Файл: Шахтахтинский, Г. Б. Попутное извлечение пятиокиси ванадия при комплексной переработке алунитов.pdf

Механические свойства металлического ванадия зависят от степени его чистоты. Примеси углерода, кислорода, азота и водорода резко снижают пластичные свойства металла и по­ вышают твердость и хрупкость. Эти элементы растворяются в решетке ванадия и являются примесями для металла. Степень влияния этих элементов на качество (пластичность, твердость, хрупкость и т. д.) металла неодинакова.

Предельно допустимые количества этих элементов в ме­ талле пока точно не установлены. Но ориентировочно их мож­ но оценить для азота —0,03%, для кислорода —0,10%, а для углерода допустимый предел лежит даже значительно вы­ ше [20, 26].

В литературе подробно овещео влияние кислорода, азо­ та, углерода и водорода на качество металлического вана­ дия, применяемого в металлургии [20, 26].

В настоящее время за рубежом и у нас ковкий ванадий получается в промышленном масштабе двумя основными ме­ тодами — йодидным и кальциетермическим. Но существуют еще такие малоразработанные методы, как хлоридный и ваку­ умный углетермический [20].

2ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВАНАДИЯ

Впериодической системе элементов порядковый номер ва­ надия —23. Он находится в одной подгруппе V группы перио­ дической таблицы с ниобием и танталом. В горизонтальном ряду по своему атомному весу, равному 50,942, ванадий по­ мещается между титаном и хромом. В литературе указывает­ ся, что по реакционной способности ванадий занимает сред­ нее положение между этими элементами [27]. Ванадий харак­ терен тем, что ему присущи свойства элементов обеих подгрупп V группы. Ванадий существует в различных валентных состо­ яниях и легко образует основные и кислотные радикалы. Эти кислотные радикалы могут быть центральным атомом в поли­ кислотах совместно с большей частью элементов IV, V, VI и VIII групп периодической таблицы.

Соединения ванадия имеют сходство с соединениями эле­ ментов другой подгруппы V группы, особенно по своим хими­ ческим свойствам. Все элементы этой группы образуют окис­ лы типа R20 5, обладающие сильными кислотнмыи свой­ ствами.

Ванадий отличается высокой химической устойчивостью в воде, водных растворах минеральных солей, в морской воде и некоторых разбавленных кислотах. Довольно стоек в соляной кислоте умеренных концентраций. Хорошо растворяется в плавиковой, концентрированной азотной и серной кислотах.

Растворы щелочей слабо действуют на ванадий, но рас­

9

плавленные щелочи легко реагируют с ним и образуют раство,- римые в воде ванадаты. При этом выделяется водород.

Выше температуры 300°С на воздухе ванадий становится хрупким. Если его нагревать на воздухе, он образует разные окислы в зависимости от степени окисления. Растворимость кислорода в ванадии изменяется с повышением температуры. При температуре 600—700°С образуется высший окисел ва­

надия — V2Q5 [11].

В производных высшей валентности он имеет значитель­

пользуется рабочий раствор 5-валентного ванадия как окисли­ теля [28].

Нормальный потенциал системы V f5 /V+4 равен+1,01 в. Ванадий образует соединения, отвечающие валентностям +2,

чивы и являются сильными восстановителями.

Из окислов ванадия VO и V20 3 имеют основной харак­

ется, с разбавленными кислотами образует характерные, блед­ но-голубого или фиолетового цвета растворы, которые являют­

Трехокись ванадия V20 3 представляет собой черный кри­ сталлический порошок или блестящие кристаллы с удельным весом 4,84. Температура плавления 1970°С, а теплота образо­ вания из элементов составляет +290 ккал/моль. В кислотах растворяется весьма слабо, но в кипящей HN03 растворяется полностью. Получается путем восстановления V2(+ разными восстановителями (углерод, окись углерода, водород и т. п.).

Двуокись ванадия V 02 представляет собой сине-голу­ бые кристаллы с плотностью 4,26—4,34, температурой плав­ ления 1545°С. Теплота образования из элементов составляет 171 ккал/моль. Двуокись получают окислением на воздухе трехокиси или восстановлением пятиокиси. Растворяется в кис­

10

лотах и при этом образуется сложный катион ванадил У 02+ светло-синего цвета. В щелочах образуются ванадаты типа

R20 -xV0 2.

