Большая Советская Энциклопедия (ВА)

Среди экзогенных месторождений В. р. выделяются: деклуазитовые, купродеклуазитовые и ванадинитовые в зоне окисления свинцово-цинковых и медных руд (с содержанием 2—10% V₂ О₅ ); карнотитовые и роскоэлитовые в пестроцветных породах — тип «Колорадо плато» (1—5% VaOs); ванадиеносные фосфориты (0,1—1% V₂ О₅ ), ванадиеносные нефти (в золе содержится 5—58% V₂ О₅ ); патронитовые в асфальтитах (в золе до 50% V₂ О₅ ); титаномагнетитовые россыпи, преимущественно прибрежно-морские (с содержанием V₂ О₅ около 0,3%). Крупные экзогенные месторождения В. р. известны в США (Колорадо плато), в Намибии (Берг-Аукас), Замбии (Брокен-Хилл).

В. р. всех типов являются комплексными, в них, помимо ванадия, содержатся железо, титан, уран, свинец, цинк, медь, молибден, алюминий, фосфор. В будущем источниками извлечения ванадия смогут быть: оолитовые бурые железняки (железо-фосфористые руды), характеризующиеся низким содержанием V₂ О₅ (0,07—0,2%), но большими запасами: углисто-кремнистые сланцы (0,2—1,5% V₂ О₅ ); бокситы (0,02—0,04%); золы углей и горючих сланцев (0,2%); железомарганцевые конкреции океанов (0,1% V₂ О₅ ). производство ванадия в 1968 (капиталистические страны) составило 10 тыс. т , в том числе в США — 5,2, ЮАР — 2,3.

Лит.: Дэнче в В. И., Шиловский П. П., Ванадий, в сборнике: Металлы в осадочных толщах, [т. 2], М., 1965.

Л. Ф. Борисенко.

Ванадий

Вана'дий (Vanadium), V, химический элемент V группы периодической системы Менделеева; атомный номер 23, атомная масса 50,942; металл серо-стального цвета. Природный В. состоит из двух изотопов: ⁵¹ V (99,75%) и ⁵⁰ V (0,25%); последний слабо радиоактивен (период полураспада Т_1/2 = 10¹⁴ лет). В. 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. erythr'os — красный). В 1830 шведский химик Н. Г. Сефстрём обнаружил новый элемент в железной руде из Таберга (Швеция) и назвал его В. в честь древнескандинавской богини красоты Ванадис. Английский химик Г. Роско в 1869 получил порошкообразный металлический В. восстановлением VCl₂ водородом. В промышленном масштабе В. добывается с начала 20 в.

Содержание В. в земной коре составляет 1,5-10^{– 2} % по массе, это довольно распространённый, но рассеянный в породах и минералах элемент. Из большого числа минералов В. промышленное значение имеют патронит, роскоэлит, деклуазит, карнотит, ванадинит и некоторые др. (см. Ванадиевые руды ). Важным источником В. служат титаномагнетитовые и осадочные (фосфористые) железные руды, а также окисленные медно-свинцово-цинковые руды. В. 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. В. имеет объёмноцентрированную кубическую решётку с периодом a = 3,0282

. В чистом состоянии В. 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 В. переходит в состояние сверхпроводимости. Механические свойства В. 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 В., повышают его твёрдость и хрупкость.

При обычной температуре В. не подвержен действию воздуха, морской воды и растворов щелочей; устойчив к неокисляющим кислотам, за исключением плавиковой. По коррозионной стойкости в соляной и серной кислотах В. значительно превосходит титан и нержавеющую сталь. При нагревании на воздухе выше 300°С В. поглощает кислород и становится хрупким. При 600—700°С В. интенсивно окисляется с образованием пятиокиси V₂ O₅ , а также и низших окислов. При нагревании В. выше 700°С в токе азота образуется нитрид VN (t_пл 2050°С), устойчивый в воде и кислотах. С углеродом В. взаимодействует при высокой температуре, давая тугоплавкий карбид VC (t_пл 2800°С), обладающий высокой твёрдостью.

В. даёт соединения, отвечающие валентностям 2, 3, 4 и 5; соответственно этому известны окислы: VO и V₂ O₃ (имеющие основной характер), VO₂ (амфотерный) и V₂ O₅ (кислотный). Соединения 2- и 3-валентного В. неустойчивы и являются сильными восстановителями. Практическое значение имеют соединения высших валентностей. Склонность В. к образованию соединений различной валентности используется в аналитической химии, а также обусловливает каталитические свойства V₂ O₅ . Пятиокись В. растворяется в щелочах с образованием ванадатов .

Получение и применение. Для извлечения В. 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 В. При плавке ванадийсодержащих железных руд в домне В. переходит в чугун, при переработке которого в сталь получают шлаки, содержащие 10—16% V₂ O₅ . Ванадиевые шлаки подвергают обжигу с поваренной солью. Обожжённый материал выщелачивают водой, а затем разбавленной серной кислотой. Из растворов выделяют V₂ O₅ . Последняя служит для выплавки феррованадия (сплавы железа с 35—70% В.) и получения металлического В. и его соединений. Ковкий металлический В. получают кальциетермическим восстановлением чистой V₂ O₅ или V₂ O₃ ; восстановлением V₂ O₅ алюминием; вакуумным углетермическим восстановлением V₂ O₃ ; магниетермическим восстановлением VC1₃ ; термической диссоциацией йодида В. Плавят В. в вакуумных дуговых печах с расходуемым электродом и в электроннолучевых печах.

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

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

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

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

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