Редкие металлы

Типы промышленных месторождений ванадия

malusik — Tue, 15 Nov 2011 13:10:38 GMT

К промышленным месторождениям ванадия принадлежат: 1) магматические, 2) выветривания, 3) россыпные, 4) осадочные, 5) метаморфогенные.

Магматические месторождения. В месторождениях этого типа сосредоточены основные запасы промышленных ванадийсодержащих руд. Они пространственно связаны с основными и ультраосновными изверженными породами. Площади наиболее крупных массивов достигают нескольких сотен квадратных километров, а изредка до тысяч квадратных километров. Среднее содержание ванадия в рудах невысокое — 0,1—1 %. Однако запасы ванадийсодержащих руд на некоторых месторождениях достигают нескольких миллионов тонн. Наиболее высокие концентрации ванадия наблюдаются в рудных минералах в породах ультраосновного состава. Важнейшие провинции эндогенных месторождений ванадия в России: 1) восточного склона Урала (Гусевогорское, Качканарское, Первоуральское и др. месторождения), 2) западного склона Урала (Кусинское, Медведевское, Маткальское, Копанское), 3) Карело-Кольская (Пудожгорское, Елеть Озеро и др.), 4) Кузнецко-Саянская (Лысаковское, Кедранское и др.), 5) Вос¬точно-Забайкальская (Кручининское и др.), 6) Сибирская трапповая (Камышевский Байкитик и др.). Наиболее значительные магматические месторождения ванадия дальнего зарубежья: Бушвельд (ЮАР), Миллз, Лак-Тио, Пьюиджелон (Канада), Тегавус (США), Баррамби (Австралия), Родсенд, Сельвог (Норвегия), Таберг (Швеция).

Месторождения выветривания формируются в зонах окисления полиметаллических руд. Они, как правило, небольшие по запасам. Ванадий концентрируется только в окисленных рудах (содержание его достигает 5,5 %). Рудные тела имеют трубообразную форму, верхняя часть их сложена окисленными рудами, содержащими церуссит, смитсонит, малахит, англезит, азурит и минералы ванадия — деклуазит, купродеклуазит и ванадинит. Глубина зон окисления руд обычно не превышает нескольких сот метров. Месторождения этого типа широко распространены в Африке (Брокен-Хилл в Замбии, Тсумеб, Берг-Аунас, Абенаб в Намибии), встречаются также в Австралии, США, Аргентине, Мексике и России.

Россыпные месторождения известны в Австралии, Новой Зеландии, Индии, России и других странах. По генезису — это прибрежно-морские россыпи ванадийсодержащих титаномагнетитовых песков. Содержание металла в них невысокое — около 0,7 %. Крупные россыпи ванадийсодержащих песков известны на побережье Новой Зеландии (запасы около 800 тыс. т). Осадочные месторождения.

Значительные количества ванадия концентрируются в осадочных месторождениях железа, бокситов, а также в сланцах, углях и нефти. В оолитовых бурых железняках (Лотарингский, Керченский бассейны и др.) содержится 0,05—0,1 % металла, который извлекается. Повышенные содержания ванадия установлены в бокситах Италии, в углях многих месторождений (в золе содержание V205 достигает десятых долей процента). Месторождения ванадиеносных сланцев представлены чередованием пачек углисто-глинистых и кремнистых сланцев суммарной мощностью в десятки метров, при мощности отдельных пачек 0,5— 2,0 м. Ванадий концентрируется главным образом в углистых прослоях, где содержание его достигает 1—2 %, в то время как в кремнистых прослоях снижается до 0,2—0,3 %. Состав таких руд очень сложный: углистое вещество с участием карбонатов иванадатов (ванадинит, узбекит, фольбортит), фосфаты, барит, роскоэлит и др. Карнотитовые и роскоэлитовые месторождения в пестроцветных отложениях (алевролиты, песчаники, гравелиты, конгломераты) осадочного чехла (тип «плато Колорадо») распространены во многих странах, но наибольшее значение имеют в США, где в них наблюдаются повышенные концентрации ванадия (до 1,7 %), урана (0,18-0,34 % U308) и меди (около 0,5 %). Повышенной ванадиеносностью характеризуются высокосернистые нефти Урало-Волжской провинции, Венесуэлы, Ирана и некоторых других нефтегазоносных областей. Патронит в асфальтитах отрабатывается на месторождении Минас Рагра. Оно расположено в Перу на высоте 4700 м. Район месторождения сложен глинистыми сланцами, песчаниками и известняками мелового возраста. Породы прорваны дайками порфиров. Главное рудное тело прослежено по простиранию на 100 м при мощности от нескольких сантиметров до 9—12 м. Руда сложена черным аморфным патронитом в асфальтоподобном веществе, содержащем серу и примесь вторичных сернистых соединений никеля (бравоит — (Fe,Ni,Co)). Руды очень богатые и содержат металла до 15 %, Ni - 1,5 %, Mo - 0,5-1,5 %. Условия образования этого месторождения не совсем ясны. Предполагается, что в процессе образования асфальта (при разложении белков животного и растительного происхождения без доступа воздуха) выделялось значительное количество H2S, который в верхней зоне частично окислялся до самородной серы, частично же осаждал из грунтовых растворов V, Ni и Мо.

