Мазмұны

3.3 Металдық ванадийді алу

Металлдық ванадийді алу және тазарту әдісі оны қолданудың нақты саласына байланысты металдың тазалығына қойылатын талаптармен анықталады.
Таза түрінде ванадий, басқа қиын балқитын металдар (титан, цирконий, ниобий) сияқты, ванадий йодидінің термиялық диссоциациясы арқылы алынады.
Ең көп таралғандары: \(\small \text{V}_2\text{O}_5\) –дін кальцийтермиялық және алюминийтермиялық тотықсыздандыру әдістері. Реакция экзотермиялық; бөлінетін жылу үлкен шоғырларға жиналатын ванадийді еріту үшін жеткілікті. Реакция магнезит тигеліндегі герметикалық болат ыдысында жүзеге асырылады. Металдың тазалығы 99,5% құрайды, бұл суықта қалыңдығы 0,08 мм фольгаға оңай илемдеуді қамтамасыз етеді.
\[
\small \text{V}_2\text{O}_5 + \text{Ca} = 2\text{V} + 5\text{CaO} + 1460 \, \text{кДж} \quad (1.121)
\]
Металлтермиялық әдістің кемшіліктері: 1) тотықсыздандырғыштың үлкен шығыны; 2) бастапқы материалдардың тазалығына және ыдыстың төсеміне қойылатын жоғары талаптар; 3) металдағы оттегі мөлшерін төмендету мүмкіндігі шектеулі (мысалы, кальцийдің оттегіге тартымдылығы температураның жоғарылауымен төмендейді); 4) ванадийді бөліп алу дәрежесі 50-84%; 5) жарылыс қаупі, төмен өнімділік және процестің периодтылығы.
Ванадий алудың перспективті әдісі - оның оксидтерін вакуумда көміртегімен \( \small 1250-1700 \, ^\circ C \) температурада тотықсыздандыру. Химиялық таза бастапқы материалдарды, әсіресе ұшпайтын компоненттерді пайдалану спектрлік таза металды өндіруге мүмкіндік береді. Жоғары вакуум және реакция аймағынан газдарды үздіксіз шығару қоспаларының аз болуын қамтамасыз етеді. Карботермиялық әдістің артықшылығы - арзан тотықсыздандырғыш, оның жоғары вакуумдағы тотықсыздандыру қабілеті кальций мен магнийдің тотықсыздандыру қабілетінен асып түседі, кез-келген кезеңде процесті үздіксіз бақылау және түзету мүмкіндігі, жоғары өнімділік және экстракция дәрежесі.
Магний, литий, натрий, калий, кальций, цирконий, сутегі арқылы \( \small \text{VCl}_3 \) және \( \small \text{VCl}_2 \) тотықсыздануының бірқатар әдістері белгілі (1.51-сурет).

1.51-сурет. \( \small \text{VCl}_3 \)-ті магниймен тотықсыздандыру құрылымының сызбасы.

Электронды бомбалау арқылы вакуумда қайта балқыту металдың тазалығын едәуір арттырады. Металдың тазалығын арттырудың тағы бір әдісі – электрлі рафинирлеу. Бір әдіс бойынша балқыма электролит ретінде келесі құрамдағы қоспа қолданылды: 620 ℃ температурада 51% \( \small \text{KCl} \), 41% \( \small \text{LiCl} \), 8% \( \small \text{VCl}_2 \). Кальцийтермиялық әдіспен алынған 99,47% тазалықтағы ванадий анод ретінде, ал молибден өзегі катод ретінде қызмет етті. Процесс электродтардағы кернеу 0,30-0,54 В кезінде инертті газ атмосферасында жүргізілді.

1.32- кесте. 2-ші кезеңнен кейін бастапқы және тазартылған ванадийдегі қоспалардың мөлшері -104 ,% :

Сынама	Al	C	Fe	Mn	Mo	N	O	Si	Ti
Ванадийқұрамындағықоспалар	30	410	320	20	125	2416	1370	498	24
Электрментазартуданкейінгісынамада	1	10	1	1	1	10	70	15	1

Алынған ванадий жоғары иілгіш қасиет көрсетті және ядролық реактор бөлшектерін жасау үшін қолданылды.
Ванадийді рафинирлеудің тиімді әдісі - вакуумдық катодты сәулелік зоналық балқыту. Бұл жағдайда металды тазарту зоналық рафинирлеу және қоспа элементтерінің басым булануы арқылы жүзеге асырылады. Егер қоспаны балқымадан газ фазасына массалық тасымалдау процесінің шектеу сатысы оның балқыма бетінен булану жылдамдығына тәуелді болса, онда бөлу коэффициентін келесі формула бойынша есептеуге болады:
\[
\small k = \frac{p_i^0}{p_{Me}^0} e^{\left(-\frac{\Delta H}{RT}\right)} \frac{M_{Me}}{M_i} \quad (1.122)
\]
\(\small p^{0}_{i}\) және \(\small p^{0}_{Me}\) - рафинирленетін металдың қоспа \(i\) компонентінің бу қысымы; \(\small M_{i}\) және \(\small M_{Me}\) - қоспа мен негізгі компоненттің молекулалық массалары; \(\small \Delta H\) - металл-қоспа интерметалдық қосылысының түзілу энтальпиясы; \(\small T\) - балқу температурасы; \(\small R\) - әмбебап газ тұрақтысы.
1 мм/мин зонаның қозғалыс жылдамдығында ванадийді ұшқыш қоспалардан тазарту дәрежесі: Fe үшін 100, Al - 1170, Ni - 5000. Ұшқыш қоспалардан тазарту (\(\small \text{Mo}, \small \text{Nb}, \small \text{Hf}, \small \text{Zr}\)) зоналық қайта кристалдану арқылы балқудың төмен жылдамдығында да байқалады. Зонаның үлкен қозғалыс жылдамдығында және қоспаның төмен концентрациясында тазарту дәрежесі төмендейді, өйткені масса алмасу процесінің шектеу сатысы қоспаның балқыма бетіне диффузиясы болып табылады.
Таза ванадий - әдетте пластикалық метал. Алайда, ванадийдің механикалық қасиеттері оның тазалық дәрежесіне байланысты. Металдың сапасы құрамында көміртегі, оттегі, азот және сутегі қоспаларының мөлшері аз болғанда күрт нашарлайды. Ванадийді алу кезінде олардан құтылу қиынға соғады. Салыстырмалы мөлшерде басқа элементтердің қоспалары, енгізу қоспаларына қарағанда, ванадийдің сапасын нашарлатады.