Ванадий это цветной металл или нет

Обновлено: 30.06.2024

Элемент, открытый учеными дважды, сегодня мы знаем как ванадий. Википедия детально раскрывает перипетии его обнаружения, поэтому остается добавить, что название этого пластичного металла могло быть совсем иным. Действительно, мексиканскому профессору минералогии А. Мануэлю, первым выделившим неизвестный доселе металл из свинцовых руд, на заре XIX века не хватило исключительно уверенности в собственной правоте.

Поэтому, окончательное наименование элемент получил тремя декадами позже, когда в 1830 году швед Н. Сефстрем обнаружил его в железной руде. Привлекающая взор окраска соединения на базе V подтолкнула химика к национальному фольклору, а именно, богине любви и красоты Ванадис. Так, мифологический скандинавский персонаж дал имя реальному металлу, ставшему полноправным членом Периодической системы элементов.

Свойства ванадия

На внешний вид, элемент обладает сходством со сталью, также имея серебристо-серый оттенок. Однако, в отличие от низкоуглеродистого железа, металл ванадий характеризуется пластичностью. Это свойство сохраняется у вещества до температуры 300 0 С, превышение которой резко снижает пластичность и металл становится хрупким. Аналогичный эффект оказывают примеси водорода, азота или кислорода в металле.

На фото: металл ванадий

Ванадий относится к тугоплавким металлам, с соответствующим температурным пределом – 1887 0 С. Это объясняет его низкую жаростойкость – свойство, характерное для переходных элементов, вследствие рыхлости оксидов, формируемых на их основе. Ванадий устойчив к деформации ползучести вплоть до температуры 675 0 С, чему способствует пятиокись ванадия. Пленка этого соединения образуется при окислении металла, сохраняя прочную связь с его поверхностью до указанного температурного предела.

Ванадий в таблице Менделеева

Ванадий – химический элемент V, относящийся соответственно собственной валентности к пятой группе Периодической системы. Его атомные характеристики: номером – 23, масса – 50.9. В природе различают два изотопа элемента: наиболее распространенный –51V и радиоактивный – 50V, доля которого составляет 0.25%. Радиоактивность изотопа 50V выражена достаточно слабо, фактически его можно считать стабильным, поскольку период полураспада существенно превышает триллионы лет.

Кристаллическая структура ванадия характеризуется объемно-центрированной кубической решеткой, что также свойственно тугоплавким металлам. Его плотность 6.11 грамм на куб. см. Металл ковок, прост в обработке давлением.

Содержание V внутри земной коры достигает 0.0015%, что характеризует его как распространенный элемент. С другой стороны, ванадий – рассеянный металл, поскольку не имеет самостоятельных минералов или концентрированных залежей. Обнаружить вещество можно в его сульфиде – патроните, ванадините, а также ряде других пород: роскоэлит, деклуазит, карнотит.

Соединения ванадия

Электронная формула ванадия – KL3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 , где валентными оказываются 5 электронов на внешних 4s- и 3d-орбиталях. Это обуславливает степень окисления металла: +2 – +5. При этом кислотной базой обладает только пентоксид ванадия – V₂O₅. Остальные его соединения с кислородом: имеют основной – VO, V₂O₃ или амфотерный – оксид ванадия VO₂, характер.

Наиболее ценным из окислов металла считается пятиокись ванадия, цена которой формируется, соответственно ее интенсивному применению для производства мощных литиевых аккумуляторов. Там, порошкообразное вещество со слабым оранжевым оттенком – пятиокись ванадия используется в качестве анода.

Среди прочих соединений ванадия, практическое применение нашли:

Сульфиды. Пятивалентный V2S5 – известен как природный минерал патронит и представляет собой черный порошок.
Фториды. Двухвалентные VF2 – фиолетовые кристаллы, тогда как пятивалентный VF5 – белое твердое вещество, способное разъедать стекло.
Хлориды. Из трехвалентного VCl3 путем восстановления получают металлический элемент.

Впрочем, наибольшее промышленное использование остается за ванадиевыми окислами, в частности V2O5.

Производство ванадия

Важным промышленным источником пластичного металла выступают три вида руд:

железные;

титаномагнетитовые;

медно-свинцово-цинковые.

Дополнительные источники ванадия – это ранее перечисленные минералы, а также урановое сырье, горючие сланцы. Во втором случае, металл выступает побочным продуктом, получаемым в результате переработки основного сырья.

Существует несколько способов извлечения ванадия, суть которых сводится к получению окислов металла:

Выщелачивание руды, водными растворами, кислотами. Предварительно, исходное сырье отжигают. На следующей стадии выполняют выщелачивание основой или кислотной средой. Последний этап состоит в выделении гидратированного оксида ванадия из растворов методом гидролиза.
Изначально, железные или другие ванадийсодержащие руды плавят в домне. Процесс характеризуется переходом V в чугун. Переработка черного металла в сталь сопровождается образованием шлаков, содержащих до 16% пентоксида ванадия. Выделение пятиокиси происходит в два этапа. Предварительно, шлаки обжигают с поваренной солью. Далее, полученный продукт выщелачивают: вначале водой, после разбавленной серной кислотой.

Результирующий продукт – V2O5 используется для получения металлического ванадия или его сплавов с железом. Феррованадий характеризуется широкой вариацией V в соединении от 35 до 70%.

