Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Результат поиска
Наименование:
курсовая работа Эколого-геохимическое картирование урбанизированной территории на примере ванадия
Информация:
Тип работы: курсовая работа.
Добавлен: 07.05.2012.
Год: 2011.
Страниц: 10.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
Федеральное
агентство по образованию
Государственного
образовательное учреждения
Профессионального
высшего образования
Петрозаводский
государственный университет
Кольский
филиал
Курсовая
работа
“Эколого-геохимическ е
картирование урбанизированной
территории
на примере ванадия”
Выполнила работу: Винярская Л.С.
Студентка 3 курса 1 группы
Экологического факультета
Специальность: Экология
Проверил работу: Колька Василий
Васильевич
Апатиты
2011г
Содержание:
Раздел 1. Геохимическая
характеристика элемента
1.1 Эколого-геохимическая
характеристика (убери лишнее, а точнее
сократи рассказы о истории элемента)
1.2 Минералы,
породы, месторождение этого элемента
1.3 Распространение
элемента: почва, растения, животные
1.4 Встречаемость
и распространение в воздухе, воде
1.5 10 особенностей
миграции
1.6 Круговорот ванадия
в природе
Раздел 2. Характеристика
урбанизация зон
1.2.1 Геологическая
характеристика
1.2.2 Географическая
характеристика
1.2.а Рельеф и
климат
1.2.б Направление
ветров
1.2.в Ландшавтные
природные особенности
Введение
В своей
работе я представляю выявить закономерности
пространственного распределения ванадия
по северо-западной части города Апатиты.
Передо мной стоят задачи:
1. Исследовать
уровень содержания и особенности распределения
ванадия
2. Выявить закономерности
пространственного распределения
ванадия.
Вана?дий - элемент
побочной подгруппы пятой группы,
четвёртого периода периодической
системы химических элементов Д.
И. Менделеева, с атомным номером
23. Обозначается символом V (лат. Vanadium).
Простое вещество ванадий - пластичный
металл серебристо-серого цвета.
ВАНАДИЙ (лат. Vanadium),
V (читается «ванадий»), химический элемент
с атомным номером 23, атомная масса
50,9415. Природный ванадий представляет
собой смесь двух нуклидов: стабильного
51V (99,76% по массе) и слабо радиоактивного
52V (период полураспада более 3,9·1017 лет).
Конфигурация двух внешних электронных
слоев 3s2p6d34s2. В периодической системе
Менделеева расположен в четвертом периоде
в группе VВ. Ванадий образует соединения
в степенях окисления от +2 до +5 (валентности
от II до V).
Ванадий - весьма
распространенный элемент: его содержание
в земной коре составляет 1,92 %, что
больше содержания таких элементов,
как Pb, Sn, Со, Ni, Zn, Сг. В свободном виде в
природе он не встречается. Минералы, богатые
ванадием, встречаются редко. Это ванадинит
(содержит 19 % V205), патронит (17-29 %), деклуазит
(22 %), купродеклуазит (17-22 %), карнотит (20
%), роскоэлит (21-29 %).
Минерал ванадий
был открыт в первой половине XIX века шведским
учёным. Наверное, поэтому его так и назвали
– в честь Ванадис, богини красоты в древнескандинавской
мифологии. Этот минерал содержится в
организме человека в очень малых количествах,
а в природе не встречается в свободном
виде – это рассеянный элемент. В природе
он содержится во многих средах – в земной
коре и в воде, и поэтому многие продукты
питания тоже содержат ванадий, но в небольших
количествах.
В начале XIX в. в
Швеции были найдены новые богатые
месторождения железной руды. Одна за
другой сооружались доменные печи. Но
что примечательно: при одинаковых условиях
некоторые из них давали железо удивительной
ковкости, в то время как из других получался
более хрупкий металл. После многих безуспешных
попыток наладить процесс выплавки высококачественного
металла в «плохих» домнах металлурги
обратились за помощью к химикам, и в 1830
г. Нильсу Сефстрему удалось выделить
из шлака «лучших» домен неизвестный черный
порошок. Сефстрем сделал вывод, что изумительную
ковкость металлу придает присутствие
в руде какого-то неизвестного элемента,
содержащегося в черном порошке.