Метаморфогенные месторождения. Месторождения этого типа немногочисленны. Они известны в Финляндии, Норвегии и США. В Финляндии — это месторождение Отанмяки. Здесь в амфиболитах, залегающих в гранито-гнейсах, развиты две зоны линзовидных рудных тел, сложенных ильменит-магнетитовыми рудами со средним содержанием ванадия 0,62 %. На месторождении попутно ежегодно извлекают 1,3—1,5 тыс. т ванадия. В США находится месторождение Уилсон-Спрингс. Оно приурочено к зоне аргиллитизации на контакте нефелиновых сиенитов и кристаллических сланцев. Концентраторами ванадия служат глинистые минералы. Содержание ванадия в них в среднем составляет 0,6 %. Запасы металла на месторождении около 30 тыс. т.

Запасы ванадиевых руд в мире

malusik — Tue, 15 Nov 2011 13:07:30 GMT

Новых статистических данных о мировых ресурсах и запасах ванадия в мире в опубликованных российских источниках не имеется. Общие запасы ванадия (в пересчете на V205) в конце 1980-х годов в капиталистических и развивающихся странах составляли 6,7 млн. т, 85 % которых были сосредоточены в ЮАР и Австралии, остальные — в Индии, США, Финляндии, Норвегии и Намибии.

По запасам пектоксида ванадия выделяют следующие группы месторождений: 1) уникальные с запасами в миллионы тонн; 2) крупные — сотни—десятки тысяч тонн; 3) мелкие — единицы тысяч тонн.

Применение ванадия

malusik — Tue, 15 Nov 2011 13:03:04 GMT

Ванадий — важнейший элемент в производстве автомобиля, танка и самолета, брони и броневого снаряда. Исключительно велико применение ванадиевых сталей в химической и электропромышленности, радиотехнике, при изготовлении различных инструментов и приборов автоматического управления.

Ванадий — непременный компонент быстрорежущей стали и ее заменителей. Введенный в сталь, он является одновременно раскисляющим и карбидообразующим элементом. Дисперсные карбиды ванадия упрочняют сталь, препятствуют росту зерна при ее нагреве.

Ванадий входит также в состав чугуна — из высококачественного ванадиевого чугуна отливают паровые цилиндры, поршневые кольца, изложницы, прокатные валки, матрицы для холодной штамповки и т. д. Новым потребителем ванадия выступает быстро развивающаяся промышленность титановых сплавов; некоторые титановые сплавы содержат до 13% ванадия. Его используют в атомной энергетике для оболочек тепловыделяющих элементов, труб и в производстве электронных приборов.

Но ванадий не только металл-«витамин». Его соединения используются в медицине, в фотографии, текстильной и лакокрасочной промышленности, стекольном производстве. Пятиокись ванадия — отличный катализатор при производстве серной кислоты, которую называют «хлебом химии». В реакции он не участвует, но значительно ускоряет ее. Служит также катализатором при крекинге нефти и при получении очень сложных органических соединений, которые не удается получить иным способом.

