فهرست مطالب

عنوان صفحه

چكيده 1

 

فصل اول: كليات

كليات 3

ذخاير واناديوم در ايران 8

 

فصل دوم: فرآوري واناديوم

2-1- منابع واناديوم 10

2-2- كشورهاي اصلي صنعت واناديوم 16

2-2-1- جمهوري آفريقاي جنوبي 16

2-2-2- جمهوري خلق چين 17

2-2-3- روسيه و ساير كشورهاي CIS 21

2-3- فرآيندهاي تجاري بازگيري 29

2-3-1- واناديوم 29

2-3-2- پنتوكسيد واناديوم 31

2-3-3- فرو واناديوم 32

2-4- نقش استراليا در صنعت واناديوم 35

 

فصل سوم: سنتيك واكنش عمليات برشته كردن واناديوم و استفاده از سرباره هاي فولاد به عنوان ماده خام ثانويه

3-1- مقدمه 40

3-2- بررسي پژوهشي فرآيند تشويه واناديوم 41

3-3- آزمايشات عملي 43

3-4- جنبش شناسي واكنش 44

3-5- مدل فرآيند تشويه واناديوم 47

3-6- نتايج و مباحث آزمايشات عملي فرآيند تشويه واناديوم 48

 

فصل چهارم: فرآوري جديد جهت بازيابي كانيهاي واناديوم و تنگستن از محلول ليچينگ آليا‍ژ تنگستن دار

4-1- مقدمه 52

4-2- روش تجربي 54

4-2-1- آماده سازي نمونه 54

4-2-2- روش تجربي 55

4-3- نتايج و مباحث آزمايش 56

4-4- بازگيري واناديوم 59

4-5- بازگيري تنگستن 62

4-5-1- تبديل Na₂wo₄ به Cawo₄ 62

4-5-2- تبلور APT و خلوص آن 63

 

فصل پنجم: نتايج و پيشنهادات

نتايج و پيشنهادات 67

منابع مورد استفاده 68

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

چكيده

واناديوم محصول فرعي مهمي است كه به طور وسيع در آلياژهاي فروس و غير فروس بكار برده مي شود. ميزان جهاني واناديوم از منابعي مانند مواد اوليه چگاله ها،
سرباره هاي فلز كاري و پس مانده هاي نفتي بدست مي آيد. مواد معدني حاوي واناديوم عبارتند از: كارنوتيت، موتراسيت، پاترونيت، دشلوليت و وانادنيت. سرباره هاي صنايع آهن يك منبع اصلي واناديوم اند در حال حاضر منابع شناخته شده واناديوم نيازهاي قرن آينده را برآورده مي سازد. مواد حاوي واناديوم بوسيله چند روند از قبيل كاهش كلسيم، ليچينگ، خروج هلال و تبادل يوني براي بدست آوردن واناديوم به شكل يك فلز فرو واناديوم، پنتوكسيد واناديوم و يا شكل مواد شيميايي مختلف فرآورده مي شود.

ميزان عنصر و تقاضاي واناديوم در طول 2 سال گذشته ثابت بوده است و در حال كاهش قيمت است.

توليد كنندگان اصلي واناديوم شامل چين، آفريقاي جنوبي و روسيه است، در حالي كه ميزان كمتري در كشورهاي استراليا، آمريكا توليد مي شود.

مواد خام ثانويه مانند سرباره هاي فولاد كاري و يا پس مانده هاي ديگر صنايع حاوي واناديوم، مانند كاتاليزورها و يا خاكستر كوره نفت سوز، مي توانند پيش از مصرف نهايي به منظور توليد واناديوم مورد استفاده قرار گيرند. بدين ترتيب، به مانند پردازش اوليه، ليچينگ قليايي بايد در يك كوره گردان و يا يك كوره چند اجاقي انجام گيرد. اين فرآيند واناديوم را كه به طور مستحكمي در داخل ساختار معدني اسپيل جاي گرفته، به وانادي قابل شستشو تبديل مي كند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل اول

كليات

 

 

 

 

 

 

كليات:

واناديوم يك عنصر شيميايي است، عدد اتمي اين عنصر 23 است و در جدول متناوبي، در گروه 7 است. جرم حجمي آن و رنگ آن خاكستري نقره اي فلزي است، توان اتمي آن 50.9415amu، شعاع اتمي آن 171pm و شعاع كوالانسي آن 125pm مي باشد، نقطه ذوب اين عنصر 2175k و نقطه جوش آن 3682k مي باشد.

