Vanadiinipentoksidi, kemiallinen kaava V2O5, on vanadiinin korkein stabiili oksidi ja alkuaineen kaupallinen vertailumuoto. Molekyylipainoltaan 181,88 g/mol se näyttää keltaisen-oranssin tai ruosteen-värisenä kiteisenä kiinteänä aineena, ja se on ferrovanadiinin, vanadiinikemikaalien ja vanadiini--pohjaisten katalyyttien lähtöaine.
Fyysiset ominaisuudet
| Omaisuus | Tyypillinen arvo |
|---|---|
| Kemiallinen kaava | V2O5 |
| Molekyylipaino | 181,88 g/mol |
| Vanadiinipitoisuus | noin 56,0 % V |
| Ulkonäkö | Keltaisen-oranssin tai ruosteen{1}}värinen kiteinen kiinteä aine |
| Tiheys | noin 3,35 g/cm3 |
| Sulamispiste | noin 690 astetta (1274 astetta F) |
| Korkean lämpötilan{0}}käyttäytyminen | ylittää lähes 1750 astetta |
Liukoisuus noudattaa oksidin amfoteeristä luonnetta:
liukenee huonosti veteen;
liukenee mineraalihappoihin, kuten rikki-, suola- ja typpihappoon;
liukenee helposti vahvoihin emäksiin, kuten natriumhydroksidiin ja kaliumhydroksidiin, muodostaen vanadaatteja.
Kemialliset ominaisuudet ja redox-käyttäytyminen
Vanadiinipentoksidissa oleva vanadiini on läsnä hapetustilassa +5. Oksidi on amfoteerinen: se käyttäytyy heikkona happona emäksisessä liuoksessa muodostaen vanadaatteja ja emäksenä happamassa liuoksessa muodostaen vanadiinisuoloja. Voimakkaana hapettavana aineena se saa aikaan monenlaisia redox-reaktioita ja voidaan itse pelkistää tiloihin +4, +3 ja +2. Tämä redox-joustavuus on sen katalyyttisen aktiivisuuden perusta: se on työskentelyoksidi rikkihapon kosketusprosessissa ja useissa selektiivisissä orgaanisissa hapettimissa. Lämpöhajoaminen korkeassa lämpötilassa vapauttaa happea ja jättää alempia oksideja, joten kalsinointilämpötilaa ja ilmakehää kontrolloidaan tuotannon aikana.
Teollinen tuotanto ja kaupalliset arvosanat
Suurin osa vanadiinipentoksidista saadaan talteen vanadiini-teräksenvalmistuskuonasta, joka syntyy vanadiinititano-magnetiittia prosessoitaessa, tai vanadiinimalmeista. Perinteinen reitti on suolapaahtaminen natriumkarbonaatilla tai natriumsulfaatilla, natriumvanadaattiliuoksen vesiliuottaminen, ammoniummetavanadaatin saostus ja lopullinen kalsinointi V:ksi.2O5. Kaksi kaupallista puhtausaluetta hallitsee markkinoita:
| Luokka | Tyypillinen V2O5sisältöä | Pääkäyttö |
|---|---|---|
| Tekninen luokka | 98 % min | Ferrovanadiumin ja teräksen seostus |
| Korkea puhtausaste | 99,5 % min | Katalyytit, kemikaalit, elektrolyytit |
Materiaali toimitetaan hienojakoisena jauheena, hiutaleina tai rakeina vuoratuissa terästynnyreissä tai bulkkipusseissa. Koska oksidi on hygroskooppista ja pölyistä, pakkaus pitää tuotteen kuivana ja suljettuna, kunnes se tulee uuniin tai reaktoriin.
