Свойства ванадия и его соединений
ГЛАВА 10. ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ
ФЕРРОВАНАДИЯ
Свойства ванадия и его соединений
Ванадий элемент V группы Периодической системы Д.И.Менделеева, порядковый номер 23, атомная масса 50,941, электронная конфигурация атома 3d33p4, температура плавления 1920оС температура кипения 3400оС, плотность при 20оС 6,11 г/см3.
Система V–Fe (рис. 10.1). С железом ванадий образует непрерывных ряд твердых растворов с минимальной температурой плавления 1740 K. Ниже 1504 K существует s-фаза в широком температурном интервале.
Рис. 10.1. Диаграмма равновесного состояния системы V–Fe
Система V–C (рис. 10.2). Ванадий с углеродом образует карбиды по реакциям 2V + C = V2C; ∆G = –90850 + 109,8Т, Дж/моль при 973-1273 K; V + C = VC; ∆G = -52380 + 6,7Т, Дж/моль при 298-2000 K.
Температура плавления VC составляет 2648оС.
Система V–Si (рис. 10.3). Известны силициды ванадия V3Si, V5Si3, V5Si4 и VSi2. Область гомогенности VSi2 незначительна. Границы области гомогенности V3Si проходит в пределах 21,4 и 25% (ат.) Si.
Рис. 10.2.Диаграмма равновесного состояния системы V–C
Рис. 10.3. Диаграмма равновесного состояния системы V–Si
Энтальпия образования силицида V5Si3 ∆Н = –402 кДж/моль, VSi2 – ∆Н = –113 кДж/моль.
Система V–Al (рис. 10.4). В системе образуется ряд химических соединений ванадия с алюминием. Алюминиды VАl3 и V5Al8 плавятся инконгруэнтно при 1360 и 1670оС соответственно.
Рис. 10.4. Диаграмма равновесного состояния системы V–Al
Система V–O (рис. 10.5). Ванадий с кислородом образует ряд оксидов VO, V2O3 и V2O5. Температуры плавления приведенных оксидов соответственно равны: 1790, 1957 и 680оС. Плотность оксида VO равна 5,76 г/см3, V2O3 4,87 – г/см3, V2O5 – 3,36 г/см3. С увеличением степени окисления ванадия усиливаются кислотные свойства оксидов, а также их химическая стойкость. Как следует из данных рис. 10.5, для многих оксидов ванадия характерны довольно широкие области гомогенности.
Зависимость изменения энергии Гиббса реакций образования VO и V2O5 от температуры описывается следующими уравнениями:
V(т) + O2 = VO(т);
∆G = –402240 + 74,49Т, Дж/моль О2;
2V + O2 = V2O5(ж);
∆G = –1451840 + 317,7Т, Дж/моль О2.
В системе V–Fe–O образуется соединение FeV2O4 с кри-сталлической структурой типа шпинели, а также ряд твер-
дых растворов с широкими интервалами гомогенности.
Рис. 10.5. Диаграмма равновесного состояния системы V–O: a–V2O3;
b–V4O; g–V2O; d–VO; h–V2O3; пентаоксид ванадия V2O5
Система V5O2–CaO (рис. 10.6). Система изучена в интервале 10–73% СаО. Установлено 5 нонвариантных равновесий при температурах 615, 755, 995, 1340 и 1365оС. Подтверждено существование трех ванадатов кальция СаО∙V2O5 (23,55% CaO), 2CaO∙V2O2 (38,15% CaO) и 3CaO∙V2O5 (48,05% CaO), плавящихся конгруэнтно при температурах 715, 1015 и 1405оС соответственно. В системе имеется три эвтектических состава: Е1 (25% СаО), t = 775оС; Е2 (39,% СаО), t = 995оС; Е3 (50,5% СаО), t = 1340оС. Соединение 4СаО∙V2O5 (52,22% СаО) плавится инконгруэнтно и образует перитектику при 1365оС. Структура 4СаО∙V2O5 подобна 4СаО∙Р2O5. Других соединений в системе V2O5–СаО вплоть до 73% СаО не обнаружено.
Рис. 10.6. Диаграмма равновесного состояния системы V2O5–CaO
В системе V2O5–Al2O3 (рис. 10.7) образуется соединение Al2O3∙V2O5, которое плавится инконгруэнтно при 695оС.
Рис. 10.7. Диаграмма равновесного состояния системы V2O5–Al2O3
С FeO оксид ванадия V2O5 образует FeO∙V2O3 и 2FeO∙V2O3. Соединения тугоплавкие и играют значительную роль при получении V2O5. В виде этих соединений ванадий присутствует в рудах и шлаках, хотя принято пересчитывать его количество на содержание V2O5.