واناديوم يك عنصر كمياب نرم و هادي مي باشد كه به صورت تركيبي با كانيهاي خاصي يافت شده و براي توليد آلياژهايي بكار گرفته مي شود.

اين عنصر در برابر فرسودگي توسط مواد قليايي و اسيد سولفوريك و اسيد هيدروكلريك مقاوم است در k 933 به سرعت اكسيد مي شود. واناديوم ساختار محكمي داشته و شكاف نيوتروني ندارد كه اين خاصيت آن را براي استفاده در زمينه هاي هسته اي مناسب
مي نمايد.

حالتهاي اكسيداسيون محصول اين عنصر + 2 و + 3 و + 4 و + 5 مي باشد يك تجربه عمومي با وانادات آمونيوم با فلز روي است كه مي تواند از طريق همه 4 حالت، اكسيداسيون + 1 نيز براي اين عنصر ديده شده است بيش از 80% واناديوم توليد شده به مصرف فرو واناديوم كه يك ماده افزوده به فلز فولاد مي باشد مي رسد موارد استفاده ديگر عبارتند از:

در آلياژها به عنوان

• فلزات ضد خش وسايل جراحي و ابزار آلات
• ماده ضد رنگ و افزايش دهنده سرعت در فلزات
• ماده مخلوط شونده با آلياژهاي آلومينيوم و تيتانيوم براي استفاده در موتورهاي جت و هواپيماهاي پر سرعت
• آليا‍ژ فلز واناديوم در ساخت محورها، ميل لنگ دنده ها و ... بكار مي رود
• متعادل كننده كاربيد در ساخت فلزات
• كاربردهاي هسته اي بدليل نداشتن شكافت نوتروني
• استفاده از ورق واناديوم در آبكاري تيتانيوم در فلزات
• نوار واناديوم گاليوم كه مگنت ابر رسانا مي باشد.
• استفاده از تركيبات واناديوم به عنوان كاتاليزور در توليد Moleic Anhydride و اسيد سولفوريك
• استفاده از پنتا اكسيد واناديوم به عنوان كاتاليزور در سفالگري

واناديوم توسط Andres Monuel Del Rio كه يك معدن شناس اسپانيايي بود در شهر مكزيكوسيتي در سال 1801 كشف شد، اولين عنصر را سرب ترمز نام نهاد، با انجام آزمايشاتي وي ملاحظه كرد كه رنگ اين عنصر بدليل وجود كروميوم مي باشد از اين رو او اين عنصر را Danchromium نام نهاد وي بعداً اين عنصر را به نام Erythronium تغيير داد چرا كه بيشتر نمكها با حرارت دادن قرمز مي شوند. يك شيمي دان فرانسوي اشتباهاً اعلام كرد كه عنصر جديد Rio Del تنها يك كروميوم ناخالص است. Del Rio نيز گمان داشت كه اشتباه كرده است و نظر شيميدان فرانسوي را قبول كرد.

در سال 1831 سوئد واناديوم را در اكسيد جديدي كه وي به هنگام كار كردن با معادن آهن يافته بود دوباره كشف كرد در همان سال Friedrich W…V كشف سابق Del Rio را تأييد كرد.

واناديوم فلزي در سال 1867 توسط Henry Enfield Roscoe كه كلريد واناديوم را با هيدرو‍ژن تقليل كرد به صورت جداگانه بدست آمد. نام واناديوم از كلمه واناديس الهه زيبايي در اسكانديناوي گرفته شده است چرا كه اين عنصر در تركيبات گوناگون رنگهاي الواني دارد.

در بيولوژي اتم واناديوم از اجزاء لازم آنزيمها بشمار مي رود. به طور خاص Vanadium Nitrogenose توسط ميكرو ارگانيسم هاي ثابت كننده هيدروژن استفاده مي شود. واناديوم براي Ascidianهاي لازم است. تمركز واناديوم در بدن آنها يك ميليون برابر تمركز واناديوم مركب اطراف آنها مي باشد. همچنين موشها و جوجه ها نيز به مقادير بسيار كمي واناديوم نياز دارند و كمبود اين عنصر باعث كمبود رشد و توليد مثل معيوب مي شود.