Промышленный выпуск чистого металла

Металлический ванадий реализуется в двух физических состояниях: твердом – куски и порошкообразном. Слитки ванадия изготавливают методом выплавки внутри электроннолучевых печей. Это современная установка, оборудованная двумя видами пушек: термоэлектронные и ВТР. Непосредственно рабочий процесс получения слитков, происходит согласно технологии капельной плавки в охлаждаемый водой кристаллизатор. Он изготовлен из меди и устанавливается вертикально.

По степени чистоты различают три марки ванадия в слитках:

ВнМ-0 – 99,99;

ВнМ-1 – 99,9;

ВнМ-2 – 99.5.

Порошкообразный металл изготавливается посредством электролитического рафинирования. В качестве исходного сырья выступает алюминотермический V. Результирующий электролитический порошок ванадия также имеет три степени чистоты, определяемых его маркой:

Вэл-1 – 99.9;

Вэл-2 – 99.7;

Вэл-3 – 99.5.

Исходный кусковой металлический ванадий, получаемый алюминотермической технологией, характеризуется более низкой чистотой. Его состав: V – свыше 95%, Al менее 2% и Fe до 0.3%.

Прокат ванадия

лист ванадия;

пруток;

трубчатый профиль.

Аналогично слиткам, проволока из ванадия также выпускается тремя сортами ВнПр-0, 1 и 2. Их чистота аналогична соответствующим маркам металла в слитках. Наряду с прутками, проволокой, а также листовым прокатом, высоким спросом пользуется трубка из ванадия.

Полоса ванадия выпускается двух марок ВнПл-1 и ВнПл-2, отличающихся степенью чистоты базового металла. Листовая продукция металла отличается оригинальность исполнения. Например, лента ванадия имеет широкую вариацию по ширине и толщине, а также обладает закругленными краями в целях безопасности. Дополнительно, ленточный прокат может иметь специальное покрытие под эксплуатацию в неблагоприятных климатических условиях.

Применение ванадия – от ярких красок до составляющей пороха

Ванадий 5 окись (пятиокись ванадия)

Толчком для использования пластичного металла человеком стали исследования Н. Зинина. Описанный химиком синтез анилина из нитробензола предоставил новые перспективы разработки синтетических красителей. Именно в этой отрасли, соединения ванадия с их яркой окраской, оказались более чем к месту. Как результат, металл начал интенсивно использоваться в производстве не только красок, но и цветной керамики, стекла. Это подняло спрос на пятиокись ванадия, купить которую было выгодно по следующим соображениям: одной весовой порции V2O5 достаточно для преобразования бесцветной анилиновой соли (200 тысяч аналогов по массе) в красящее вещество. Подобную эффективность ванадий показал и в окрашивании индиго, что нашло применение металлу под производство цветных тканей из шелка и ситца.

Новый интерес к металлу возник с началом XX и связан с первой мировой войной. Причина тому, высокая потребность в серной кислоте, как сырья для нитроклетчатки – базового компонента боевых порохов. Естественно, производство H2SO4 не требует ванадия напрямую. Однако, оксиды и соли этого элемента способны значительно ускорять крайне медленную реакцию взаимодействия сернистого ангидрида с кислородом. Именно она лежит в основе производства серной кислоты. Ванадий вытеснил более дорогой катализатор – платину. Преимущества пятиокиси V2O5 – очевидны, она существенно дешевле платины и требуется в меньших количествах.

Ванадий в современных реалиях

Области современной эксплуатации тугоплавкого металла по-прежнему включают использование катализаторов на его основе. Расширилась только сфера применения: наряду с производством серной кислоты, ванадиевые соединения задействованы для крекинга нефти, например. Также с их участием происходит получение уксусной кислоты, прочие технологические процессы промышленной химии.

Остальные сферы промышленного применения ванадия в корне отличаются от его изначального использования. Основные акценты использования V и соединений на его основе, сегодня включают:

производство стали;

изготовление химических источников тока;

агротехнический сектор;

атомно-водородная энергетика.

О применении пятиокиси ванадия в качестве анода для мощных литиевых аккумуляторов уже упоминалось ранее. Другое соединение – ванадат серебра, напротив, используется под катоды резервных батарей.

Малая величина поперечного сечения неупругого рассеивания нейтронов обуславливает эксплуатацию элемента для нужд атомно-водородной энергетики. Например, ванадий используется в качестве материала для ядерных реакторов на быстрых нейтронах. Альтернативно, хлорид этого металла – компонент процесса термохимического разложения воды.

Сельское хозяйство начинает использовать ядохимикаты и даже микроудобрения, в составе которых присутствуют соединения пластичного металла.

Стальной удел элемента

Наибольшая сфера реализации ванадия, несомненно, черная металлургия. Как бытовой пример, можно привести гаечный ключ, маркированный известной многим пометкой – хром ванадий.

Гаечный ключ хром-ванадий

В производстве высокопрочных сталей – ванадий оказывается широко востребованной легирующей добавкой. Промышленное начало использованию элемента V для создания сталей, обладающих одновременно улучшенной твердостью, вязкостью и легкостью, положила лаборатория Форда еще в начале XX века.

Одновременно с этим, французские инженеры легировали ванадием сталь для изготовления бронирующих плит, а впоследствии пушек военных самолетов. Внедрение V на уровне десятых долей процента совместно с хромом привело к созданию облегченной стали, с улучшенными показателями прочности. Дополнительные преимущества хромованадиевых марок стали – вязкость, повышенная износоустойчивость.

