Ferroaleación de vanadio
Basado en la teoría del átomo único (OA) del metal puro, las estructuras electrónicas de la estructura cúbica centrada en el cuerpo (bcc) V, Nb y Ta se determinan como [Ar] (3dn) 1,68(3dn)2,94(4sc)0,18(4sf)0,20, [Kr](4dn)0,25(4dc)4,15(5sc)0,21(5sf)0,39, [Xe](5dn)0(5dc) 3,92 (6sc) 0,59 (6sf) 0,50; y sobre esta base se estudió la estructura electrónica de los cristales característicos del estado inicial de V, Nb, Ta con estructura cúbica centrada en las caras (fcc) y estructura hexagonal compacta (hcp). , V, Nb, La relación entre la estructura electrónica de Ta y la estructura cristalina; explicación cualitativa de la relación entre las diferencias en las propiedades mecánicas y las propiedades de transporte entre las estructuras bcc V, Nb y Ta y el cálculo cuantitativo de la estructura electrónica de su constante de red; energía de enlace y energía potencial La curva, la elasticidad y el coeficiente de expansión térmica cambian con la temperatura.
Vanadio, número atómico 23, peso atómico 50,9415, el nombre del elemento proviene del nombre de la diosa escandinava, lo que indica la presencia de. compuestos de vanadio en solución de hermosos colores. En 1801, el mineralogista español Leo descubrió por primera vez el mineral de vanadio y plomo, pero pensó erróneamente que se trataba de cromo que ya había sido descubierto en 1830; el químico sueco Sefström lo descubrió nuevamente mientras fundía el mineral de hierro Tyberg y lo nombró en 1927. En 2000; , los químicos estadounidenses Madden y Rich produjeron vanadio metálico con una pureza de 99,7. El contenido de vanadio en la corteza terrestre está entre 0,02 y 0,03, ocupando el puesto 22. El vanadio está ampliamente distribuido en muchos depósitos minerales, los principales incluyen el mineral de vanadio verde, la mica de vanadio, etc. También se ha encontrado vanadio en las estrellas. Hay dos isótopos estables de vanadio en la naturaleza: vanadio 50 y vanadio 51, de los cuales el contenido de vanadio 51 es 99,76.
El metal vanadio tiene un brillo gris claro y es resistente; su punto de fusión es 1890°C, su punto de ebullición es 3380°C y su densidad es 5,96 g/cm3. red cúbica; puede formar aleaciones con una variedad de metales.
El vanadio metálico tiene buena resistencia a la corrosión a temperatura ambiente; es fácilmente soluble en ácido sulfúrico concentrado, ácido nítrico concentrado y ácido fluorhídrico; puede combinarse directamente con una variedad de no metales a altas temperaturas; La solución de vanadio es relativamente compleja.
El vanadio metálico se utiliza principalmente en la fabricación de aceros aleados; el pentóxido y el vanadato de vanadio se utilizan ampliamente como catalizadores; también se utiliza en la fabricación de vidrios y cerámicas coloreadas, y en el secado de pinturas y tintas;
El vanadio se utiliza ampliamente en la metalurgia, el aeroespacial, el químico y otros sectores industriales en forma de ferrovanadio (y otras aleaciones de vanadio), compuestos de vanadio y vanadio metálico.
El ferrovanadio es un importante aditivo de aleación en la industria del acero. El vanadio aumenta la resistencia, la tenacidad, la ductilidad y la resistencia al calor del acero. Desde los años sesenta, el uso de vanadio en la industria del acero ha aumentado dramáticamente, representando el 85% del consumo de vanadio en 1988. La proporción de consumo de vanadio en el acero es el acero al carbono que representa el 20%, el acero de alta resistencia y baja aleación que representa el 25%, el acero aleado que representa el 20% y el acero para herramientas que representa el 15%. El acero de baja aleación y alta resistencia (HSLA) que contiene vanadio se utiliza ampliamente en la producción y construcción de oleoductos y gasoductos, edificios, puentes, rieles, recipientes a presión, bastidores de vagones, etc. debido a su alta resistencia. En la actualidad, el rango de aplicación de varios aceros que contienen vanadio es cada vez más amplio.
El vanadio metálico se utiliza principalmente en aleaciones no ferrosas para producir aleaciones de vanadio-titanio, como Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn y Ti-8Al-1V-Mo. La aleación Ti-6Al-4V es un excelente material estructural de alta temperatura utilizado para fabricar aviones y cohetes. Es muy valorado en los Estados Unidos y su producción representa más de la mitad de las aleaciones de vanadio a base de titanio. El metal vanadio también se puede utilizar en materiales magnéticos, hierro fundido, carburo cementado, materiales superconductores y materiales de reactores nucleares.
El pentóxido de vanadio y los compuestos de vanadio se utilizan principalmente como colorantes en la industria del vidrio y la cerámica, ácido sulfúrico y catalizadores para la producción petroquímica. En Estados Unidos, el 35% del pentóxido de vanadio se utiliza para producir ácido sulfúrico y el 35% se utiliza en la refinación de petróleo. El catalizador de vanadio tiene una actividad especial y es difícil de sustituir por otros elementos.
Con el rápido desarrollo de la industria química, la importancia del vanadio como catalizador se hará más evidente.