Этот новый
элемент Сефстрем назвал ванадием в
честь легендарной Ванадис –
богини красоты древних скандинавов.
Открытие нового
элемента всегда было большой честью для
ученого. Поэтому можно представить себе
огорчение мексиканского минералога Андреса
Мануэля дель Рио, который еще в 1801 г. обнаружил
в свинцовой руде никогда не встречавшийся
прежде элемент и назвал его эритронием.
Но, усомнившись в собственных выводах,
дель Рио отказался от своего открытия,
решив, что встретился с недавно открытым
хромом.
Еще большее
разочарование постигло блестящего
немецкого химика Фридриха Вёлера.
В те же годы, что и Сефстрему,
ему довелось исследовать железные
руды, привезенные из Мексики Л. Гумбольдтом.
Те самые, что исследовал дель Рио. Вёлер
тоже нашел в них что-то необычное, но его
исследования прервала болезнь. Когда
он возобновил работу, было уже поздно
– Сефстрем обнародовал свое открытие.
Свойства нового элемента совпадали с
теми, что были занесены в один из лабораторных
журналов Вёлера.
И только в 1869 г.,
спустя 39 лет после открытия Сефстрем
а, элемент №23 впервые был выделен
в относительно чистом виде. Английский
химик Г. Роско, действуя водородом
на хлористый ванадий, получил элементарный
ванадий чистотой около 96%.
Химики называют
ванадий ультрамикроэлементом –
так называют те элементы, содержание
которых в организме не превышает
0,0001%. Со второй половины XIX века, в
течение почти 100 лет, учёные спорили:
нужен ли ванадий в организме вообще, или
следует считать его токсичным и вредным?
Однако в 1974 году роль ванадия в организме
человека была признана положительной,
так как выяснилось, что он является участником
очень многих химических реакций, и важен
для обменных процессов, а значит, и для
поддержания здоровья.
Ванадий - типичный
рассеянный элемент, в литосфере
большая его часть встречается
в комплексных полиметаллических
рудах: титаномагнетитовых, ильменит-магнетитовы ,
уран-ванадиевых, свинцово-цинковых, медных
и др. В некоторых магнетитовых, титаномагнетитовых,
осадочных железных рудах и ванадийсодержащих
фосфоритах бывает до 2,5-3,0 %. Основные запасы
комплексных полиметаллических руд сосредоточены
в ЮАР, Китае, России, США.
В России
ванадий впервые был найден в Ферганской
долине, позднее его обнаружили в керченских
железных рудах, после чего было налажено
производство отечественного феррованадия.
Богатейшими источниками ванадия оказались
уральские титаномагнетиты.
Прогнозируется,
что в ближайшем будущем источниками
извлечения ванадия могут быть оолитовые
бурые железняки (железо-фосфористые руды),
характеризующиеся низким содержанием
V205 (0,07-0,2 %), но большими запасами; углисто-кремнистые
сланцы (0,02-0,04 %); золы углей и горючих сланцев
(0,2 %); железомарганцевые конкреции океанов
(0,1 %).
В основную химическую
промышленность ванадий пришел не сразу.
Его служба человечеству началась в
производстве цветного стекла, красок
и керамики. Изделия из фарфора
и продукцию гончарных мастеров
с помощью соединений ванадия покрывали
золотистой глазурью, а стекло окрашивали
солями ванадия в голубой или зеленый
цвет. В красильном деле ванадий появился
вскоре после опубликования в 1842 г. сообщения
выдающегося русского химика Н.Н. Зинина
о получении им анилина из нитробензола.
