Pemprosesan vanadium, penyediaan logam untuk digunakan dalam pelbagai produk.
Vanadium (V) adalah logam perak keabu-abuan yang struktur kristalnya adalah kisi kubik (bcc) berpusat pada badan, dengan titik lebur 1,926 ° C (3,499 ° F). Logam digunakan terutamanya sebagai tambahan paduan pada keluli rendah kekuatan tinggi (HSLA) dan, pada tahap yang lebih rendah, pada keluli alat dan besi dan besi tuang. Ia juga merupakan penguat penting bagi aloi titanium. Aloi vanadium adalah calon yang menjanjikan untuk aplikasi dalam reaktor nuklear. Logam diakui sebagai bahaya industri, bagaimanapun, kerana pernafasan bahan partikulat dengan kandungan vanadium yang tinggi telah diperhatikan menyebabkan batuk kering yang kuat disertai dengan kerengsaan hidung, mata, dan tekak.
Sejarah
Penemuan vanadium pertama kali dituntut pada tahun 1801 oleh pakar mineralogi Sepanyol, Andrés Manuel del Río, yang memberikannya nama eritronium, setelah warna merah salah satu sebatian kimianya (eritros Yunani, "merah"). Pada tahun 1830 seorang ahli kimia Sweden, Nils Gabriel Sefström, menemui semula elemen tersebut dan menamakannya vanadium, setelah Vanadis, dewi kecantikan Skandinavia, kerana warna-warna indah dari sebatiannya dalam larutan. Ahli kimia Inggeris Henry Enfield Roscoe mula-mula mengasingkan logam dengan pengurangan hidrogen vanadium diklorida pada tahun 1867, dan ahli kimia Amerika John Wesley Marden dan Malcolm N. Rich memperoleh vanadium kemurnian 99.7 peratus dengan proses pengurangan kalsium pada tahun 1925.
Sejak awal 1900-an, vanadium telah digunakan sebagai unsur paduan untuk keluli dan besi. Pada tahun 1905, Antena Riza Patron menemui deposit asfaltit besar yang mengandungi bijih vanadium yang kaya di Mina Ragra, Peru. Dua tahun kemudian, Syarikat Vanadium Amerika menghasilkan ferrovanadium pada skala komersial untuk pertama kalinya. Setelah titanium menjadi bahan pembinaan aeroangkasa pada tahun 1950-an, vanadium melihat penggunaan yang luas dalam aloi titanium.
Bijih
Mineral vanadium yang penting ialah patronit (VS 4), karnotit [K 2 (UO 2) 2 (VO 4) 2], dan vanadinit, [Pb 5 (VO 4) 3 Cl]. Deposit bijih yang ditambang semata-mata untuk vanadium jarang berlaku kerana banyak vanadium pada batuan igneus terjadi dalam keadaan sepele yang tidak larut, menggantikan besi besi dalam feromagnesium silikat, magnetit (bijih besi), ilmenit (bijih titanium), dan kromit.
Tambang vanadium terbesar di dunia berasal dari rizab magnetit titaniferus di wilayah seperti Bushveld Afrika Selatan, Massif Kachkanar dari Pergunungan Ural, dan provinsi Szechwan China. Bijih Carnotite di batu pasir Colorado Plateau telah ditambang untuk vanadium dan uranium. Sumber vanadium lain termasuk abu dari pembakaran bahan bakar fosil, terak dari bijih fosfat, bauksit bijih aluminium, dan pemangkin bekas.
Perlombongan
Oleh kerana vanadium pada dasarnya adalah hasil sampingan bijih yang ditambang untuk mineral lain, mereka ditambang dengan kaedah yang khas untuk bijih tersebut.
Pengekstrakan dan penapisan
Vanadium pentoksida
Bijih magnetit Titaniferous sebahagiannya dikurangkan dengan arang batu dalam tanur putar dan kemudian dicairkan di dalam relau. Ini menghasilkan sanga yang mengandungi sebahagian besar titanium dan besi babi yang mengandungi sebahagian besar vanadium. Setelah menghilangkan terak, besi babi cair ditiup dengan oksigen untuk membentuk sanga baru yang mengandung 12-24 persen vanadium pentoksida (V 2 O 5), yang digunakan dalam pemprosesan selanjutnya logam.
Vanadium diekstrak dari karnotit sebagai produk sampingan dengan uranium dengan mencairkan kepekatan bijih selama 24 jam dengan asid sulfurik panas dan oksidan seperti natrium klorat. Selepas penyingkiran pepejal, larut larut dimasukkan ke dalam rangkaian pengekstrakan pelarut di mana uranium diekstraksi dalam pelarut organik yang terdiri daripada 2.5-persen-amina-2.5-persen-isodecanol-95-persen-minyak tanah. Vanadium kekal di rafinat, yang dimasukkan ke dalam rangkaian pengekstrakan pelarut kedua. Di sana vanadium diekstraksi dalam fasa organik, dilucutkan dengan larutan abu soda 10 peratus, dan diendapkan dengan ammonium sulfat. Endapan amonium metavanadate disaring, dikeringkan, dan dikalsinasi hingga V 2 O 5.
Sebilangan besar bijih atau sanga yang mengandungi vanadium dihancurkan, digiling, disaring, dan dicampurkan dengan garam natrium seperti natrium klorida atau natrium karbonat. Muatan ini kemudian dipanggang sekitar 850 ° C (1,550 ° F) untuk menukar oksida menjadi natrium metavanadate, yang dapat dicairkan dalam air panas. Dengan pengasidan larut larut dengan asid sulfurik, vanadium diendapkan sebagai natrium heksavanadat. Sebatian ini, yang dikenali sebagai kek merah, dapat menyatu pada suhu 700 ° C (1.300 ° F) untuk menghasilkan pentoksida vanadium kelas teknikal (sekurang-kurangnya 86 peratus V 2 O 5, atau dapat disucikan lebih lanjut dengan melarutkannya dalam larutan berair natrium karbonat. Dalam kes terakhir, kekotoran besi, aluminium, dan silikon dalam kek merah mendakan dari larutan setelah penyesuaian keasidan. Vanadium diendapkan sebagai amonium metavanadate dengan menambahkan amonium klorida. Setelah penapisan, endapan dikalsinasi menjadi menghasilkan ketulenan V 2 O 5 lebih besar daripada 99.8 peratus.
Ferrovanadium
Produksi ferrovanadium, yang mengandung 35-80 persen vanadium, dilakukan dalam tungku busur elektrik. Besi sekerap mula-mula dicairkan, dan campuran V 2 O 5, aluminium, dan fluks seperti kalsium fluorida atau kalsium oksida ditambahkan. Dalam tindak balas berikutnya, logam aluminium ditukar menjadi alumina, membentuk terak, dan V 2 O 5 diturunkan menjadi logam vanadium, yang dilarutkan dalam besi cair. Oleh kerana reaksi pengurangan pengoksidaan ini bersifat eksotermik, bekalan haba hanya perlu mengembangkan suhu penyaluran 950 ° C (1,750 ° F). Selepas menyalakan, elektrod ditarik sehingga tindak balas selesai; mereka kemudian dimasukkan kembali ke dalam terak cair dan tungku dipanaskan semula untuk memperbaiki pengendapan.
Proses aluminotermik juga dapat dilakukan dalam periuk besi berlapis tahan api atau tembaga yang disejukkan dengan air. Cas V 2 O 5, besi oksida, dan aluminium dinyalakan dengan sekering barium-peroksida atau pita magnesium.