Сегодня, сталь марок «хром-ванадий» интенсивно используется при изготовлении различного обрабатывающего: резцы, сверла; и прочего инструмента. Машиностроение использует этот материал под стенки цилиндров дизельных моторов, благодаря его высокой устойчивости к истиранию, продлевающей эксплуатационный ресурс деталей.

Цилиндры дизельного мотора

Среди цветных металлов, легированных ванадием выделим:

Медь. Металл, содержащий 8% V, выступает в качестве сырья для получения медных сплавов. Те же латунь и бронза, с добавкой ванадия до половины процента приобретают механические свойства аналогичные стали, вследствие чего используются в производстве ответственных деталей, узлов оборудования.
Никель. Его сплав с ванадием (20%) отличается высокой химической стойкостью. Подобная инертность способствует изготовлению лабораторной посуды.

Дополнительно, элементом V легируют сплавы титана, и даже благородные металлы, золото, например.

Резюмируя важность пластичного металла в промышленном прокате, достаточно отметить один факт. Современное производство ванадия до 80% ориентировано на нужды металлургии, преимущественно под производство нержавеющих и инструментальных сталей.

С прицелом на будущее

Отличительной особенностью легирования стали ванадием, от добавок других тугоплавких металлов, молибдена, например, выступает установленный характер улучшения свойств базового материала. Внедрение ванадия в расплавленную сталь приводит к его активному взаимодействию с азотом и кислородом, о чем уже упоминалось ранее. Как результат, газы, поглощенные расплавленным металлом, не остаются внутри него после застывания. Кислород и азот, прореагировавшие с ванадием, преобразуются в жидкий шлак, выводимый на поверхность расплава и удаляемый в процессе плавки.

Вторая важная особенность – ванадий взаимодействует с углеродом. Это приводит к изменению структуры черного металла: на место растворенного углерода приходят карбиды ванадия, характеризуемые повышенной твердостью и жаростойкостью. Одновременно с этим, карбиды слабо растворимы в железе, что отражается в их неравномерном распределении по объему металла. Этот фактор препятствует созданию крупных кристаллических структур внутри стали, делая ее мелкозернистой. Подобная мелкокристаллическая структура обуславливает высокую ударную вязкость, делая сталь ковкой и одновременно твердой, а также улучшая характеристики износа металла.

Четкое понимание механизма улучшения параметров стали ванадием, способствует дальнейшему технологическому прогрессу в легировании черных металлов.

Стоимость ванадия

Основные месторождения тугоплавкого металла расположены в США, Китае, России, ЮАР и Армении. Современный уровень годового производства ванадия составляет порядка 90 тысяч тонн. Лидерство по выпуску металла удерживает Китай, на долю которого приходится более половины предложений. Как результат, именно Поднебесная оказывается основным регулятором цены на ванадий.

Добыча ванадиевой руды на месторождениях в России

Современная тенденция роста стоимости ванадия сохраняется уже не одну декаду. Это связано с ростом потребления металла. Основной вклад в востребованность элемента вносит растущее производство легированных сталей. Как считают эксперты, цена на ванадий сегодня, еще не обрела собственного максимума, ее рост прогнозируется минимум до 2020 года. Эти перспективы достаточно консервативны, поскольку объем использования конструкционных сталей ежегодно увеличивается. Таким образом, продать ванадий будет несложно еще несколько десятков лет.

Говоря языком цифр, можно выделить еще одну особенность металла – ванадий. Цена за кг его определяется видом продукции.

Так, наиболее дорогостоящим оказывается прокат: полоса, проволока – около $2000 . На сотню долларов дешевле пруток. Непосредственно слитки металла марки ВнМ-1 стоят $200 , что на порядок дешевле проката. Стоимость пятиокиси ванадия, и того меньше: $35 – 40 за килограмм . Цифры приведены с учетом расценок на металл к началу 2017 года.

Лом ванадия

Отходы чистого металла принимаются достаточно редко. Это связано со спецификой использования элемента, 80% которого расходуется на легирование стали, прочие отрасли металлургии. Основные источники лома ванадия:

легированная сталь, марка которой содержит Ф в наименовании;

ванадийсодержащие отходы, включая сплавы, приборы, конструкционные элементы узлов оборудования;

соединения на базе металла.

Сегодня, даже используя интернет, достаточно непросто определить сколько стоит лом ванадия. Цена отходов, содержащих этот металл, определяется его процентным вхождением и в большинстве случаев указывается, как договорная. С другой стороны, практически все пункты приема, не откажутся от любого лома, в составе которого присутствует ванадий. Цена за грамм металла может быть рассчитана самостоятельно, по итогам сделки с приемщиком. Впрочем, это скорее дело интереса.

ВАНАДИЙ — дважды открытый

Удивительный металл, который неизвестно зачем накапливают асцидии и мухоморы. Ванадия много в морской и минеральной воде. А источники горы Фудзиямы содержат рекордное (до 54 микрограмм на литр) количество металла. Отчего природа так распорядилась своим богатством, еще предстоит выяснить ученым.

История ⌛

Ванадий — металл, который открыли два раза.

Первый раз это было, когда минералог дель-Рио исследовал свинцовые руды из Мексики.

«Сводил» руду с разными веществами и получал соли и окислы неведомого металла. Ученого очаровали цвета соединений, потому он и назвал новый металл панхромием (многоцветный). Правда, потом он переименовал новый элемент в эритроний (красный). Этот цвет имеют один из окислов ванадия и некоторые его соли.