Реакция Зинина открывала новые возможности
для развития производства синтетических
красителей. Соединения ванадия нашли
применение в этой отрасли химии и принесли
ей значительную пользу. Ведь достаточно
всего одной весовой части V2O5, чтобы перевести
200 тыс. весовых частей бесцветной соли
анилина в красящее вещество – черный
анилин. Столь же эффективным оказалось
применение соединений ванадия в индиговом
крашении. Так элемент №23 пришел в ситцепечатание,
в производство цветных хлопчатобумажных
и шелковых тканей.
Промышленность
нуждалась в ванадии и его
соединениях, но руд, богатых этим элементом,
было немного. Инженеры французской
сталелитейной фирмы «Крезо», видимо,
обратили внимание на то, что первые
соединения ванадия Сефстрем получил
не из руды, а из металлургических шлаков,
и в 1882 г. наладили их производство на той
же основе. На протяжении 10 лет завод «Крезо»
ежегодно выбрасывал на мировой рынок
по 60 т пятиокиси ванадия V2O5. Однако вскоре
спрос на соединения ванадия для получения
черного анилина резко упал, и производство
их значительно сократилось.
Но в начале
первой мировой войны химикам
вновь пришлось обратиться к элементу
№23. В эти годы сражающимся странам
потребовались громадные количества
серной кислоты. Ведь без нее невозможно
получить нитроклетчатку основу боевых
порохов. Известно, что серная кислота
получается окислением сернистого ангидрида
SO2 серный ангидрид SO3 с последующим присоединением
воды. Однако SO2 непосредственно с кислородом
реагирует крайне медленно. Окисление
сернистого ангидрида может происходить
при восстановлении двуокиси азота (на
этой реакции основан нитрозный способ
производства серной кислоты), но более
чистая и концентрированная кислота получается,
если реакцию окисления SO2 в SO3, проводить
в присутствии некоторых твердых катализаторов
(контактный метод производства).
Первым катализатором
сернокислотного контактного производства
была дорогостоящая платина. Ее, естественно,
не хватало, требовались заменители.
Ими оказались пятиокись ванадия
V2O5 и некоторые соли ванадиевых кислот,
например Ag3VO4. Они почти с таким же успехом,
как и платина, ускоряют окисление SO2, в
SO3, но обходятся значительно дешевле,
да и требуется их меньше. И главное, они
не боятся контактных ядов, выводящих
из строя платиновые катализаторы.
Катализаторы
на основе ванадия играют большую
роль и в современной химии. Их
по-прежнему можно встретить в
большинстве цехов по производству
серной кислоты, не обходятся без
них и такие важные процессы, как
крекинг нефти, получение уксусной
кислоты путем окисления спирта многие
другие.
Ванадий
и сталь
Если химическая
промышленность нуждается, прежде всего,
в соединениях ванадия, то металлургии
необходимы сам металл и его сплавы.
Ванадий – один из главных легирующих
элементов.
Поучительный, но,
в общем-то, случайный опыт шведских металлургов
с «плохими» и «хорошими» донами не стал
основной для широкого внедрения ванадия
в металлургию. Произошло это значительно
позже.
В 1905 г.,
на заре автомобилестроения, во время
гонок в Англии одна из французских
машин разбилась вдребезги. Один из обломков
двигателя этой машины попал в руки Генри
Форда, присутствовавшего на состязаниях.
Обломок удивил будущего «автомобильного
короля»: металл, из которого он был изготовлен,
сочетал исключительную твердость с вязкостью
и легкостью. Вскоре лаборатория Форда
установила, что этот металл – сталь с
добавками ванадия.
Не считаясь
с затратами, Форд организовал исследования.
После нескольких неудач из его лаборатории
вышла ванадиевая сталь необходимого
качества. Она сразу дала возможность
облегчить автомобили, сделать новые машины
прочнее, улучшить их ходовые качества.
Снизив цены на автомобили благодаря экономии
металла, Форд смог привлечь массу покупателей.
Это дало ему повод сказать: «Если бы не
было ванадия, то не было бы и моего автомобиля».
Однако
еще за 10 лет до того, как Форд
узнал о существовании ванадиевой
стали, французские инженеры выплавляли
ее и получали высококачественные броневые
плиты. Из этой стали были сделаны
и первые пушки, установленные на самолетах.