Однако ванадий используется недостаточно. Важнейшая задача — упростить производство этого рассеянного в природе элемента. Заряд мирных пушек — кобальт. В Периодической системе Д. И. Менделеева с правой стороны от железа находится кобальт. Соединения его применялись человеком еще за тысячи лет до того, как впервые этот металл удалось получить в чистом виде.

Перспективы мирового рынка ванадия

malusik — Tue, 15 Nov 2011 12:58:59 GMT

В последние десятилетия уровень потребления в мире ванадия постоянно возростал. Если в 1960 году ежегодно в мире потреблялось всего 9 тыс. тонн ванадия, то через 40 лет этот показатель достиг 39,3 тыс. тонн. Экономические кризисы 1998 года (азиатский) и 2001 года (США и ЕС) заметно затормозили этот процесс и заметно обрушили цены на ванадий. В 2002 году мировое потребление ванадия составило только 34,7 тыс.т Однако в 2003 году спрос на ванадий начал расти опережающими темпами. Причины этого:- общий рост мирового производства стали;- опережающий рост производства конструкционных, нержавеющих и специальных сталей, особенно в Китае;- сокращение производства ванадия в Австралии и ЮАР, задержка ввода новых мощностей в Канаде;- быстрый рост цен на ряд стальных лигатур (в первую очередь – на никель) и поиск их заменителей.Результат, подстегнутый девальвацией доллара США, стал очевиден. После пика цен на никель ,достигнутого в начале января 2004 года, резко ускорился рост мировых цен на феррованадий. Далее, через неделю, и на ванадиевый концентрат.

Общий рост мировых цен за полугодие составил:

- на концентрат ванадиевый, USD/фунт V2O5 +163.5%;

- на феррованадий 70-80% V, на складе Питтсбург, USD/фунт +65.2%;

- на феррованадий 70-80% V, европейского производства, USD/кг V +117.2%.

И это далеко не предел. В мировой практике около 85% ванадия используется в сталелитейном производстве, а динамика роста производства стали, включая специальные конструкционные, нержавеющие, инструментальные, обнадеживает!

Никель

malusik — Tue, 15 Nov 2011 12:08:42 GMT

Мировым лидером по добыче никеля является Россия, затем идут Канада, Австралия, Куба, Новая Каледония и Индонезия.
Никель содержится в некоторых метеоритах, которые по составу представляют собой сплав никеля и железа (так называемые железоникелевые метеориты).
Ядро Земли, по одной из распространенных гипотез, состоит из железоникелевого сплава. Если это так, то Земля примерно на 3 % состоит из никеля

Ванадий

malusik — Tue, 15 Nov 2011 12:07:15 GMT

В падающих на землю метеоритах содержание ванадия в 2-3 раза больше, чем в земной коре. Судя по тому, что в спектре Солнца имеется немало линий, присущих атомам ванадия, солнечная материя также богаче этим элементом, чем наша планета.
Во время первой мировой войны настоящую сенсацию вызвал созданный французскими инженерами самолет, который был вооружен не пулеметом, как обычно, а пушкой, наводившей страх на немецких летчиков. Но каким же образом удалось поставить пушку на самолет? Ведь грузоподъемность тогдашних «этажерок» была очень мала. Оказалось, что пушке помог забраться в самолет... ванадий. Французские авиационные пушки были изготовлены из ванадиевой стали. При относительно небольшом весе они обладали прекрасными прочностными характеристиками, позволяющими вести сокрушительный огонь по немецким самолетам.
Некоторые морские растения и животные - голотурии, асцидии, морские ежи - «коллекционируют» ванадий, извлекая его каким-то неведомым человеку способом из окружающей среды. Одни ученые полагают, что у этой группы живых организмов ванадий выполняет те же функции, что железо в крови человека и высших животных, т. е. помогает ей впитывать кислород, или, образно говоря, «дышать».