وجود تركيباتD xo Vanadium براي سبك كردن نشانه هاي بيماري ديابت در برخي نمونه هاي حيواني و انسان نشان داده شده است.

واناديوم هرگز به صورت آزاد در طبيعت يافت نمي شود اما در 65 گونه كاني هاي گوناگون بوجود مي آيد. واناديوم همچنين در Bouxife و كربن نيز وجود دارد كه حاوي ذخايري مانند نفت خام، ذغال سنگ، Oil shale و Tar مي شود. طيف واناديوم در نور خورشيد و ديگر ستارگان نيز شناسايي شده است.

بيشتر واناديوم توليد شده توسط تقليل كلسيوم از ₅O₂V در يك لوله فشار مي باشد واناديوم معمولاً به صورت محصولات جنبي بدست مي آيد. از اينرو منابع جهاني از اين عنصر حاكي از وجود ذخاير در دسترس نمي باشد.

واناديوم طبيعي از يك ايزوتوپ پايدار تشكيل شده است V-51. براي اين عنصر 15 ايزوتوپ راديو اكتيوي ديگر شناسايي شده است كه پايدارترين آنها V-50 با نيمه عمر e171.4 سال و V-49 با نيمه عمر 330 روز و V-48 با نيمه عمر 15.9735 روز مي باشند. تمام ايزوتوپهاي راديو اكتيو باقي مانده نيمه عمري كمتر از يك ساعت دارد كه نيمه عمر بيشتر آنها كمتر از 10 ثانيه است. اين عنصر حالت متا دارد ايزوتوپهاي واناديوم به ترتيب وزن اتمي 43.981^amu تا amuV59 59.959 مرتب شده اند. حالت Decay اوليه قبل از فراوان ترين ايزوتوپ V51 الكترون گيري و حالت اوليه بعد از آن Beta Deeay
مي باشد محصولات decay اوليه قبل از V51 ايزوتوپهاي عنصر تيتانيوم 22 و محصولات اوليه بعد از آن ايزوتوپهاي عنصر Chromium 24 مي باشد.

 

 

 

 

ذخاير واناديوم در ايران:

يكي از عمده ترين منابع واناديوم سنگ آهن هاي تيتانيوم و واناديوم است كه ذخاير عظيمي از آن در مناطق آهن دار ايران مركزي وجود دارد و از جمله مي توان به ذخيره سنگ آهن چغارت با عيار V250% 5/0-0/3 اشاره كرد.

همچنين مي توان بر كانسارهاي اصلي ناحيه بافق – ساغند اشاره كرد كه حضور واناديوم در آنها چشمگير است در اين كانسارها واناديوم همراهي و مشاركت بسيار خوبي را با كانه هاي منيتيتي نشان مي دهد و ميزان اين عنصر در اين نوع كانه در مقايسه با انواع ديگر بسيار بيشتر است. عيار واناديوم در كانسنگهاي اين ناحيه با ميزان عيار كهن و تيتانيوم نسبت مستقيم و با ميزان فسفر نيست معكوس دارد و به عبارتي مي توان گفت سنگ آهنهاي پر عيار و كم مستقر داراي مقدار بيشتري واناديوم در شبكه خود مي باشند و همچنين واناديوم احتمالاً در كاني منييف تمركز پيدا كرده است. عيار بنتوكسيد واناديوم (V205) در كاسنار چاه گز حدود 0.4 درصد و در معدن چغارت بين 01 درصد در سنگهاي آهن كم عيار و پر فسفر تا 5/0 درصد در سنگهاي آهن پر عيار و كم فسفر متغيير است و با توجه به اينكه عيار آن در اين كانسارها از عيار حد اقتصادي اين عنصر در بازارهاي جهاني بيشتر است لذا بنظر مي رسد كه استحصال واناديوم از كانسنگهاي اين ناحيه و بخصوص چغارت اقتصادي مي باشد.

 

 

فصل دوم

فرآوري واناديوم