Необходимость
броневой защиты для пехоты и артиллерийских
расчетов стала особенно очевидной
в ходе первой мировой войны, когда
пришлось столкнуться с орудийным
и пулеметно-ружейным огнем невиданной
прежде интенсивности. Первоначально
для изготовления касок и щитов орудий
применяли сталь с большим содержанием
кремния и никеля, но испытания на полигоне
показали ее непригодность. Сталь, содержащая
всего 0,2% ванадия, оказалась более прочной
и вязкой. К тому же она была легче. Хромованадиевая
сталь еще прочнее. Она хорошо сопротивляется
удару и истиранию. Кроме того, она обладает
достаточно высокой усталостной прочностью.
Поэтому со стали широко применять в военной
технике: для изготовления коленчатых
валов корабельных двигателей, отдельных
деталей торпед, авиамоторов, бронебойных
снарядов.
Можно сократи
до : открыл Ванадивую стал Г.Форд и
т.д.
Стали, содержащие
ванадий, не утратили своего значения
и поныне. Элемент №23 придает
стали такие качества как прочность,
легкость, устойчивость к воздействию
высоких температур, гибкость. Чем объяснить
столь широкий диапазон полезных свойств?
Ответить на этот вопрос помогает сам
ванадий. Он – один из «откровенных» металлов.
Как это понимать?
Известно, что
наилучшую прокаливаемость стали
придает молибден, наибольшую вязкость
сталь приобретает от введения никеля,
а ее магнитные свойства усиливаются присутствием
кобальта. Далеко не всегда можно точно
сказать, почему та или иная легирующая
добавка придает стали определенные качества.
А вот о причинах улучшения свойств стали
ванадием многое известно достаточно
полно и достоверно.
Давно установлено,
что расплавленная сталь поглощает
много газов, прежде всего кислорода
и азота. Когда металл остывает, газы
остаются в слитках в виде мельчайших
пузырьков. При ковке пузырьки вытягиваются
в нити (волосовины) и прочность слитка
в разных направлениях становится неодинаковой.
Ванадий, введенный в сталь, активно реагирует
с кислородом и азотом, продукты этих реакций
всплывают на поверхность металла жидким
шлаком, который удаляется в процессе
плавки. Тем самым повышается прочность
отливок, оставшийся ванадий раньше других
элементов взаимодействует с растворенным
в стали углеродом, образуя твердые и жаростойкие
соединения – карбиды. Карбиды ванадия
плохо растворяются в железе и неравномерно
распределяются в нем, препятствуя образованию
крупных кристаллов. Сталь получается
мелкозернистой, твердой и ковкой. Структура
ванадиевой стали сохраняется и при высоких
температурах. Поэтому резцы из нее меньше
подвержены деформациям в процессе обработки
детали на больших скоростях, а штампы
незаменимы для горячей штамповки. Мелкокристаллическая
структура обусловливает также высокую
ударную вязкость и большую усталостную
прочность ванадиевой стали. Практически
важно еще одно ее качество – устойчивость
к истиранию. Это качество можно наглядно
проиллюстрировать таким примером: за
тысячу часов работы стенки цилиндров
дизель-моторов, изготовленных из углеродистой
стали, изнашиваются на 0,35...0,40 мм, а стенки
цилиндров из ванадиевой стали, работавших
в тех же условиях, – лишь на 0,1 мм.
Физические
и химические свойства:
Ванадий имеет
объемноцентрированну кубическую
решетку с периодом а=3,0282A. В чистом
состоянии Ванадий ковок, легко
поддается обработке давлением.
Плотность 6,11 г/см3; tпл 1900°С, tкип 3400°С;
удельная теплоемкость (при 20-100°С) 0,120
кал/г·град; термический коэффициент линейного
расширения (при 20-1000°С) 10,6·10-6 град-1; удельное
электрическое сопротивление при 20°С
24,8·10-8ом·м (24,8·10-6 ом·см); ниже 4,5 К Ванадий
переходит в состояние сверхпроводимости.