Sovellukset teräksessä, katalyytissä ja energian varastoinnissa
Ferrovanadium teräksen valmistukseen.Vanadiinipentoksidi pelkistetään aluminotermisesti tai sähköuunissa raudan läsnä ollessa, jolloin saadaan ferrovanadiumia, jota myydään yleisesti nimillä FeV50 ja FeV80 eritelmien, kuten GB/T 4139 ja ISO 5451, mukaisesti. Lisättynä teräkseen noin 0,02{5}}hiilipitoisuuden saanto 0,15% vanadiinia nostaa ja muodostaa jalostuspitoisuutta ja vanadiinia, joka nostaa granaattipitoisuutta. lujuutta, joten sitä käytetään laajalti lujassa-seostetussa rakennelevyssä, putkiteräksessä, taontalaaduissa, jousiteräksissä ja työkaluteräksissä.
Katalyytit.Vanadiinipentoksidi, joka on tuettu piidioksidille alkalipromoottorien kanssa, on standardi katalyytti rikkidioksidin hapettamiseksi rikkitrioksidiksi rikkihappotehtaissa ja butaanin hapettamiseksi maleiinihappoanhydridiksi ja ksyleenien anhydrideiksi. Sen aktiivisuus ja myrkytyskestävyys pitävät sen referenssioksidikatalyyttinä näissä prosesseissa.
Energian varastointi ja kemikaalit.Vanadiini-pelkistysvirtausakut käyttävät vanadiinielektrolyyttiä, joka on valmistettu rikkihappoon liuotetusta vanadiinipentoksidista, jossa useat hapetustilat mahdollistavat energian varastoinnin nestemäisiin elektrolyytteihin. Oksidia käytetään myös lasin ja keraamisten värjäysten värjäyksessä, muiden hapetusreaktioiden katalyytteissä ja välituotteena useille vanadiiniyhdisteille.
Käsittely, varastointi ja turvallisuus
Vanadiinipentoksidi on pölyä -muodostava oksidi, jota on käsiteltävä pölynsuojalla. Säilytä kuivassa suljetuissa säiliöissä erillään pelkistävistä aineista, orgaanisista aineista ja palavista materiaaleista. Paikallinen poistoilmanvaihto, sopiva hengityssuojain ja suojavaatteet ovat vakiokäytäntö punnituksen, latauksen ja pussin tyhjennyksen aikana. Roiskeet on kostutettava ja kerättävä kuivaksi lakaisemisen sijaan, eikä pesuvettä saa tyhjentää ilman käsittelyä.
Usein kysytyt kysymykset
K: Mihin vanadiinipentoksidia käytetään?
Suurimmat määrät menevät ferrovanadiiniin korkean -lujan teräksen valmistukseen sekä rikkihapon ja orgaanisen hapetuksen katalyytteihin. muita käyttötarkoituksia ovat vanadiinielektrolyytti virtausakkuihin ja lasin tai keraamisen värjäys.
K: Mikä on vanadiinin hapetusaste V2O5:ssä?
Vanadiini on tilassa +5, korkein stabiili hapetustila, mikä tekee oksidista vahvan hapettimen, joka voidaan pelkistää tiloihin +4, +3 ja +2.
K: Liukeneeko vanadiinipentoksidi veteen?
Se liukenee vain huonosti veteen, mutta liukenee mineraalihappoihin ja liukenee helposti vahvoihin emäksiin, joissa se muodostaa vanadaatteja.
K: Mikä on vanadiinipentoksidin sulamispiste?
Sulamispiste on noin 690 astetta (1274 astetta F), ja oksidi sublimoituu lähellä 1750 astetta.
K: Mitä eroa on teknisen laadun ja erittäin puhtaan V2O5:n välillä?
Tekninen laatu on vähintään 98 % V2O5 ja sitä kulutetaan pääasiassa teräksen seostuksessa, kun taas korkean puhtausluokan vähintään 99,5 % käytetään katalyyteissä, kemikaaleissa ja akkuelektrolyytissä.
K: Miten vanadiinipentoksidi muunnetaan ferrovanadiiniksi?
Oksidi pelkistetään alumiinilla tai sähköuunissa yhdessä rautayksiköiden kanssa, jolloin saadaan FeV50 tai FeV80 ferrovanadiumia, joka ladataan kauhaan tai konvertteriin seostusta varten.
