Получение ванадия.

Способ получения и рафинирования металлического ванадия определяется требованиями, предъявляемыми к чистоте металла в зависимости от конкретной области его применения.

В чистом виде ванадий, как и другие тугоплавкие металлы (титан, цирконий, ниобий), получают термической диссоциа­цией иодида ванадия.

Наиболее распространены кальцетермический и алюминотермический методы восстановления V₂O₅.

V₂O₅+5Ca = 2V+5CaO+1460 кДж

Реакция экзотермична; выделяющегося тепла достаточно для расплавления образующегося ванадия, который собирается в крупные корольки. Реакцию проводят в герметичной стальной бомбе в тигле из магнезита. Чистота металла 99,5 %, что обеспечи­вает легкую прокатку на холоду в фольгу толщиной 0,08 мм.

Недостатки металлотермического метода:

1. большой рас­ход восстановителя;
2. высокие требования к чистоте исходных материалов и футеровке бомбы;
3. ограниченная возможность понижения содержания кислорода в металле (так, сродство кальция к кислороду понижается с увеличением температуры);
4. степень извлечения ванадия 50-84 %;
5. взрывоопасность, малая производительность и периодичность процесса.

Перспективный способ получения ванадия – восстановление­ его оксидов углеродом в вакууме при 1250-1700 °С. Использование химически чистых исходных материалов, особенно по нелетучим компонентам, обеспечивает получение спектрально чистого металла. Высокий вакуум и непрерывное удаление газов из зоны реакции обеспечивают низкое со­держание примесей внедрения. Достоинства карботермического метода – дешевый восстановитель, раскисляющая способность которого в высоком вакууме превышает раскисляющую способность кальция и магния, возможность непрерывного контроля и корректирования процесса на любой стадии, высокая производительность и степень извлечения.

Известен ряд методов восстановления VCl₃ и VCl₂ магнием, литием, натрием, калием, кальцием, цирконием, водородом (рис.1).

Переплавка металла в вакууме с помощью электронной бомбардировки значительно повышает чистоту металла. Другой способ повышения чистоты металла – электрорафинирова­ние. По одному из способов электролитом служил расплав: при 620 °С 51% КСl, 41% LiCl, 8 %VCl₂. Кальциетермический кусковой ванадий чисто­той 99,47 % служил анодом, мо­либденовый стержень – катодом. Процесс проводили в атмосфере инертного газа при напряжении на электродах 0,30-0,54 В. Электролиз проводили в две ступени.

Содержание примесей в исходном и рафинированном вана­дии после 2-й ступени составляло, • 10⁴, %:

Рис.1. Схема установки для восстановле­ния VCl₃ магнием

Полученный ванадий был высокопластичен и применялся для изготовления деталей ядерного реактора.

Эффективный метод рафинирования ванадия – вакуумная электронно-лучевая зонная плавка. Очистка металла в этом случае происходит за счет зонного рафинирования и за счет преимущественного испарения примесных элементов. Если лимитирующей стадией процесса массопереноса примеси из расплава в газовую фазу является скорость испарения ее с поверхности расплава, то коэффициент разделения можно рас­считать по формуле:

где р° и р° – давление пара примесного компонента i и рафинируемого металла; М_i— и M_Ме— молекулярные массы примесного и основного компонента; ΔH – энтальпия образования интерметаллического соединения рафинируемый металл-примесь; Т – температура расплава; R – универсальная газовая постоянная.

При скорости движения зоны 1 мм/мин степень очистки ванадия от летучих примесей составляет: для Fe 100, Аl 1170, Ni 5000. Очистка от труднолетучих примесей (Mo, Nb, Hf, Zr) наблюдается также при низких скоростях плавки за счет зонной перекристаллизации. При больших скоростях движения зоны и малых концентрациях примеси степень очистки снижается, поскольку лимитирующей стадией процесса массопереноса является диффузия примеси к поверхности расплава.

Чистейший ванадий – типичный пластичный металл. Однако механические свойства ванадия сильно зависят от степени его чистоты. Особенно резко ухудшают качество металла даже малые содержания примесей внедрения – углерода, кисло­рода, азота и водорода. Они наиболее трудно удаляются из ванадия при его получении. Примеси других элементов в сопоставимых количествах гораздо меньше, чем примеси внедрения, ухудшают качество ванадия.

——

После получения ванадия, и передышки вам наверно стоит задуматься о теплоизоляции нового поколения. Теплоизоляция нового поколения — это пенополистирол, который обеспечит тепло и комфорт вашего дома.

——