Механические свойства Ванадия высокой
чистоты после отжига: модуль упругости
135,25 н/м2 (13520 кгс/мм2), предел прочности
120 мн/м2 (12 кгс/мм2), относительное удлинение
17%, твердость по Бринеллю 700 мн/м2 (70 кгс/мм2).
Примеси газов резко снижают пластичность
Ванадия, повышают его твердость и хрупкость.
Химические свойства
Ванадия. При обычной температуре Ванадий
не подвержен действию воздуха, морской
воды и растворов щелочей; устойчив к неокисляющим
кислотам, за исключением плавиковой.
По коррозионной стойкости в соляной и
серной кислотах Ванадий значительно
превосходит титан и нержавеющую сталь.
При нагревании на воздухе выше 300°С Ванадий
поглощает кислород и становится хрупким.
При 600-700°С Ванадий интенсивно окисляется
с образованием оксида V2O5, а также и низших
окислов. При нагревании Ванадия выше
700°С в токе азота образуется нитрид VN
(tкип 2050°С), устойчивый в воде и кислотах.
С углеродом Ванадий взаимодействует
при высокой температуре, давая тугоплавкий
карбид VC (tпл 2800°С), обладающий высокой
твердостью.
Ванадий дает соединения,
отвечающие валентностям 2, 3, 4 и 5; соответственно
этому известны оксиды: VO и V2O3 (имеющие
основной характер), VO2 (амфотерный) и V2O5
(кислотный). Соединения 2- и 3-валентного
Ванадия неустойчивы и являются сильными
восстановителями. Практическое значение
имеют соединения высших валентностей.
Склонность Ванадий к образованию соединений
различной валентности используется в
аналитической химии, а также обусловливает
каталитические свойства V2О5. Оксид Ванадия
(V) растворяется в щелочах с образованием
ванадатов.
ванадий по внешнему
виду похож на сталь, это достаточно
твердый, но вместе с тем пластичный
металл. Температура плавления 1920°C,
температура кипения около 3400°C,
плотность 6,11 г/см3. Кристаллическая решетка
кубическая объемно центрированная, параметр
а = 0,3024 нм.
Химически
ванадий довольно инертен. Он
стоек к действию морской воды,
разбавленных растворов соляной,
азотной и серной кислот, щелочей.
С кислородом (O) ванадий образует
несколько оксидов: VO, V2O3, V3O5, VO2,V2O5. Оранжевый
V2O5 — кислотный оксид, темно-синий VO2 —
амфотерный, остальные оксиды ванадия
— основные. С галогенами ванадий образует
галогениды составов VX2 (X = F, Cl, Br, I), VX3, VX4
(X = F, Cl, Br), VF5 и несколько оксогалогенидов
(VOCl, VOCl2, VOF3 и др.).
Соединения
ванадия в степенях окисления
+2 и +3 — сильные восстановители,
в степени окисления +5 проявляют
свойства окислителей. Известны
тугоплавкий карбид ванадия VC
(tпл = 2800°С), нитрид ванадия VN, сульфид ванадия
V2S5, силицид ванадия V3Si и другие соединения
ванадия.
При взаимодействии
V2O5 с основными оксидами образуются
ванадаты — соли ванадиевой
кислоты вероятного состава H2[O(V2O5)2.5].
История открытия:
ванадий открыт в 1801 году мексиканским
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. Однако впоследствии
он решил, что им обнаружен не новый элемент,
а разновидность хрома (Cr), открытого четырьмя
годами ранее и еще почти не изученного.
В 1830 мексиканским минералом занялся немецкий
химик Ф. Велер, однако, отравившись фтористым
водородом, он на несколько месяцев прекратил
исследования. В том же году шведский химик
Н. Сефстрем обратил внимание на наличие
в железной руде примеси, в которой наряду
с известными элементами оказалось какое-то
новое вещество. В результате анализа
в лаборатории Й. Берцелиуса было доказано,
что открыт новый элемент. Этот элемент
образует соединения с красивой окраской,
отсюда и название элемента, связанное
с именем скандинавской богини красоты
Ванадис. В 1831 Велер доказал тождественность
эритрония и ванадия, но за элементом сохранилось
название, данное ему Сефстремом и Берцелиусом.
