23  V
Vanadium 

Voorkomen
Naam
Wingebieden
Ontdekking
Bereiding vroeger
Bereiding nu
Toepassingen en toelichting
Verdere toepassingen

 
 

 

VOORKOMEN

0,012 % van de aardkost (tot 16 km diepte) bestaat uit vanadium; het is het 20e element in rangorde van voorkomen.

De belangrijkste mineralen zijn:

carnotiet K2(UO2)2(V2O8).3H2O
desclo´ziet of mottramiet  PbZn(VO4)(OH)
hewetiet CaV+56O16.9H2O
montrose´et (V+3,Fe+3)O(OH)
navajo´et (V+5,Fe+3)10O24.12H2O
patroniet VS4
roscoeliet K2(V+3,Al,Mg)2(AlSi3)O10(OH)2
vanadiniet Pb5(VO4)3Cl 
volbortiet of usbekiet Cu3(VO4)2.3H2

 

 

 

 

 

 

 

Men treft het ook aan in diverse ertsen, waaronder ijzer­erts en titaanerts, en in aardolie uit Venezuela.

WINGEBIEDEN

De belangrijkste wingebieden­ liggen in Zuid-Afrika, Rusland, de Verenigde Staten van Amerika, China, AustraliŰ en Finland.

Centrales die worden gestookt met olie, afkomstig uit Venezuela, leveren vliegas die relatief veel vanadium(V)oxide bevat. Deze vliegas wordt gebruikt voor de productie van vanadium.

NAAM

De naam is, vanwege de prachtige kleuren van de verbindingen en de grote verscheidenheid in kleur, afgeleid van 'Vanadis', een ande­re naam voor de Scandinavische godin van schoonheid en liefde, Freya.

De oorspronkelijke ontdekker noemde het erythronium, vanwege de rode kleur van de oplossing van een aantal zouten.

ONTDEKKING

Vanadium werd in 1801 door A. M. del Rio ontdekt in looderts, afkomstig uit Mexico. Omdat H.V. Collet-Descotils na onderzoek (foutief) conclu­deerde dat de stof basisch loodchromaat was, werd de aanvraag voor erken­ning van het element ingetrokken.

Nadat N.G. Sefstr÷m in 1831 vanadium ontdekte in ijzer­erts, afkomstig uit de Falun-mijnen in Zweden, bleek de ontdek­king van del Rio achteraf toch juist.

BEREIDING VROEGER

Vanadium werd in 1867 bereid door H.E. Roscoe. Hij redu­ceerde vanadi­um(II)chlori­de met waterstof.  

BEREIDING NU

Vanadium wordt bereid door reductie van vanadium­(V)oxide met calcium, onder hoge druk. 

Kleinere hoeveelheden zeer zuiver vanadium worden bereid door reductie van vanadi­um(III)oxide met magnesi­um of door ontleding van vanadium(III)jodide via het Van Arkel-de Boer proces (zie 22 - Titaan).

Op grotere schaal wordt vanadium gemaakt uit vliegas, die vrijkomt bij aard­oliebranders, als bijproduct bij de ver­wer­king van ijzer- en titaanerts en als bijproduct bij de uranium­winning uit carnotiet. 

De vanadiumhoudende grondstof wordt gesmolten met natri­umcarbonaat of natriumwater­stofsulfiet, waarbij natriumvana­daat (NaVO3) ontstaat. Na aanzu­ren, affiltre­ren van het gevormde polyvanadaat en verhitten, ontstaat vanadi­umpenta­oxide (V2O5) dat wordt gebruikt voor het maken van vanadiumlegeringen, zoals vanadium­staal. Om zui­ver vanadium te verkrijgen, wordt dit oxide gereduceerd met calcium. Ook wordt het omge­zet in vanadium(V)chloride - of andere vanadiumzou­ten, waar­uit door reductie met magnesium of door elek­trolyse, vanadi­um wordt verkregen.

Vrijwel alle vanadium wordt direct in legeringen verwerkt, er wordt slechts in zeer geringe mate zuiver vanadium gemaakt.  