Дель-Рио сообщил ученому миру об открытии, и ревнивые химики ринулись перепроверять опыты. То же проделал и минералог. То ли он разочаровался в открытии, то ли что-то еще, но от открытия он отказался.

«Второе пришествие» нового элемента состоялось через 30 лет. Химик Сефстрем исследует шведскую руду, и находит отвергнутый элемент. Сефстрему повезло — он работал с Берцелиусом, а его авторитет в мире химии не подвергался сомнению. Так что металл признали, а открыватели нового элемента дали ему название ванадий.

Имя дали в честь прекрасной скандинавской богини любви и войны Фрейи, или Ванадис.

Свойства ?

Простое вещество расположено в V группе четвертого периода таблицы Менделеева.

Только характеристиками сильно отличается.

Химические свойства ванадия:

При нагреве до 200-300 градусов образует с галогенами соединения (йодид, бромид, фторид).
Нагрейте металл до 700 градусов, и он прореагирует с азотом; получится нитрид 2VN.
В реакции с кислородом дает несколько разновалентных окислов. Известны модификации окисла ванадия V2O5, существующие при высоких давлениях.
С водородом образует твердые растворы.

Известны следующие оксиды ванадия:

Систематическоенаименование	Хим. формула	Плотность, г/см³	Температура плавления, °C	Температура кипения, °C	Молярная масса, г/моль	Цвет
Оксид ванадия(II)	VO	5,76	~1830	3100	66,94	Чёрный
Оксид ванадия(III)	V2O3	4,87	1967	3000	149,88	Чёрный
Оксид ванадия(IV)	VO2	4,571 г/см³	1542	2700	82,94	Тёмно-голубой
Оксид ванадия(V)	V2O5	3,357	670	2030	181,88	Красно-жёлтый

Растворяется в смеси HF + HNO3.

Со щелочами не реагирует. С металлами образует сплавы.

Свойства атома
Название, символ, номер	Вана́дий / Vanadium (V), 23
Атомная масса (молярная масса)	50,9415(1)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d3 4s2
Радиус атома	134 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	122 пм
Радиус иона	(+5e)59 (+3e)74 пм
Электроотрицательность	1,63 (шкала Полинга)
Электродный потенциал
Степени окисления	5, 4, 3, 2, 0
Энергия ионизации (первый электрон)	650,1 (6,74) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	6,11[2] г/см³
Температура плавления	2160 К (1887 °C)
Температура кипения	3650 К (3377 °C)
Уд. теплота плавления	17,5 кДж/моль
Уд. теплота испарения	460 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,95[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём	8,35 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая объёмноцентрированная
Параметры решётки	3,024 Å[2]
Температура Дебая	390 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 30,7 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-62-2

Вот такой тяжелый характер у металла.

Добыча: из руды, асцидий и мухоморов ⛏️

Основными месторождениями владеют:

Лидером в производстве ванадия является Китай, он и диктует цены на металл.

Интересно: японцы ярко продемонстрировали русскую пословицу «голь на выдумки хитра». Изобретательные жители Страны восходящего солнца на специальных морских плантациях разводят асцидий (морские хордовые). Эти животные содержат ванадия больше, чем многие его руды. А несчастных асцидий сжигают и из пепла извлекают лакомый металл.

Некоторые мухоморы тоже очень богаты ванадием. Так что и в наших лесах можно открывать добычу ценного элемента.

Наш пострел везде поспел ⚙️

Применение ванадия и его соединений ограничивается довольно высокой ценой. Но во многих случаях эти вещества просто необходимы.

Почти весь ванадий (по разным данным от 87% до 90%) использует черная и цветная металлургия.

По статистике ванадий лидер среди легирующих металлов. Используется для придания сплавам требуемых свойств.

Ванадиевая лигатура придает сплавам износоустойчивость, хорошо повышает вязкость и прочность сплавов.

Все свойства ценного металла еще не исследованы; металлурги и ученые находят все больше привлекательных характеристик металла Ванадис.

Интересно: «Если бы не было ванадия — не было бы автомобиля». Г. Форд, «папа» автомобильной промышленности США. Кстати, человек умнейший и нестандартного мышления. Это он изрек гениальную фразу «»Помни, что Бог создал человека без запасных частей».

Оставшиеся проценты используют:

автомобильная промышленность;
электроника;
производители серной кислоты (в качестве катализатора вместо очень дорогой платины);
в литиевых аккумуляторах и батареях;
при крекинге нефти;
производство красок и керамики.

Соединения ванадия использует атомно-водородная энергетика.

Бруски ванадия 99,95 % чистоты, полученные переплавкой в электронном пучке. Поверхность брусков протравлена для проявления структуры

Многоцветьем соединений ванадия пользуются в производстве тканей для их окраски.

Война требует порох, а для его производства нужна серная кислота.

Купить металл богини Ванадис ?

Металл продают в виде порошка и слитков. Желающие могут купить прокат ванадия: проволоку, прутки, листы, полосы, трубчатый профиль.

Ванадий — удовольствие не дешевое. Посмотрите цены и убедитесь.

Продукция	Цена в рублях за килограмм
Лист	От 20 000
Пруток	От 30 000
Проволока	От 45 000

Однако металл богини Ванадис того стоит.

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ — всё, кроме железа

Цветные металлы отличаются от черных. Цветных металлов много, а к черным относятся только железо, его сплавы. Часто к черным металлам относят ванадий, марганец, хром.