Пятиокись ванадия, или ванадиевый ангидрид, \ r20f— самый важный окисел, из которого получает все ванадиевые

Теплота образования из элементов составляет 373 ккал/моль, Выше 700°С заметно испаряется с одновременной частичной диссоциацией: 2V20 5 = 4V02+ 0 2. . Заметно растворяется в воде (около 0,4 г/л) и образует желтый слабокислый раствор.

Полученные водные растворы пятиокиси ванадия окраши­ вают лакмусовую бумагу в красный цвет и содержат невы­ деленную в свободном состоянии ванадиевую кислоту— HV03 Пятиокись ванадия согласно ЦМТУ № 4566—55 выпускает трех квалификаций — х. ч. — 99,75%, ч. д. а. — 99,4% и чисстый — 99,0%, а также техническую пятиокись ванадия. По­

при щелочном или кислотном выщелачивании и осаждении серной кислотой. Реакция протекает примерно по следующей схеме:

еаванадата натрия (комплексного ванадата натрия) осажда­ ется пятиокисью ванадия. Этот способ является одним из мно­ гочисленных способов получения пятиокиси ванадия. V20 5 легко растворяется в растворах щелочей, из которых при до­ бавлении избытка NH4C1 осаждается в виде метаванадата аммония. В дальнейшем при прокаливании метаванадата ам­

и кристаллизуется из раствора в виде красивых синих крис­ таллов. Ход реакции таков: \

V20 5+H2S04+S02->y20 5(S04)2+H20.

Эта реакция применяется для аналитического определения ванадия [34]. Катиону ванадилу обычно приписывают состав У 02+ . Он рассматривается как производное окиси четырехва\ лентного ванадия и образуется при растворении У 02 в кисло-* тах. Этот катион взаимодействует с разными органическими соединениями, такими как ацетат, цитрат, олеат, оксалат, фенолят и др.

11

Ванадаты кадмия, молибдена, никеля, магния, свинца, олова, цинка, марганца и многих других металлов применя­ ются для специальных целей, главным образом в качестве ка­ тализаторов в разных отраслях промышленности или в про­ межуточных процессах при очистке рудных концентратов [13].

Техническая плавленая пятиокись ванадия использует­ ся для производства феррованадия — одного из важных ма­ териалов металлургии и машиностроения. Это является одной из главных областей применения V20^ . Ванадиевые катали­ заторы (особенно V20 5) менее чувствительны к контактным ядам, чем драгоценные платиновые. Поэтому в последнее время ванадиевые катализаторы вытеснили драгоценные ме­ таллы и производятся в широких масштабах.

Возрос интерес к производству чистой пятиокиси ванадия (с низким содержанием натрия), которую можно непосред­ ственно использовать в производстве легированных сталей взамен феррованадия. Кроме того, пятиокись ванадия широко применяется также в медицине, стекольной промышленности

ив ряде новых отраслей науки и техники.

3.АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ВАНАДИЯ

Из литературных данных [19, 35, 39] видно, что существу­ ет'очень большое число различных методов определения ва­ надия. Мы остановимся на методах, получивших наибольшее практическое применение.

Весовые методы определения ванадия [19]

а) Осаждение в виде ванадата аммония. Среди весовых

методов самым ранним методом является осаждение ванадия в виде ванадата аммония. Метод основан на практической не­ растворимости ванадата аммония в насыщенном щелочно-н растворе хлористого аммония. В зависимости от концентрации ванадия в растворе осадитель берется в 1,5—2 раза больше количества эквивалентной пятиокиси ванадия.

Весовой формой является V20 5, получаемая при прока­ ливании NH4VO3 .

б) Осаждение в виде ванадата закиси ртути. При взаи­

модействии ионов ванадия (V) и ртути (I) в нейтральной или слабокислой средах образуется осадок ванадата ртути. Отри­ цательной стороной метода является трудность получения осадка определенного состава. Поэтому применяется разложе­ ние осадка прокаливанием до V9O5, которая является весо­ вой формой. Определению ванадия указанным методом меша­ ют Cr, As, Р, Мо и W. По сравнению с другими весовыми методами этот метод по точности является лучшим и применя­

12