De wereldproductie bedraagt ongeveer 50.000 ton per jaar.

TOEPASSINGEN EN TOELICHTING

Constructiemateriaal/gereedschap/straalmotor

Legeringen van staal met vanadium zijn zeer hard en daar­door geschikt voor de construc­tie van pantserwa­gens, brandkasten en onderdelen van straal- en raketmotoren die bij hoge temperaturen zware belastingen moeten door­staan. Ook voor het maken van gereedschap, bijlen en mes­sen en voor machine­on­derdelen die onder zware omstandighe­den draaien of bewegen, zoals zuigers, zuigerstangen en krukassen, is vanadium­staal uitermate geschikt. 

 

Veer

Als circa 1 % vanadium wordt toegevoegd aan staal, levert dat een legering op die in hoge mate bestand is tegen schokken en daardoor uitermate geschikt voor de produc­tie van veren.

 

Aangroeiwerende verf

De aangroei van algen en mosselen, die zich stevig vasthechten aan (zee)schepen, vermindert de snelheid en verhoogt het brandstofverbruik. Deze aangroei begint met de vorming van een slijmlaag, die sporen of larven kan opnemen. Om de aangroei van algen te voorkomen, wordt het ontstaan van deze slijmlaag tegengegaan door de scheepshuid te behandelen met een verf, die een toxisch werkzame stof bevat. Hiervoor worden organische vanadium(V)verbindingen gebruikt, zoals acetylacetonaten, naftenaten, sulfonaten en octoaten. De werkza­me stof wordt opgeno­men in een acrylaatpolymeer.

 

Katalysator zwavelzuurbereiding

Het overgrote deel van alle geproduceerde zwavel, meer dan 80 %, wordt gebruikt voor de bereiding van zwavel­zuur (H2SO4). De bereiding gaat volgens het zogenoemde contact­proces. Vanadiumpentaoxide op kiezelzuur dient hierbij als katalysa­tor. De oxidatie kan plaatsvinden in verschillende lagen katalysator, waardoor een zeer hoog rendement (99,6 %) wordt verkregen en de uitstoot van zwaveldioxide sterk wordt teruggedrongen.

 

In de eerste stap wordt zwavel of een zwavelhoudende ver­binding verbrand:

S   +   O2     →   SO2  

 

Vervolgens wordt de verkregen zwaveldioxide omgezet bij 410░C: 

 

SO2    + V2O5         →   SO3  +   V2O4

V2O4 +  ŻO2          →   V2O5  

totaalreactie:  SO2    +   ŻO2       →   SO3  

 

Het gevormde SO3 wordt vervolgens opgelost in zwavel­zuur. Hierbij ontstaat rokend zwavelzuur, dat na mengen met water geconcen­treerd zwavelzuur oplevert:

 

SO3 + H2O → H2SO4  

VERDERE TOEPASSINGEN

Toepassingen als niet-ontleedbare stof (element) of als legering:

constructiemateriaal voor de lucht- en ruimtevaart (Ti,V en TiAl6V4) 

constructiestaal voor de bouw (0,2 – 1 % V)

(kern)reactoren (Ti,V)

magneetstaal (Vicalloy: Fe 38 %, V 10 %, Co 52 %)

omhulsel van splijtstofstaven voor kernreactoren (Ti,V)    

sneldraaistaal (tot 5 % V)

 

Toepassingen als ontleedbare stof (verbinding):

elektrodemateriaal V2O5
fotografie (groentoner) VOCl2
geneesmiddel, cytostaticum (remt de deling van tumorcellen) 
                                                 vanadoceendichloride, bis(cyclopentadinyl)va­nadiumdichloride, (C5H5)­2VCl2
glaskleuring (geel-groen) V2O5
katalysator bij het hydreren V2O3
katalysator bij het polymeriseren van etheen V2O3
katalysator bij het verwijderen van NOx uit rookgassen V2O5
keramiek, tegels VSi2
keramische producten V2O5
  V6O13
supergeleiders V2O5
textielbewerking vanadaten
UV-adsorberend glas V2O5