Нахождение в
природе: в природе ванадий в
свободном виде не встречается, относится
к рассеянным элементам. Содержание
ванадия в земной коре 1,6·10–2% по
массе, в воде океанов 3.10–7%. Важнейшие
минералы: патронит V(S2)2, ванадинит Pb5(VO4)3Cl
и некоторые другие. Основной источник
получения ванадия — железные руды, содержащие
ванадий как примесь.
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
– 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.
Общие мировые
промышленные запасы ванадия
в рудах (в пересчете на V205)
составляют около 28 млн. тонн,
а прогнозные оцениваются в
100 млн. тонн, что при достигнутом
уровне использования способно
удовлетворять мировые потребности
в течение 700 лет. Наибольшие запасы
(около 65 %) сосредоточены в осадочных месторождениях
— битуминозных сланцах, сырой нефти и
нефтеносных песках, фосфатных породах.
В настоящее время ванадий в основном
извлекают из титаномагнетитовых, а также
ильменит-магнетитов х руд, но и запасы
титаномагнетитов могут обеспечить потребности
промышленности в ванадии на сотни лет.
Тем не менее роль техногенного сырья
(продукты нефтепереработки, шлаки, золы)
для его получения непрерывно возрастает.
Богатый источник
металлов, в первую очередь ванадия и никеля,
— нефть. Содержание ванадия в нефти колеблется
в пределах 10,2-10,5 %, а никеля — на порядок
меньше. В 1 т нефти тяжелых сортов может
содержаться до 300 г ванадия и около 40 г
никеля. В битумах эти показатели в 7-10
раз больше. Преобладающая часть (иногда
до 98 %) ванадия, присутствующего в сырой
нефти, аккумулируется в получаемых после
перегонки нефтяных остатках.
В процессе
нефтепереработки ванадия и никеля,
как и другие тяжелые металлы,
переходят в тяжелые высокотемпературные
фракции, прежде всего в мазуте, в котором
их концентрация возрастает в десятки
раз. Тяжелые фракции сжигают на ТЭС, при
этом их органическая часть сгорает, а
неорганическая оседает на поверхностях
котлоагрегатов и газовых трактов. В результате
содержание ванадия в золошлаковых отходах
(ЗШО) ТЭС возрастает до 20-40 %, а никеля —
до 5-12 %.
Таким образом,
в нефти заключены значительные
запасы ванадия, что позволит
в ближайшем будущем расширить
сырьевую базу его производства.
По-видимому, наиболее заметную роль будет
играть ванадий содержащая нефть Венесуэлы,
а также нефть некоторых месторождений
Ирана, Кувейта и Саудовской Аравии, в
1 т которой содержится 20-180 г ванадия. По
предварительным оценкам, разведанные
в России запасы нефти содержат 7-10 млн.
тонн ванадия.
По микроэлементному
составу нефтей и их фракций
накоплен обширный материал. Гораздо
меньше сведений имеется о
том, в каких формах эти элементы
существуют в нефти и какова
структура содержащих их соединений.
До сих пор достоверно не
выяснена точная химическая структура
ни одного нефтяного вещества, содержащего
микроэлемент, за исключением порфириновых
комплексов ванадила и никеля.
Порфирины
представляют собой широко распространенные
в живой природе пигменты, в
основе молекул которых лежит
порфинструктура из четырех колец пиррола
(например, биологически важные комплексы
порфирина с железом — гемоглобин, с магнием
— хлорофилл). Порфирины обнаружены в
нефти, битумах и ископаемых органических
остатках.