Тантал

malusik — Tue, 15 Nov 2011 12:06:25 GMT

В литературе описан случай, когда из танталовой пластинки было сделано искусственное ухо, причем пересаженная с бедра кожа при этом настолько хорошо прижилась, что вскоре танталовое ухо трудно было отличить от настоящего.
Замена платины танталом, как правило, весьма выгодна – он дешевле ее в несколько раз.
Поиски танталового сырья продолжаются и в наши дни. Ценные элементы, в том числе тантал, есть в обычных гранитах. В Бразилии уже пробовали добывать тантал из гранитов. Правда, промышленного значения этот процесс получения тантала и других элементов пока не имеет – он весьма сложен и дорог, но получить тантал из такого необычного сырья сумели.
В последнее время тантал начали использовать и в ювелирном деле: во многих случаях ему удается успешно заменять платину. Ювелирной деятельности этого металла способствует его свойство покрываться тончайшей пленкой окиси красивых радужных цветов. Тантал используют для изготовления часов, браслетов, различных украшений.

История открытия никеля

malusik — Tue, 15 Nov 2011 12:04:42 GMT

Металл в нечистом виде впервые получил в 1751 году шведский химик А. Кронстедт, предложивший и название элемента. Однако более двадцати лет это открытие оспаривалось и господствовала точка зрения, что Кронстедт получил не новое простое вещество, а какое-то соединение с серой то ли железа, то ли висмута, то ли кобальта, то ли какого-то другого металла.

Только в 1775 г., через 10 лет после смерти Кронстедта, швед Т. Бергман выполнил исследования, позволявшие заключить, что никель — это простое вещество. Но окончательно никель как элемент утвердился только в начале 19-го века, в 1804 году, после скрупулезных исследований немецкого химика И. Рихтера, который для очистки провел 32 перекристаллизации никелевого купороса (сульфата никеля) и в результате восстановления получил чистый металл.

Название "Никель" происходит от минерала купферникеля (NiAs), известного уже в 17 веке и часто вводившего в заблуждение горняков внешним сходством с медными рудами (нем. Kupfer - медь, Nickel - горный дух, якобы подсовывавший горнякам вместо руды пустую породу). С середины 18 века Никель применялся лишь как составная часть сплавов, по внешности похожих на серебро. Широкое развитие никелевой промышленности в конце 19 века связано с нахождением крупных месторождений никелевых руд в Новой Каледонии и в Канаде и открытием "облагораживающего" его влияния на свойства сталей.