В Европе цветные металлы называют нежелезными, происхождение этих названий точнее отражает суть и свойства наших героев.

Англичане называют их non-ferrous metals.
Для немцев их название — Nichteisenmetalle, Buntmetalle.
Французы обозначили цветные металлы как меtaux non-ferreux.

Разделяем металлы по свойствам и группам

Условно цветные металлы различают на 2 большие группы — тяжелые и легкие.

Более подробная классификация проводится по свойствам (физико-химическим). Есть разделение на 5 и 7 групп.

Виды цветных металлов:

Легкие цветные металлы.
Тяжелые металлы. .
Редкие и малые.
Рассеянные.
Радиоактивные.
Тугоплавкие.

Свойства цветных металлов разнообразны. Это устойчивость к коррозии, высокие электро-и теплопроводность, устойчивость во многих агрессивных средах.

Где применяются

Представьте мир без цветных металлов. Выбросите телефон и компьютер, вместе с ними ключи от машины. Отключите свет — ведь ток течет по проводам из цветмета. Газовую и электрическую плиту тоже придется выбросить, а готовить на костре или построить печку. Поэтому к этим разным и таким нужным человечеству металлам давайте относиться уважительно.

Невозможно представить современный мир без использования цветных металлов.

Некоторые из них добываются миллионами тонн в год, другие по несколько тонн в год. Но все они абсолютно необходимы современной промышленности и нам, потребителям.

Электротехника, легировка сталей, сенсоры, диоды, термопары, инфракрасная оптика, военно-промышленный комплекс.

Знакомство с нежелезными металлами

Список цветных металлов обширен. Руд цветных металлов в разы больше.

Важными рудами на медь являются халькозин, борнит, халькопирит. Встречается и самородная медь, но редко. Про медь читайте здесь.

Добычу медных руд производят:

Познавательно: крупнейшее месторождение в мире находится в знойной пустыне Атакама, его пока не разрабатывают.

Алюминий

Главное сырье на алюминий — бокситы. Руды бокситов — диаспор (его ювелирная разновидность султанит подробно описана здесь), гетит, бемит, каолинит. Подробнее про этот металл читайте на этой странице.

Российские месторождения бокситов находятся в областях:

Архангельской;
Белгородской;
Свердловской;
Челябинской.

Богатые запасы бокситов расположены в Корее, Венгрии, Югославии, Китае.

Значительные запасы бокситовых руд в Австралии, Бразилии, США, Франции.

Свинец

Главная руда на свинец — галенит, кроме него церуссит и англезит.

Галенит образует полиметаллические руды со сфалеритом и халькопиритом.

48 стран мира могут добывать на своей территории свинец.

Основная цинковая руда — сфалерит. Это сульфид цинка, и в природе его естественными спутниками являются галенит и халькопирит.

Главные мировые запасы цинка находятся в Канаде, немногим отстают Китай, Австралия, США.

В России цинк добывают на Каменном Поясе. Есть месторождения в Сибири и Приморье.

Магний

Этого цветного металла в земной коре около 2%.

Руд, содержащих магний, около 60, но для промышленной добычи используют:

доломит;
магнезит;
брусит;
карналлит;
морская вода.

Каждая страна обладает запасами магния. Магнезит находят в США, Испании, Австралии, Канаде, Югославии, Греции. Карналлит используют в странах СНГ.

Огромные запасы магния находятся в воде залива Кара-Богаз-Гол.

Никель

Никелевые руды могут быть сульфидные и силикатные. Подробнее о металле читайте здесь.

халькопирит;
пирротин;
магнетит;
пентландит.

Силикатные никелевые руды:

гарниерит;
гетит;
ревдинскит;
контронит;
асболан.

Кобальт

В природе немного кобальтсодержащих руд, особенно пригодных для промышленного использования. Среди них кобальтин, скуттерудит, линнеит, шмальтин, эритрин.

По минеральному и химическому составу кобальтовые руды делятся на сульфидные, арсенидные, оксидные. В основном все руды комплексные, собственно кобальтовые встречаются только среди мышьяковых (арсенидных) руд.

За рубежом кобальтосодержащие месторождения находятся в Канаде, Финляндии, Австралии, Африке.

В России — на Урале, в Красноярском крае, на Кольском полуострове.

Основные добытчики кобальта — Заир и Замбия.

Олово

Главные минералы для добычи олова — касситерит и станнин. Половина добычи олова приходится на месторождения Юго-Восточной Азии. Подробнее про олово написано здесь.

Немного отстает Китай, за ним идут Индонезия, Малайзия, Бразилия, Россия.

Молибден

Основной рудный минерал на молибден — молибденит. В природе «дружит» с сульфидами меди и касситеритом.

В добыче металла первенствуют США, следом идут Чили и Китай, на третьем месте — Канада.

В России тоже есть молибденовые руды, в Забайкалье, на Северном Кавказе, на юге Западной Сибири.

Вольфрам

Основные руды на вольфрам — вольфрамит и шеелит.

Китаю повезло, у него более 40% мировых запасов вольфрамита. Россия отстала не сильно, у нас шеелит есть на Кавказе, в Забайкалье, на Чукотке.

Есть месторождения в Германии, Канаде, Турции, США.

Висмут

Существует самородный висмут. В Боливии и Австралии его добывают вместе с висмутином. Подробнее о нём читайте здесь.

Боливия единственная страна, где металл добывают прямо из висмутовой руды. В основном висмут извлекают из полиметаллических руд.