При переработке
битуминозных сланцев, нефтеносных
песков, фосфатных пород металл накапливается
в различных отходах: шлаках, шламах, золах,
складируемых в огромных количествах
в непосредственной близости от перерабатывающих
предприятий. В последнее время накопители
промышленных отходов некоторых металлургических
предприятий с полным основанием могут
рассматриваться в качестве техногенных
месторождений, которые уже сегодня становятся
важными источниками сырья, в частности
ванадиевого.
Особо следует
отметить, что растворимые и пылевые
формы ванадия, содержащиеся в отходах
и промежуточных продуктах ванадиевого
и ряда других производств, представляют
серьезную экологическую опасность. Соединения
ванадия токсичны, они могут поражать
органы дыхания, пищеварения, кровеносную
и нервную системы, а также вызывать воспалительные
и аллергические заболевания кожи.
В России ванадий
впервые был найден в Ферганской
долине у перевала Тюя-Муюн (в переводе
с киргизского – Верблюжий
горб). Из этих руд «Ферганское общество
по добыче редких металлов» извлекало
в небольших количествах соединения
ванадия и урана и продавало их за границу.
Большую же часть ценных компонентов руды,
в том числе радий, извлекать не умели.
Только после установления Советской
власти богатства Тюя-Муюна стали использоваться
комплексно.
Позднее ванадий
обнаружили в керченских железных рудах,
и было налажено производство отечественного
феррованадия. Богатейшими источниками
ванадия оказались уральские титаномагнетиты.
Вместе с керченской рудой они освободили
нашу промышленность от необходимости
ввоза ванадия из-за рубежа. В 1927 г. ванадий
был обнаружен в Сулейман-Сае, около нынешнего
г. Джамбула. В наши дни поставщиками ванадия
стали также месторождения центрального
Казахстана, Киргизии, Красноярского края,
Оренбургской области. В горе Качканар
на Урале заключено 8 млрд т железной руды,
и разработка ее началась лишь в 60-е годы.
Руда эта беднее, и... ценнее руд всемирно
известных железных гор – Высокой и Благодати,
потому что из недр Качканара добывается
не только железо, но и ванадий
Получение ванадия
Из ванадийсодержащих
руд (или их концентратов) ванадий
извлекают либо непосредственным выщелачиванием
растворами кислот и щелочей, либо выщелачиванием
продукта окислительного обжига (в
смеси с поваренной солью) водой
или разбавленными кислотами. Из
растворов путем гидролиза выделяют оксид
ванадия (V) V2O5, который используют для
выплавки феррованадия, а также производства
металлического ванадия.
Ванадийсодержащие
железные руды перерабатывают на сталь
с получением ванадиевых шлаков. Шлаки
подвергают обжигу в смеси с NaCl. Обожженный
продукт выщелачивают водой, а затем слабыми
сернокислыми растворами, после чего получают
технический оксид ванадия (V).
Металлический
ванадий получают либо непосредственным
восстановлением оксида (V), либо в
две стадии, т. е. сначала восстанавливают
оксиды (V) до низшего оксида с использованием
одного восстановителя, а затем низший
оксид — до металла другим восстановителем.
Разработан ряд
методов получения металлического
ванадия: кальциетермический, при котором
ковкий ванадий получают методом восстановления
оксидов ванадия кальцием; алюминотермический,
когда основным восстановителем металла
является алюминий; метод вакуумного углетермического
восстановления оксидов ванадия (использование
углерода наиболее перспективно); хлоридный,
при котором хлорид ванадия (VCl3) восстанавливается
жидким магнием.
Существует также
йодидный метод, заключающийся в
диссоциации йодида (VI2) и обеспечивающий
получение ванадия наиболее высокой
чистоты, однако этот метод пока может
быть использован лишь для получения небольших
количеств высокочистого металла.
Каждый из рассмотренных
методов имеет свои преимущества
и недостатки, поэтому выбор того
или иного метода определяется задачами
в отношении качества конечного
продукта, а также экономическими
соображениями и возможностями осуществления
самого процесса.
