Ванадий

ВАНАДИЙ (Vanadium), V (а. vanadium; н. Vanadin; ф. vanadium; и. vanadio), — химический элемент V группы периодической системы Менделеева, атомный номер 23, атомная масса 50,94. В природе известны два стабильных изотопа ванадия ⁵⁰V (0,25%) и ⁵¹V (99,75%). Открыт мексиканским минерологом А. М. дель Рио в 1801.

Свойства ванадия

Ванадий — металл серебристо-серого цвета, ковкий в чистом виде. Имеет объёмноцентрированную кубическую решётку с периодом а = 3,0282Е. Плотность 6110 кг/м³; t плавления 1900±25°С; t кипения 3400°С; удельная теплоёмкость 0,5 кДж/кг • К (при 0-100°С); удельное электрическое сопротивление (при 20°С) 24,8 • 10^-8 ом • м, температурный коэффициент электросопротивления (0-100°С) 2,8 • 10^-3 град^-1. Обладает парамагнитными свойствами. Сверхпроводник при температуре ниже -268,7°С. Степени окисления +2, +3, +4, +5. Соединения V²⁺ и V³⁺ неустойчивы и являются сильными восстановителями. Наиболее характерны соединения V⁵⁺. Пятиокись ванадия легко растворяется в щелочах с образованием ванадатов (известны орто-, пиро- и метаванадаты).

Ванадий отличается стойкостью к водным растворам минеральных солей, растворяется в плавиковой кислоте, царской водке, а при нагревании — в концентрированных азотной и серной кислотах. Порошок ванадия при нагревании энергично соединяется с кислородом, серой и хлором. Соединения ванадия токсичны. Cpеднее содержание в земной коре 0,02% по массе.

Ванадий в природе

Ванадий — довольно распространённый, но рассеянный в породах и минералах элемент. Среди изверженных пород наибольшие концентрации ванадия отмечены в габброидах, среди осадочных — в глинистых образованиях. Известно около 80 минералов ванадия — ванадатов природных. Большинство из них экзогенного происхождения. Основные минералы: ванадинит, карнотит, деклуазит. В виде примеси ванадий содержится во многих минералах, главным образом в окислах и силикатах.

Ванадий имеет геохимическое сродство с Fe, а также с Mn, Cr, Al, Ti. Широкому рассеянию ванадия в эндогенных образованиях способствует близость кристаллохимических свойств V³⁺ и Fe³⁺. В экзогенных образованиях ванадий содержится преимущественно в виде V⁵⁺. Большую роль в миграции ванадия в минерализованных водах и гидротермальных растворах играет устойчивость его комплексных соединений. Характерна способность ванадия осаждаться на различных геохимических барьерах. Об основных генетических типах месторождений и методах извлечения из руд см. в ст. ванадиевые руды.

Получение и применение ванадия

Металлический ванадий (95-99% V) получают карбо-, кальцие- и магниетермическим восстановлением технической V₂О₅ или термической диссоциацией иодида ванадия. Для получения ванадия высокой чистоты применяется его рафинирование: электролиз расплавленных галогенидов ванадия, простая и зонная индукционная, дуговая и электроннолучевая плавка в вакууме. Около 90% ванадия потребляет чёрная металлургия, где он используется в качестве легирующей добавки к стали и чугуну. На основе ванадия создаются также различные сплавы, которые наряду с металлическим ванадием применяются как конструкционный материал в ядерных реакторах, а сплавы на основе Ti с присадками ванадия — в авиационной и ракетной технике. В химической промышленности соединения ванадия используются как катализаторы при контактном производстве серной кислоты; применяются в лакокрасочном, резиновом, текстильном, керамическом и других производствах.