Мировые лидеры по запасам:

Перу;
Мексика;
Китай;
Австралия;
Канада.

Месторождения висмутовых руд редки и невелики по масштабам.

Сурьма

Главный источник сурьмы — антимонит. Кроме него, рудой на сурьму могут служить бертьерит, джемсонит, ливингстонит, стибиконит.

Австралия, Россия и Китай обладают залежами антимонита, остальные страны могут только облизываться на такое богатство. Среди завидующих США, КНР, ЮАР. У них есть полиметаллические месторождения.

Ртуть

Киноварь — единственный минерал для качественной добычи ртути.

Основные производители жидкого металла:

Россия обладает небольшими запасами киновари на Чукотке, Алтае, Камчатке.

У Америки с этим и того хуже — маленький рудничок в Неваде.

А вот на юге Испании известно ртуть добывают почти две тысячи лет.

Вторичное сырье

Уже понятно, что добыча цветмета не всегда обеспечивает потребности промышленности. Приходится изворачиваться. То есть организовывать пункты приема вторсырья, собирать металлолом для сдачи в этих пунктах. Кстати, за лом цветных металлов платят довольно неплохо.

Стоимость металлических отходов формируется, исходя из нескольких компонентов:

Металл (тип, редкость).
Габариты.
Размер партии.
Чистота металла, его качество.

Охотникам за металлоломом

Большим спросом у приемщиков пользуются медь, алюминий, свинец, титан.

Медь содержат сплавы меди (латунь).
Олово гораздо дороже меди, особенно в чистом виде, но и в виде посуды, баббита (в подшипниках, например).
Никель металл дорогостоящий, но в чистом виде попадается редко. В мельхиоровой посуде, отработанных электродах, ТЭНах бытовых приборов.
Свинец сдают «в виде» аккумуляторов, типографского оборудования, оплетки кабелей.
Алюминий стоит недорого.
Чистый цинк найти проблематично, сдают его в виде сплавов.
Самые дорогие металлы — молибден и вольфрам.

Плюсы и минусы переработки вторсырья

Перерабатывать металлолом выгодно, это понижает себестоимость продукции.

Цветмет приходится сортировать — это самый нудный и трудоемкий этап работы.

Рассортированное сырье измельчают. Для этого применяют газовые резки, шредеры, а потом прессуют для уменьшения объемов и удобства транспортировки.

Далее подготовленное сырье отправляют на металлургические комбинаты, или продают (чаще всего на экспорт).

Ванадий – полезные свойства и особенности металла

Внешне этот металл неотличим от большинства собратьев, но его оксиды подобны радуге. Ванадий «помогает» создавать порох, улучшает свойства стали, изничтожает вредителей сельхозкультур.

Что представляет собой

Ванадий – это серебристо-серый металл, внешне напоминающий сталь.

Причислен к группе тугоплавких металлов. По некоторым классификациям считается тяжелым металлом.

Химический элемент системы Менделеева №23, международное обозначение – V, Vanadium.

Вещество наделено прочностью, пластичностью.

История открытия

История открытия металла «многосерийная»:

Первым (1801 год) его обнаружил, исследуя свинцовое сырье, мексиканский минералог Мануэль Дель Рио. Однако европейцы-химики не поверили в открытие. Под их напором Дель Рио и сам начал сомневаться. И озвучил новую версию: это был хромат свинца.
Через почти 30 лет его «переоткрыл» Нильс Сефстрем. Шведский химик обнаружил новое вещество, исследуя железную руду.
Одним из «отцов» считается Фридрих Велер. Он изучал то же мексиканское сырье, но из-за болезни прервал работу. Зато позднее поставил точку, доказав, что в составе руды был таки ванадий. Тем самым подтвердил приоритет Дель Рио.

Название тоже подобралось не сразу:

Первооткрыватель Мануэль Дель Рио, подивившись разнообразию колористики вещества, предложил название «панхромий». Второй вариант – «эритроний».
Красоту окраски нового элемента оценили и Иенс Берцелиус с Сефстремом. Скандинавы ожидаемо предложили свой вариант – по имени богини скандинавского пантеона Фрейи (аналог греческой Венеры). На древнескандинавском оно звучит как Ванадис.

Отдать должное первооткрывателю Дель Рио попытался геолог Джордж Фезерстонхау.

Он предложил переименовать элемент «рионием», но поддержки не нашел.

Физико-химические характеристики

Металл равнодушен к воздействию воздуха, воды, щелочных растворов. Такая инертность «роднит» благородные газы (аргон, ксенон, гелий, криптон) с ванадием.

Основные свойства металла:

Растворяется царской водкой, плавиковой кислотой, горячими концентрированными азотной, серной кислотами.
Пластичен, порог появления хрупкости – +300°C.
Хрупким металл делают примеси азота, кислорода, водорода.
Соединения вещества токсичны.

