хрупким. При 600-700 °С V интенсивно окисляется с образованием V₂O₅, а также низших оксидов. При нагревании V выше 700 °С в среде азота образуется нитрид VN (t_пл = 2050 °С), устойчивый в воде и кислотах. С углеродом V взаимодействует при высоких температураx, образуя тугоплавкий карбид VC (t_пл — 2800 °С), имеющий высокую твердость. V образует соединения, отвечающие валентностям 2, 3, 4 и 5; соответственно этому известны оксиды: VO и V₂O₃, имеющие основной характер, VO₂ (амфотерный) и V₂O₅ (кислотный). Соединения V²⁺ и V³⁺ неустойчивы и являются сильными восстановителями. Практически важны соединения высших валентностей.
Для извлечения V 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 разбавления кислотами. Из растворов гидролизом выделяют гидратированный V₂O₅. При плавке V-содержащих железных руд в доменной печи V переходит в чугун, при переработке которого в сталь получают шлаки, содержащие 10 — 16 % V₂O₅. Ванадиевый шлак подвергают обжигу с поваренной солью. Отожженный материал выщелачивают водой, а затем разбавляют H₂SO₄. Из растворов выделяют V₂O₅. Последний используют для выплавки феррованадия (сплавы Fe с 35 — 70 % V). Ковкий металлический Ванадий получают кальциетермическим восстановлением чистого V₂O₅ или V₂O₃; восстановлением V₂O₅ алюминием; вакуумным углетермическим восстановлением V₂O₃; магниетермическим восстановлением VCl₃; термической диссоциацией иодида Ванадия. Плавят Ванадий в вакуумных дуговых печах с расходуемым электродом и в электроннолучевых печах. Основной потребитель V — ЧМ (до 95 % всего произвол, металла). V используют как один из основных легирующих элементов при выплавке быстрорежущей, легированной инструментальной и хладостойкой конструкционной сталей. При легировании V до 0,15-0,25 % резко повышаются прочность, Nb, V, Zr и Al (Смотри Ванадиевые сплавы). Чистый металлический V используют в атомной энергетике (оболочки для ТВЭЛ, трубы) и в производстве электронных приборов.