Ámbito de aplicación del vanadio
Campos de aplicación
Proporción de la cantidad total ()
Fines principales
Usos Productos
Acero al Carbono
25
Barra de Acero
FeV
Acero HSLA
25
Construcción, oleoductos
FeV
Acero de alta aleación
20
Fundiciones, oleoductos Accesorios
FeV
Acero para herramientas
15
Acero para herramientas de alta velocidad, piezas resistentes al desgaste
FeV(80V )
Aleación de titanio
10
Piezas de motores a reacción, carrocerías de aviones
Aleación a base de V-Al
Productos químicos
5
Producción de ácido sulfúrico y anhídrido maleico
V2O5 y otros compuestos de vanadio
Materiales para toda la construcción de ingeniería Base . Uno de los signos importantes del progreso de la civilización humana es la continua actualización y aumento de los materiales utilizados. Los materiales, la energía y la información son los tres pilares del desarrollo de la ciencia y la tecnología modernas.
Entre muchos materiales metálicos, un nuevo material metálico, el titanio, se ha convertido en una deslumbrante "nueva estrella". El titanio es uno de los metales ligeros y el titanio puro tiene muchas propiedades excelentes. Aunque la gravedad específica del titanio es sólo 50 de la del acero, su resistencia supera la del acero en aproximadamente 18. Su ductilidad es mucho mejor que la del acero y puede soportar martillazos y trefilados como el cobre. El punto de fusión del titanio alcanza los 1600°C, que es mucho más alto que el del acero. Si el titanio y el acero se colocan en un horno de fabricación de acero al mismo tiempo, el acero se fundirá, pero el titanio seguirá siendo el mismo. El acero se vuelve quebradizo en ambientes de temperaturas ultrabajas y se rompe si se cae al suelo, mientras que el titanio no se vuelve quebradizo a -100°C y aún tiene buenas propiedades mecánicas. El titanio también tiene buena resistencia a los ácidos y álcalis y a la corrosión. En soluciones ácidas y alcalinas fuertes, el acero se corroerá y se llenará de agujeros, pero el titanio será seguro. El acero se oxidará y deteriorará rápidamente en el agua de mar, mientras que el titanio no se oxidará por mucho tiempo. menos 5 años. El uso de sartenes de titanio para cocinar no provocará que se peguen. Han entrado en el hogar sartenes antiadherentes fabricadas con aleación de titanio. El titanio también tiene muchas ventajas sobre el aluminio. El titanio es más duro que el aluminio, por lo que es más fuerte que el aluminio y es menos probable que se deforme. El punto de fusión del titanio es mucho más alto que el del aluminio (600 °C).
Utilizando titanio como matriz y añadiendo aluminio, vanadio, molibdeno, circonio y otros metales, se puede obtener un material de alta calidad que contiene un 90% de titanio - aleación de titanio. La aleación de titanio tiene muchas propiedades excelentes, como peso ligero, resistencia al impacto, resistencia a la tracción y a la compresión, etc. Es un material avanzado utilizado en maquinaria, aviación, aeroespacial y otras industrias. Los aviones fabricados con aleación de titanio como cuerpo principal tienen alta resistencia y peso reducido, pueden aumentar la velocidad en aproximadamente 1/3, pueden aumentar considerablemente la capacidad de pasajeros (los aviones de pasajeros grandes pueden aumentar a más de 100 personas) y también pueden ahorrar combustible. Un detector de aguas profundas hecho de aleación de titanio puede sumergirse a una profundidad de 6.500 metros sin ser aplastado, mientras que un submarino hecho de acero sólo puede sumergirse a una profundidad de 300 metros. En la industria aeroespacial y aeroespacial, las aleaciones de titanio se utilizan ampliamente por sus excelentes propiedades. La mayoría de los vehículos de lanzamiento, satélites artificiales, transbordadores espaciales, estaciones espaciales, sondas planetarias, etc. utilizan aleaciones de titanio para fabricar sus carcasas. Esta carcasa metálica puede seguir siendo resistente en condiciones espaciales y puede soportar las altas temperaturas causadas por la fricción severa durante los vuelos a alta velocidad.
En la industria química, se requieren bombas, válvulas, reactores y otros equipos resistentes a la corrosión, y estos equipos suelen estar hechos de aleaciones de titanio. La combinación de titanio y níquel también se puede convertir en una "aleación con memoria" con función de memoria. Utilice este material para fabricar carcasas de automóviles. Cuando el automóvil se deforma en un accidente, se puede restaurar a su forma original soplando aire caliente a más de 80 °C.
El titanio también es un excelente material decorativo. Los materiales recubiertos con titanio en la superficie no solo tienen una apariencia brillante y hermosa, sino que también tienen una fuerte resistencia al desgaste y a la corrosión en condiciones de vacío, el titanio en estado de plasma. está chapado cuando se trata de trabajo o rendimiento de construcción, su apariencia se asemeja al oro y se llama titanio. La antorcha de la Villa de los Juegos Asiáticos en Beijing, la cúpula del asta de la bandera de la Plaza de Tiananmen y la cúpula del Grand View Garden están decoradas con titanio.
El uso de titanio para la decoración arquitectónica no sólo puede ahorrar una gran cantidad de oro, sino que también puede ser deslumbrante, elegante y lujoso, y puede lograr el efecto de que "las cosas falsas sean reales". El titanio también se puede utilizar en la decoración de muebles, iluminación, sanitarios, aparatos de fitness, bicicletas, motos, etc.
El titanio es abundante en la corteza terrestre, ocupando el noveno lugar entre varias reservas de metales, aproximadamente 17 veces la cantidad total de cobre, níquel, aluminio y zinc. Hay más de 70 tipos de minerales que contienen titanio, principalmente ilmenita de rutilo distribuida en rocas ígneas. En el pasado, la aplicación del titanio era limitada debido a la dificultad de la minería y al alto costo. Ahora la tecnología de fundición ha mejorado enormemente y el costo se está reduciendo gradualmente.