Известны следующие оксиды ванадия:

Систематическое наименование	Хим. формула	Плотность, г/см³	Температура плавления, °C	Температура кипения, °C	Молярная масса, г/моль	Цвет
Оксид ванадия(II)	VO	5,76	~1830	3100	66,94	Чёрный
Оксид ванадия(III)	V2O3	4,87	1967	3000	149,88	Чёрный
Оксид ванадия(IV)	VO2	4,571 г/см³	1542	2700	82,94	Тёмно-голубой
Оксид ванадия(V)	V2O5	3,357	670	2030	181,88	Красно-жёлтый

Свойства атома
Название, символ, номер	Вана́дий / Vanadium (V), 23
Атомная масса (молярная масса)	50,9415(1) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d3 4s2
Радиус атома	134 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	122 пм
Радиус иона	(+5e)59 (+3e)74 пм
Электроотрицательность	1,63 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	0
Степени окисления	5, 4, 3, 2, 0
Энергия ионизации (первый электрон)	650,1 (6,74) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	6,11 г/см³
Температура плавления	2160 К (1887 °C)
Температура кипения	3650 К (3377 °C)
Уд. теплота плавления	17,5 кДж/моль
Уд. теплота испарения	460 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,95 Дж/(K·моль)
Молярный объём	8,35 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая объёмноцентрированная
Параметры решётки	3,024 Å
Температура Дебая	390 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 30,7 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-62-2

Оксиды металла разной валентности отличаются по цвету: черный (II III), глубокий голубой (IV), оранжевый (V).

Нахождение в природе

Металл не относится к редким элементам: на планете он 20-й по распространенности.

Каждая тонна земной коры содержит в среднем 260 г ванадия.

Это рассеянный элемент, в свободном виде в природе не представленный:

Главный источник ванадия как металла – магматические породы (базальты, габбро), бокситы, железные руды.
Его соединения зафиксированы в океанской воде. Из нее металл извлекают, например, японцы.
Самый экзотичный источник металла – асцидии. Эти морские обитатели высасывают металл прямо из воды.

Их выращивание поставлено на поток в той же Японии. Плантации разбивают на побережье, собранный «урожай» сушат, сжигают.

Зола асцидий богаче ванадием, чем большинство земных месторождений.

Технология получения

Основной поставщик вещества – железные руды с примесью ванадия.

Металлический продукт получают несколькими способами:

Термовосстановление оксида из карбонатов, соединений кальция, магния.
Термическое разложение иодида ванадия.

Высокой чистоты (95-99%) продукта добиваются рафинированием. Для этого задействуется электролиз расплава галогенидов вещества и вакуумная плавка.

Российскими учеными созданы наногабаритные модификации оксида ванадия.

Области применения

Свойства ванадия обусловили его востребованность гражданским и военным промышленным комплексом.

Металлургия

90% сырья забирает металлургия. Здесь главный способ применения ванадия – как добавки-лигатуры к сталям:

Благодаря ему стали, титановые сплавы делаются прочнее, вязче, эластичнее, устойчивее к износу, коррозии, жару.

Достоинства сталей с ванадием оценил «отец» американского автопрома Генри Форд в начале XX века.

Продукция представлена прокатом (прутки, проволока, лист, трубка), слитками, порошком.

Российская номенклатура сталей предусматривает маркировку ванадия в их составе буквой Ф.

Есть варианты с покрытием для регионов с экстремальным климатом.

Самые востребованные соединения металла – сплавы с титаном и хромом. Из последнего выполняют ручной инструмент (например, гаечные ключи, ножи).

Хром в сплавах понижает токсичность ванадия.

Другие отрасли промышленности

Металл, сплавы используются в широком ассортименте операций и изделий:

двигатели самолетов, ракет, другой космической техники;
постоянные магниты;
литиевые батареи, аккумуляторы;
крекинг нефти.

Также применяется атомно-водородной энергетикой (ядерные реакторы), как химический источник тока.

Это стойкий пигмент для лаков, красок, керамики, текстиля, стекла.

Одной массовой части пятиокиси ванадия достаточно для яркой окраски 200 тысяч частей бесцветной анилиновой соли.

Соединения металла – катализатор при производстве серной кислоты.

Она – исходник для создания нитроклетчатки. А нитроклетчатка – основной компонент пороха.

В «пороховом» сегменте ванадий вытеснил элитную платину.

Ванадиевые месторождения есть в нескольких странах, включая Россию и США. Однако половина мирового производства сосредоточена в Китае.

Он и диктует цены. Особенность ценообразования – учет вида продукции.

Самые дорогие позиции – пруток и прокат ванадия ($1800-2000/кг). Слитки на порядок дешевле, на два порядка – оксид, другие соединения.

Значение для человека

В организме человека металл аккумулируется костной и жировой тканями.

Суточная потребность человека в ванадии – 10-60 мкг, в зависимости от возраста и массы тела.

Как правило, она обеспечивается продуктами питания.

Металлом богаты разные пищевые группы:

крупы – гречка, неочищенный рис;
бобовые – горох, фасоль;
злаки – пшеница, рожь, овес, ячмень;
овощи – картофель, свекла, морковь, редис, салат;
фрукты, ягоды – вишня, груша, земляника.

Металл участвует в регулировании липидного, углеводного обмена, выработке энергии. Активирует кровь, растворяет «плохой» холестерин.

Токсичен переизбыток вещества. Это фактор риска для работников металлургических предприятий.

Цветные металлы: список, названия, классификация и использование

Ведущей отраслью в экономике нашей страны является металлургия. Для успешного ее развития нужно много металла. В данной статье речь пойдет о цветных тяжелых и легких металлах и их использовании.

Классификация цветных металлов

В зависимости от физических свойств и назначения, они подразделяются на такие группы:

Легкие цветные металлы. Список этой группы большой: в ее состав входит кальций, стронций, цезий, калий, а также литий. Но в металлургической промышленности чаще всего используются алюминий, титан и магний.
Тяжелые металлы пользуются большой популярностью. Это всем известные цинк и олово, медь и свинец, а также никель.