История открытия

malusik — Tue, 15 Nov 2011 12:03:50 GMT

Ванадий открыт в 1801 году испанским минералогом А. М. Дель Рио как примесь в свинцовой руде из рудника в Зимапане. Новый элемент Дель Рио назвал эритронием (от греческого erythros — красный) из-за красного цвета его соединений. Вот как описывает историю открытия ванадия известный шведский химик Берцелиус:«В давние-давние времена на далеком севере жила Ванадис, прекрасная и любимая всеми богиня. Однажды кто-то постучал в ее дверь. Богиня удобно сидела в кресле и подумала: «Пусть он постучит еще раз». Но стук прекратился, и кто-то отошел от дверей. Богиня заинтересовалась: кто же этот скромный и неуверенный посетитель? Она открыла окно и посмотрела на улицу. Это был некто Вёлер, который поспешно уходил от ее дворца. Через несколько дней вновь услышала она, что кто-то стучится к ней, но на этот раз стук настойчиво продолжался до тех пор, пока она не встала и не открыла дверь. Перед ней стоял молодой красавец Нильс Сёвстрем. Очень скоро они полюбили друг друга, и у них появился сын, получивший имя Ванадий. Это и есть имя того нового металла, который был открыт в 1831 году шведским физиком и химиком Нильсом Сёвстремом».В этом рассказе имеется неточность. Первым, кто «постучал» в комнату богини Ванадис, был не немецкий химик Фридрих Вёлер, а замечательный мексиканский химик и минералог Андрее Мануэль дель Рио. Еще задолго до Вёлера, в 1801 году, изучая бурые свинцовые руды Мексики, дель Рио обнаружил, что в них присутствует неизвестный в то время металл. Соединения нового металла были окрашены в самые разнообразные цвета, поэтому ученый назвал открытый им элемент «панхромом», т. е. «всецветным», а позднее заменил это название на «эритроний», что означает «красный».Однако научно подтвердить свое открытие дель Рио не смог. Более того, в 1802 году он пришел к выводу, что новый элемент - это открытый незадолго до того хром. Ту же ошибку спустя несколько лет повторил Вёлер, который так робко «стучался в дверь богини Ванадис». Лишь спустя почти тридцать лет состоялось второе рождение ванадия. На этот раз у колыбели новорожденного стоял молодой шведский ученый Нильс Сёвстрем. В то время в Швеции начала развиваться металлургия. В разных частях страны появлялись заводы. И вот что было замечено: металл, выплавленные из железных руд одних месторождений, был хрупким, в то время, как из других руд получался весьма пластичный металл. Чем объяснить такое различие? Сёвстрем решил найти ответ на этот вопрос. Исследуя химический состав руд, из которых был выплавлен металл высокого качества, ученый после долгих опытов сумел доказать, что в этих рудах содержится новый элемент, причем именно тот, который в свое время был обнаружен дель Рио и ошибочно принят им за хром. Новый металл был назван ванадием.Ни дель Рио, ни Вёлеру не суждено было стать «крестными отцами» нового элемента, хотя они были близки к этому. После успеха Сёвстрема Вёлер писал своему другу: «Я был настоящим ослом, что проглядел новый элемент в бурой свинцовой руде, и прав был Берцелиус, когда он не без иронии смеялся над тем, как неудачно и слабо, без упорства стучался я в дом богини Ванадис».В России ванадий впервые был найден в 1834 году в свинцовой руде Березовского рудника на Урале, а в 1839 году - в пермских песчаниках. Уже в то время русский инженер Шубин высказал мысль о благотворном влияние ванадия на свойства железных и медных сплавов. "Медистый чугун, черная медь, гаркупфер и штыковая медь, - писал он в одной из статей, - составляют металлические сплавы с ванадом и, вероятно, его присутствие придает им большую твердость». На протяжении многих лет никому не удавалось выделить ванадий в чистом виде. Только в 1869 году английский химик Генри Роско после напряженных поисков сумел получить чистый металлический ванадий. Впрочем, чистым он мог считаться лишь по тем временам, так как содержал более 4% примесей. А между тем даже небольшие примеси резко меняют свойства этого элемента. Чистый ванадий - серебристо-серый металл, обладающий высокой пластичностью, - его можно ковать.

Общие сведения

malusik — Tue, 15 Nov 2011 12:02:49 GMT

Ванадий – самый редкий представитель черных металлов. Главная область применения ванадия – производство марочных чугунов и сталей. Добавка ванадия обеспечивает высокие характеристики титановых сплавов для аэрокосмической промышленности. Он широко используется также в качестве катализатора при получении серной кислоты. В природе ванадий встречается в составе титаномагнетитовых руд, редко фосфоритов, а также в урансодержащих песчаниках и алевролитах, где его концентрация не превышает 2%. Главные рудные минералы ванадия в таких месторождениях – карнотит и ванадиевый мусковит-роскоэлит. Значительные количества ванадия иногда присутствуют также в бокситах, тяжелых нефтях, бурых углях, битуминозных сланцах и песках. Ванадий обычно получают как побочный продукт при извлечении главных компонентов минерального сырья (например, из титановых шлаков при переработке титаномагнетитовых концентратов, или из золы от сжигания нефти, угля и т.д.).В чистом виде ванадий – ковкий металл светло-серого цвета. Он почти в полтора раза легче железа, плавится при температуре 1900±25°C, а температура его кипения 3400°C. При комнатной температуре в сухом воздухе он довольно пассивен химически, но при высоких температурах легко соединяется с кислородом, азотом и другими элементами.Соединения ванадия применяют в химической промышленности как катализаторы, в сельском хозяйстве и медицине, в текстильной, лакокрасочной, резиновой, керамической, стекольной, фото и кинопромышленности. Соединения ванадия ядовиты. Отравление возможно при вдыхании пыли, содержащей соединения ванадия Они вызывают раздражение дыхательных путей, лёгочные кровотечения, головокружения, нарушения деятельности сердца, почек.