Феррованадий
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( март 2018 г. ) |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК железо;ванадий | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| Информационная карта ECHA | 100.107.726 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID | |
| Характеристики | |
| ФеВ | |
| Молярная масса | 106.786 g/mol |
| Появление | серое или серебристое полуметаллическое кристаллическое твердое вещество [1] |
| Плотность | Зависит от состава |
| Температура плавления | 1,480 [1] ° C (2700 ° F; 1750 К) |
| Нерастворим в воде [1] | |
| Термохимия | |
Теплоемкость ( С ) | 0 Дж/моль К |
Стандартный моляр энтропия ( S ⦵ 298 ) | 0 Дж/моль К |
Стандартная энтальпия образование (Δ f H ⦵ 298 ) | 0 кДж/моль |
| Опасности | |
| СГС Маркировка : | |
  | |
| Предупреждение | |
| Х320 , Х335 , Х373 | |
| P260 , P261 , P264 , P271 , P304+P340 , P305+P351+P338 , P312 , P314 , P337+P313 , P403+P233 , P405 , P501 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| точка возгорания | Негорюч, но пыль может быть взрывоопасной. |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Феррованадий (FeV) представляет собой сплав, полученный путем объединения железа и ванадия, с содержанием ванадия в диапазоне 35–85%. В результате производства этого сплава получается серовато-серебристое кристаллическое твердое вещество, которое можно измельчить в порошок, называемый «феррованадиевая пыль». [2] Феррованадий — универсальный отвердитель, упрочнитель и антикоррозионная добавка для таких сталей , как высокопрочная низколегированная сталь , инструментальные стали , а также других изделий на основе железа. Он имеет значительные преимущества перед железом и ванадием по отдельности. Феррованадий применяют в качестве добавки для улучшения свойств ферросплавов. Одним из таких применений является повышение коррозионной стойкости к щелочным реагентам, а также серной и соляной кислотам . Он также используется для улучшения соотношения прочности на разрыв и веса материала. Одним из применений таких сталей является химическая перерабатывающая промышленность для систем обработки жидкостей под высоким давлением и высокой пропускной способностью, связанных с производством серной кислоты в промышленных масштабах. Он также широко используется для ручных инструментов, например гаечных ключей , отверток , трещоток и т. д.
Состав
[ редактировать ]Содержание ванадия в феррованадии колеблется от 35% до 85%. FeV80 (80% ванадия) — наиболее распространенный состав феррованадия. [3] Помимо железа и ванадия, небольшие количества кремния , алюминия , углерода , серы , фосфора , мышьяка , меди и марганца в феррованадии обнаружены . Примеси могут составлять до 11% от массы сплава. Концентрация этих примесей определяет марку феррованадия. [4]
| Оценка | V | И | Ал | С | С | П | Как | С | Мин. |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ФеВ75К0.1 | 70-85 | 0.8 | 2.0 | 0.1 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.1 | 0.4 |
| ФеВ75К0,15 | 70-85 | 1.0 | 2.5 | 0.15 | 0.1 | 0.1 | 0.05 | 0.1 | 0.6 |
| ФеВ50К0,4 | 48-60 | 1.8 | 0.2 | 0.4 | 0.02 | 0.07 | 0.01 | 0.2 | 2.7 |
| ФеВ50К0,5 | 48-60 | 2.0 | 0.3 | 0.5 | 0.02 | 0.07 | 0.01 | 0.2 | 4.0 |
| ФеВ50К0,6 | 48-60 | 2.0 | 0.3 | 0.6 | 0.03 | 0.07 | 0.02 | 0.2 | 5.0 |
| ФеВ50К0,3 | > 50 | 2.0 | 2.5 | 0.3 | 0.1 | 0.1 | 0.05 | 0.2 | 0.2 |
| ФеВ50К0,75 | > 50 | 2.0 | 2.5 | 0.75 | 0.1 | 0.1 | 0.05 | 0.2 | 0.2 |
| ФеВ40К0,5 | 35-48 | 2.0 | 0.5 | 0.5 | 0.05 | 0.08 | 0.03 | 0.2 | 2.0 |
| ФеВ40К0,75 | 35-48 | 2.0 | 0.5 | 0.75 | 0.05 | 0.08 | 0.03 | 0.4 | 4.0 |
| ФеВ40С1 | 35-48 | 2.0 | 0.5 | 1.0 | 0.05 | 0.1 | 0.03 | 0.4 | 6.0 |
Синтез
[ редактировать ]Восемьдесят пять процентов всего ванадия, добываемого на Земле, используется для создания таких сплавов, как феррованадий. [3] Существует два распространенных способа производства феррованадия: восстановление кремния и восстановление алюминия.
Восстановление кремнием
[ редактировать ]Пятиокись ванадия (V 2 O 5 ), ферросилиций (FeSi75), известь (CaO) и шлак (переработанные ванадийсодержащие отходы) соединяют в электродуговой печи, нагретой до 1850 °С. [3] [5] Кремний в ферросилиции восстанавливает ванадий в V 2 O 5 до металлического ванадия. Затем ванадий взаимодействует с железом, образуя феррованадий. [5] Избыток извести и V 2 O 5 добавляются для использования кремния и очистки металла. Этот процесс дает концентрацию ванадия от тридцати пяти до шестидесяти процентов. [4]
2 В 2 O 5 + 5 (Fe y/5 Si) сплав + 10 CaO → 4 (Fe y/4 V) сплав + 5 Ca 2 SiO 4 [5]
Сокращение алюминием
[ редактировать ]Железо, V 2 O 5 , алюминий и известь соединяют в электродуговой печи. Как и кремний, алюминий восстанавливает ванадий в V 2 O 5 до металлического ванадия. Металлический ванадий растворяется в железе и образует сплав феррованадия. [6] Полученный феррованадий имеет концентрацию ванадия от семидесяти до восьмидесяти пяти процентов. [4]
3 В 2 О 5 + 10 Al → 6 В + 5 Al 2 O 3 [5]
V x + Fe 1−x → (Fe 1−x V x ) сплав
Токсикология
[ редактировать ]Пыль феррованадия является легким раздражителем, поражающим глаза при контакте с загрязненной кожей и дыхательные пути при вдыхании. Пыль вызывала хронические бронхиты и пневмониты у животных, подвергшихся воздействию высоких концентраций (1000–2000 мг/м2). 3 ) с интервалом в два месяца. Однако у людей таких долгосрочных эффектов не наблюдалось. [2]
Профессиональное воздействие
[ редактировать ]Американская конференция правительственных специалистов по промышленной гигиене (ACGIH) утверждает, что работник, работающий восемь часов в день, пять дней в неделю, может подвергаться воздействию пыли феррованадия на своем рабочем месте в концентрациях до 1,0 мг/м. 3 без побочных эффектов. [7] Кратковременное воздействие следует поддерживать на уровне ниже 3,0 мг/м. 3 . [2] Тем, кто работает с высокими концентрациями пыли феррованадия, рекомендуется носить респиратор для предотвращения вдыхания и раздражения дыхательных путей. [1]
Сталь
[ редактировать ]Наиболее распространенное применение феррованадия — в производстве стали. В 2017 году 94% потребления ванадия в США пришлось на производство чугуна и стальных сплавов. [8] Феррованадий и другие сплавы ванадия используются в производстве углеродистой стали, легированной стали, высокопрочной стали и стали HSLA (высокопрочной низколегированной стали). [9] Эти стали затем используются для изготовления автомобильных деталей, труб, инструментов и многого другого. [6]
Добавление феррованадия повышает прочность стали, делая ее более устойчивой к температуре и кручению. [2] Это увеличение прочности является результатом образования карбидов ванадия, которые имеют жесткую кристаллическую структуру, а также более мелкий размер зерен, что снижает пластичность стали. [10] Помимо добавления в состав стали, феррованадий также можно использовать в качестве покрытия на стали. При покрытии азотированным феррованадием стойкость стали к истиранию увеличивается на 30-50%. [11]
Рынок
[ редактировать ]В период с 2013 по 2017 год США импортировали 13 510 тонн феррованадия, большая часть которого поступила из Чехии, Австрии, Канады и Южной Кореи. [8] Цена на феррованадий резко колебалась с 1996 года, достигнув рекордного максимума в 2008 году и составив 76041,61 доллара США за тонну FeV80. [12] В последние годы цены на него снова выросли, поскольку экологические стандарты закрыли некоторые производители ванадия в Китае. Эти остановки, а также закрытие ванадиевого рудника в Южной Африке создали дефицит ванадия, вынудив феррованадийные заводы сократить производство феррованадия, сократив его предложение и подняв цены. [8]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Национальный центр биотехнологической информации. База данных соединений PubChem; CID=14928220, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/14928220 (по состоянию на 23 марта 2018 г.).
- ^ Jump up to: а б с д Хэтэуэй, Дж.Дж.; Проктор, Нью-Хэмпшир, Проктор и Хьюз, химическая опасность на рабочем месте ; Wiley-Interscience: Хобокен, 2004.
- ^ Jump up to: а б с Суинборн, ДР; Ричардсон, Т.; Кабальтеха, Ф. Понимание выплавки феррованадияпосредством компьютерного термодинамического моделирования. Переработка полезных ископаемых и добывающая металлургия 2016 , 125 (1), 45–55.
- ^ Jump up to: а б с д Гасик, М. Справочник по ферросплавам: теория и технология ; Butterworth-Heinemann Ltd: sl, 2013 г.
- ^ Jump up to: а б с д Вермаак, MKG Извлечение ванадия при электроалюминотермическом производстве феррованадия. диссертация, 2000 г.
- ^ Jump up to: а б Сутулов А.; Ван, Коннектикут Переработка ванадия https://www.britanica.com/technology/vanadium-processing#ref82021 (по состоянию на 22 марта 2018 г.).
- ^ Барселу, Д.Г. Ванадий. Журнал токсикологии: Клиническая токсикология , 1999 , 37 (2), 265–278.
- ^ Jump up to: а б с Геологическая служба США; Ванадий. Обзоры минеральных ресурсов за 2018 год: Геологическая служба США, 2018 год , 180–181.
- ^ Тиан, П.; Чжун, З.; Бай, Р.; Чжан, X.; Гао, Х. Применение различных сплавов ванадия в стали. Материалы Международной конференции по компьютерным информационным системам и промышленным приложениям 2015 , 861-864.
- ^ Britannica, TE E. Vanadium https://www.britannica.com/science/vanadium (по состоянию на 22 марта 2018 г.).
- ^ Иванова, Е.А.; Наркевич, Н.А. Покрытия, дисперсно упрочненные азотированным феррованадием и нанесенные электронно-лучевым методом. Сталь в переводе 2008 , 38 (10), 820–823.
- ^ Бумбак, К. Журнал глобальной экономики , 2011 г. , 3 (3), 30–41.