Благородные металлы, такие как платина, рутений, палладий, осмий, родий. Золото и серебро широко применяются для изготовления украшений.
Редкоземельные металлы - селен и цирконий, германий и лантан, неодим, тербий, самарий и другие.
Тугоплавкие металлы - ванадий и вольфрам, тантал и молибден, хром и марганец.
Малые металлы, такие как висмут, кобальт, мышьяк, кадмий, ртуть.
Сплавы – латунь и бронза.

Легкие металлы

Они имеют широкое распространение в природе. Эти металлы обладают маленькой плотностью. У них высокая химическая активность. Они представляют собой прочные соединения. Металлургия этих металлов начала развиваться в девятнадцатом веке. Их получают путем электролиза солей в расплавленном виде, электротермии и металлотермии. Легкие цветные металлы, список которых имеет много пунктов, используются для производства сплавов.

Алюминий

Относится к легким металлам. Имеет серебристый цвет и точку плавления около семисот градусов. В промышленных условиях используется в сплавах. Он применяется везде, где нужен металл. У алюминия плотность низкая, а прочность – высокая. Этот металл легко режется, пилится, сваривается, сверлится, паяется и сгибается.

Сплавы образует с металлами различных свойств, такими как медь, никель, магний, кремний. Они обладают большой прочностью, не ржавеют при неблагоприятных погодных условиях. У алюминия высокая электро- и теплопроводность.

Магний

Он относится к группе легких цветных металлов. Имеет серебристо-белый цвет и пленочное окисное покрытие. Обладает маленькой плотностью, хорошо обрабатывается. Металл устойчив к воздействию горючими веществами: бензином, керосином, минеральными маслами, но подвержен растворению в кислотах. Магний не магнитен. Обладает низкими упругими и литейными свойствами, подвергается коррозии.

Титан

Это легкий металл. Он не магнитен. Имеет серебристый цвет с отливом голубоватого тона. Обладает высокой прочностью и устойчивостью к коррозии. Но у титана маленькая электропроводность и теплопроводность. Теряет механические свойства при температуре 400 градусов, приобретает хрупкость при 540 градусах.

Механические свойства титана повышаются в сплавах с молибденом, марганцем, алюминием, хромом и другими. В зависимости от легирующего металла, сплавы имеют разную прочность, среди них есть и высокопрочные. Такие сплавы применяются в самолетостроении, машиностроении, судостроении. Из них производят ракетную технику, бытовые приборы и многое другое.

Тяжелые металлы

Тяжелые цветные металлы, список которых весьма широк, получают из сульфидных и окисленных полиметаллических руд. В зависимости от их типов, методы получения металлов отличаются по способу и сложности производства, в процессе которого должны полностью извлекаться ценные составляющие сырья.

Металлы этой группы бывают гидрометаллургическими и пирометаллургическими. Полученные любым методом металлы называются черновыми. Они подвергаются процедуре рафинирования. Только после этого их можно использовать в промышленных целях.

Цветные металлы, список которых представлен выше, в промышленности используются не все. В данном случае речь идет о распространенном тяжелом металле – меди. У нее высокая теплопроводность, электропроводность и пластичность.

Сплавы меди нашли широкое применение в такой отрасли промышленности, как машиностроение, а все благодаря тому, что этот тяжелый металл хорошо сплавляется с другими.

Он тоже представляет цветные металлы. Список названий большой. Однако далеко не все тяжелые цветные металлы, к которым относится цинк, используются в промышленности. Этот металл хрупкий. Но если нагреть его до ста пятидесяти градусов, он будет без проблем коваться и с легкостью прокатываться. У цинка высокие антикоррозионные свойства, но он поддается разрушению при воздействии щелочью и кислотой.

Свинец

Список цветных металлов будет неполным без свинца. Он серого цвета с проблеском голубого оттенка. Температура плавления составляет триста двадцать семь градусов. Он тяжелый и мягкий. Хорошо куется молотком, при этом не твердеет. Из него выливают различные формы. Устойчив к воздействию кислот: соляной, серной, уксусной, азотной.

Латуни

Это сплавы из меди и цинка с добавлением марганца, свинца, алюминия и других металлов. Стоимость латуни меньше, чем меди, а прочность, вязкость и коррозионная стойкость – выше. У латуни хорошие литейные свойства. Из нее производят детали путем штамповки, раскатки, вытяжки, вальцовки. Из этого металла делают гильзы для снарядов и многое другое.

Использование цветных металлов

Цветными называют не только сами металлы, но и их сплавы. Исключение составляет так называемый "чермет": железо и, соответственно, его сплавы. В странах Европы цветные металлы носят название нежелезистых. Цветные металлы, список которых немаленький, нашли широкое применение в разных отраслях во всем мире, в том числе и в России, где являются основной специализацией. Производятся и добываются на территориях всех регионов страны. Легкие и тяжелые цветные металлы, список которых представлен большим разнообразием наименований, составляют отрасль промышленности под названием «Металлургия». Это понятие включает в себя добычу, обогащение руд, выплавку как металлов, так и их сплавов.

В настоящее время отрасль цветной металлургии получила широкое распространение. Качество цветных металлов очень высокое, они отличаются долговечностью и практичностью, применяются в строительной индустрии: ими отделывают здания и сооружения. Из них производят профильный металл, проволоку, ленты, полосы, фольгу, листы, прутки различной формы.

Читайте также: