바나듐 가공, 다양한 제품에 사용하기위한 금속 준비.
바나듐 (V)은 결정 구조가 1,926 ° C (3,499 ° F)의 녹는 점을 갖는 체심 입방 (bcc) 격자 인 회백색의 금속이다. 금속은 주로 고강도 저 합금강 (HSLA) 강에 합금 첨가물로 사용되며, 공구강과 철 및 강 주물에 사용됩니다. 또한 티타늄 합금의 중요한 강화제입니다. 바나듐 합금은 원자로에서의 응용을위한 유망한 후보이다. 금속은 산업 위험으로 인식되지만 바나듐 함량이 높은 미립자 재료의 호흡으로 코, 눈 및 목의 자극과 함께 강하고 마른 기침이 발생하는 것으로 관찰되었습니다.
역사
바나듐의 발견은 1801 년 스페인 광물 학자 안드레스 마누엘 델 리오 (Andrés Manuel del Río)에 의해 처음으로 주장되었고, 그는 화학 화합물 중 하나 (붉은 색)의 붉은 색에 이어 에리스로 늄이라는 이름을 지어 주었다. 1830 년 스웨덴의 화학자 인 닐스 가브리엘 세프 스트롬 (Nils Gabriel Sefström)은이 성분을 재발견하여 스칸디나비아의 여신 인 바나 디스의 이름을 따서 바나듐으로 명명했습니다. 영국의 화학자 헨리 엔필드 로스코 (Henry Enfield Roscoe)는 1867 년에 이염 화 바나듐의 수소 환원에 의해 금속을 먼저 분리했으며, 미국 화학자 존 웨슬리 마든 (John Wesley Marden)과 말콤 앤 리치 (Malcolm N. Rich)는 1925 년에 칼슘 환원 공정으로 99.7 %의 순도의 바나듐을 얻었다.
1900 년대 초반부터 바나듐은 철강 및 철의 합금 원소로 사용되어 왔습니다. 1905 년에 Riza Patron Antenor는 페루의 Mina Ragra에 풍부한 바나듐 광석을 함유 한 큰 아스팔트 석 침전물을 발견했다. 2 년 후 American Vanadium Company는 처음으로 상업적 규모로 Ferrovanadium을 생산했습니다. 티타늄이 1950 년대 항공 우주 건축 자재가 된 후 바나듐은 티타늄 합금에서 널리 사용되었습니다.
광석
중요한 바나듐 광물은 patronite (VS 4), carnotite [K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2] 및 vanadinite, [Pb 5 (VO 4) 3 Cl]입니다. 바나듐만을 위해 채굴 된 광석 퇴적물은 화성암에서 바나듐의 많은 부분이 상대적으로 불용성 인 3가 상태에서 발생하기 때문에 페로 마그네슘 실리케이트, 마그네타이트 (철광석), 일메 나이트 (티타늄 광석) 및 크로 마이트에서 철을 대체하기 때문에 드물다.
바나듐의 세계 최대 광산은 남아프리카 부시 벨트 (Bushveld of South Africa), 우랄 산맥의 카 흐카 나르 대산 괴 (Kachkanar Massif), 중국의 사천 (Szechwan) 지방과 같은 지역의 타이 타 니퍼 러스 마그네타이트 매장량에서 나온 것입니다. 콜로라도 고원의 사암에있는 카르노 타이트 광석은 바나듐과 우라늄을 위해 채굴되었습니다. 바나듐의 다른 공급원에는 화석 연료의 연소로 인한 재, 인산염 광석의 슬래그, 알루미늄 광석 보크 사이트 및 폐 촉매가 포함됩니다.
채광
바나듐은 본질적으로 다른 광물을 위해 채굴 된 광석의 부산물이기 때문에 이들 광석에 고유 한 방법으로 채굴됩니다.
추출 및 정제
바나듐 오산화
이산화 마그네타이트 광석은 회전 가마에서 석탄으로 부분적으로 환원 된 다음 용광로에서 녹습니다. 이것은 대부분의 티타늄을 함유 한 슬래그와 바나듐을 대부분 함유 한 선철을 생성합니다. 슬래그를 제거한 후, 용 선철을 산소로 불어 12-24 % 바나듐 오산화 산화물 (V 2 O 5)을 함유 한 새로운 슬래그를 형성하며, 이는 추가 금속 가공에 사용됩니다.
바나듐은 뜨거운 황산 및 염소산 나트륨과 같은 산화제로 광석 농축 물을 24 시간 동안 침출함으로써 우라늄과의 부산물로서 카르노 나이트로부터 추출된다. 고형물을 제거한 후, 침출수는 용매 추출 회로로 공급되고, 여기서 우라늄은 2.5 %-아민 -2.5 %-이소 데칸 올 -95 %-등유로 구성된 유기 용매에서 추출된다. 바나듐은 라피 네이트에 남아 있으며, 이는 제 2 용매 추출 회로로 공급된다. 거기에서 바나듐이 유기상에서 추출되고, 10 % 소다회 용액으로 스트리핑되고, 황산 암모늄으로 침전된다. 암모늄 메타 바나 데이트 침전, 여과, 건조 및 소성에 V 2 O 5.
대부분의 다른 바나듐 함유 광석 또는 슬래그는 분쇄, 분쇄, 스크리닝되고 염화나트륨 또는 탄산나트륨과 같은 나트륨 염과 혼합됩니다. 이어서,이 충전물을 약 850 ° C (1,550 ° F)에서 구워서 산화물을 나트륨 메타 바나 데이트로 전환시키고, 이는 온수에서 침출 될 수있다. 침출수를 황산으로 산성화 시키면, 바나듐은 나트륨 헥사 바나 데이트로서 침전된다. 레드 케이크로 알려진이 화합물은 700 ° C (1,300 ° F)에서 융합되어 기술 등급의 오산화 바나듐 (최소 86 % V 2 O 5)을 얻거나 수용액에 용해시켜 추가로 정제 할 수 있습니다 후자의 경우, 적색 케이크의 철, 알루미늄 및 규소 불순물은 산도를 조절할 때 용액으로부터 침전된다. 바나듐은 염화 암모늄을 첨가함으로써 암모늄 메타 바나 데이트로서 침전된다. 여과 후, 침전물은 99.8 % 이상의 순도의 V 2 O 5 를 생성한다.
페로 바나듐
35 ~ 80 %의 바나듐을 함유 한 페로 바나듐의 생산은 전기 아크로에서 수행됩니다. 고철을 먼저 용융시키고, V 2 O 5, 알루미늄 의 혼합물 및 불화 칼슘 또는 산화 칼슘과 같은 플럭스를 첨가한다. 후속 반응에서, 알루미늄 금속은 알루미나로 전환되어 슬래그를 형성하고, V 2 O 5 는 바나듐 금속으로 환원되고, 이는 용철에 용해된다. 이 산화-환원 반응은 발열 성이기 때문에, 열 공급은 950 ° C (1,750 ° F)의 점화 온도 만 개발하면된다. 점화 후, 반응이 완료 될 때까지 전극을 제거하고; 그런 다음 용융 슬래그에 다시 삽입되고 퍼니스는 재가열되어 침전을 개선합니다.
알루미 노믹 공정은 내화 라이닝 처리 된 스틸 포트 또는 수냉식 구리 도가니에서 수행 될 수도 있습니다. V의 전하 2 O 5, 산화철, 산화 알루미늄은 바륨 옥사이드 퓨즈 또는 마그네슘 리본 점화된다.