Получение: в
промышленности при получении ванадия
из железных руд с его примесью
сначала готовят концентрат, в
котором содержание ванадия достигает
8-16%. Далее окислительной обработкой
ванадий переводят в высшую степень окисления
+5 и отделяют легко растворимый в воде
ванадат натрия (Na) NaVO3. При подкислении
раствора серной кислотой выпадает осадок,
который после высушивания содержит более
90% ванадия.
Первичный
концентрат восстанавливают в доменных
печах и получают концентрат ванадия,
который далее используют при выплавке
сплава ванадия и железа — так называемого
феррованадия (содержит от 35 до 70% ванадия).
Металлический ванадий можно приготовить
восстановлением хлорида ванадия водородом
(H), кальцийтермическим восстановлением
оксидов ванадия (V2O5 или V2O3), термической
диссоциацией VI2 и другими методами.
Применение: ванадий
в основном используется как легирующая
добавка при получении износоустойчивых,
жаропрочных и коррозионно-стойких
сплавов (прежде всего, специальных сталей),
как компонент при получении магнитов.
Оксид ванадия V2O5 служит эффективным катализатором,
например, при окислении сернистого газа
SO2 в серный газ SO3 при производстве серной
кислоты. Соединения ванадия находят разнообразное
применение в различных отраслях промышленности
(текстильной, стекольной, лакокрасочной
и др.).
Биологическая
роль: ванадий постоянно присутствует
в тканях всех организмов в ничтожных
количествах. В растениях его
содержание (0,1-0,2%) значительно выше, чем
в животных (1·10–5-1·10–4%). Некоторые морские
организмы — мшанки, моллюски и, особенно,
асцидии — способны концентрировать ванадий
в значительных количествах (у асцидий
ванадий находится в плазме крови или
специальных клетках — ванадоцитах). По-видимому,
ванадий участвует в некоторых окислительных
процессах в тканях. Мышечная ткань человека
содержит 2·10–6% ванадия, костная ткань
— 0,35·10–6%, в крови — менее 2·10–4% мг/л.
Всего в организме среднего человека (масса
тела 70 кг) 0,11 мг ванадия. Ванадий и его
соединения токсичны. Токсическая доза
для человека 0,25 мг, летальная доза — 2-4
мг. Для V2O5 ПДК в воздухе 0,1-0,5 мг/м3.
Поведение ванадия
в почвах изучено недостаточно. Норриш
сообщил, что значительное количество
ванадия в почвах связано с оксидами железа,
причем в этой форме он наиболее подвижен
и поэтому доступен для растений. Берроу
и др. отметили, что в определенных горизонтах
подзолистых почв формы ванадия, связанные
с глинистыми минералами и органическими
кислотами, играют более важную роль, нежели
формы, адсорбированные оксидами железа.
По данным ряда авторов, большая часть
почвенного ванадия, главным образом ванадил-катион,
может образовывать комплексы с гуминовыми
кислотами. Известно, что анионные формы
ванадия отличаются мобильностью в почвах
и относительно более высокой токсичностью
для микробиоты почв.
В настоящее
время не ясно, является ли ванадий
жизненно необходимым элементом
для высших растений. В то же время
его незаменимость для зеленых
водорослей несомненна, и он известен
как стимулятор процесса фотосинтеза
в этих организмах. Есть основания полагать,
что ванадий является специфическим катализатором
в процессах фиксации молекулярного азота,
а в качестве переносчика N2 он может частично
замещать в этой функции молибден. Добрицкая
приводит данные о высоком содержании
ванадия в клубеньках некоторых бобовых
растений (3—12 мг/кг сухой массы), что позволяет
предполагать связь этого элемента с биофиксацией
молекулярного азота. Тем не менее случаев
дефицита ванадия у высших растений отмечено
не было, а Уэлч и Кэри считают, что если
ванадий и необходим для растений, то в
количестве не более 2 мкг/кг сухой массы.
Растворимый
ванадий легко поглощается корневой
системой растений, а некоторые
их виды обладают способностью
активно концентрировать этот металл.
Петрунина, обобщив материалы по этому
вопросу, показала, что и т.д.................
