A. 化學元素 釩
釩
釩是一種化學元素,它的化學符號是V,它的原子序數是23。釩是從英語的Vanadium音譯過來的,其詞根來源於古日耳曼語中日耳曼神話中美麗女神的名字Vanadis。這個名字來源於釩的許多色彩鮮艷的化合物。
釩的傳說:
在很久以前,在遙遠的北方住著一位美麗的女神名叫凡娜迪絲。有一天,一位遠方客人來敲門,女神正悠閑地坐在圈椅上,她想:他要是再敲一下,我就去開門。然而,敲門聲停止了,客人走了。女神想知道這個人是誰,怎麼這樣缺乏自信?她打開窗戶向外望去,哦,原來是個名叫沃勒的人正走出她的院子。幾天後,女神再次聽到有人敲門,這次的敲門聲持續而堅定,直到女神開門為止。這是個年青英俊的男子,名叫塞弗斯托姆。女神很快和他相愛,並生下了兒子——釩。這個故事雖然生動,卻並不十分確切。原來第一次敲門的是墨西哥化學家裡奧,第二次才是德國化學家沃勒。他們雖然發現了新元素,但不能證實自己的發現,甚至誤認為這種元素就是「鉻」。而塞弗斯托姆,通過鍥而不舍的努力,才從一種鐵礦石中得到了這種新元素,並以凡娜迪絲女神之名命名為「釩」。
釩是一種稀有的,柔弱而黏稠的過渡金屬。它的礦物一般與其它金屬的礦物混合在一起。它一般被用在材料工程中作為合金的成分。
把釩摻進鋼里,可以製成釩鋼。釩鋼比普通鋼結構更緊密,韌性、彈性與機械強度更高。釩鋼制的穿甲彈,能夠射穿40厘米厚的鋼板。但是,在鋼鐵工業上,並不是把純的金屬釩加到鋼鐵中製成釩鋼,而是直接採用含釩的鐵礦煉成釩鋼。
釩的化學性質十分穩定,在常溫下不會被氧化。釩對食鹽溶液及海水具有高度的耐蝕性。鹼溶液及硫酸對它不起作用,氫氟酸、熱的濃硫酸和硝酸以及王水能溶解釩。熔融的鹼、碳酸鉀、硝酸鉀可溶解釩並形成釩酸鹽。釩與硅和碳形成的硅化物和碳化物具有高的硬度及化學穩定性。
鈍金屬釩是用鈣在鋼制容器內還原五氧化二礬的方法製得的。得到的金屬釩微粒洗滌後於真空爐中熔成塊,如此獲得的金屬含99.99%的釩。
釩的鹽類的顏色真是五光十色,有綠的、紅的、黑的、黃的,綠的碧如翡翠,黑的猶如濃墨。如二價釩鹽常呈紫色;三價釩鹽呈綠色,四價釩鹽呈淺藍色,四價釩的鹼性衍生物常是棕色或黑色,而五氧化二釩則是紅色的。這些色彩繽紛的釩的化合物,被製成鮮艷的顏料:把它們加到玻璃中,製成彩色玻璃,也可以用來製造各種墨水。
釩在933K(660C)以上的溫度中它氧化為五氧化二釩V2O5。釩的結構強度相當高。但釩很易燃、釩的化合物毒性很高、含釩的塵埃被吸入後會導致肺癌。
在氧化物中釩一般顯+5價,但也有+2、+3和+4價的氧化物存在,不過它們比較容易過渡為+5價的氧化物。2價和3價的釩氧化物是鹼性的,4價的氧化物是雙性的,5價的氧化物是酸性的。
在大自然中釩一般以化合物存在。約65種釩的化合物在自然中出現,在礬土和石油、煤、油頁岩中也含有大量釩,特別是委內瑞拉和加拿大的石油中能找到釩。光譜分析發現在太陽光和一些恆星的表面也有釩。
純的金屬釩一般是用鉀在高壓下將五氧化二釩還原而得到的。大多數釩是其它礦物加工時的副產品。
大約80%的釩和鐵一起作為鋼里的合金元素。含釩的鋼很硬很堅實,但一般其釩含量少於1%。
它的礦物一般與其它金屬的礦物混合在一起。釩主要用在冶金中,和其它鐵合金一樣,用作催化劑和還原劑,但由於釩能增加鋼的耐磨性和延展性,使得它在優鋼、特種鋼,棒材、板材和型材中備受青睞。
如果說鋼是虎,那麼釩就是翼,鋼含釩猶如虎添翼。只需在鋼中加入百分之幾的釩,就能使鋼的彈性、強度大增 ,抗磨損和抗爆裂性極好,既耐高溫又抗奇寒,難怪在汽車、航空、鐵路、電子技術、國防工業等部門,到處可見到釩的蹤跡。此外,釩的氧化物已成為化學工業中最佳催化劑之一,有「化學麵包」之稱。看來,凡娜迪絲的「兒子」在人間正大受寵愛。
美國汽車工業巨頭福特曾這樣說過:「如果沒有釩,便沒有我的汽車。」
1905年,福特出席了一次大型汽車賽,賽場上出了事故,兩輛汽車相撞,損壞得很厲害。福特對肇事車作了仔細觀察,並揀到了其中一輛法國汽車閥桿的碎片。福特注意到這種閥桿比常規的尺寸要小一些,決定帶回去檢驗一下。
分析結果表明,這種鋼材強度特別大,而且十分堅硬。與眾不同的是,它的成分中含有釩。福特大受啟發,決定將釩鋼用到他的汽車工業中。在克服了重重困難後,福特汽車即以輕巧、堅固、價廉而擊敗了老對手法國汽車。
含釩的合金有:
運用在醫療器械中的特別的不銹鋼
運用在工具中的不銹鋼
與鋁一起作為鈦合金物運用在高速飛機的渦輪噴氣發動機中
含釩的鋼經常被用在軸、齒輪等關鍵的機械部分中
釩吸收裂變中子的半徑很小,因此被用在核工業中
在煉鋼過程中釩被用來導致碳化物的形成
在給鋼塗鈦的時候釩往往被作為中介層
釩與鎵的合金可以用來製作超導電磁鐵,其磁強度可達175,000高斯
在製造縮蘋果酸酐和硫酸的過程中釩被用來做催化劑
五氧化二釩(V2O5)被用來製做特殊的陶瓷作為催化劑
我國是釩資源比較豐富的國家,釩礦主要分布在四川的攀枝花和河北的承德,大多數是以石煤的形式存在。
釩的應用范圍
應用領域 占總量比例(%) 主要用途 使用產品
碳素鋼 25 鋼筋 FeV
HSLA鋼 25 建築,石油管道 FeV
高合金鋼 20 鑄件,石油管配件 FeV
工具鋼 15 高速工具鋼,耐磨件 FeV(80%V)
鈦合金 10 噴氣式發動機零件,飛行器機體 V-Al基合金
化學製品 5 硫酸和順丁烯二酸酐生產 V2O5和其它釩化合物