Pentoxid de vanadiu, formula chimică V2O5, este cel mai mare oxid stabil de vanadiu și forma comercială de referință a elementului. Cu o greutate moleculară de 181,88 g/mol, acesta apare ca un solid cristalin de culoare galben-portocaliu până la rugină-și este materia primă pentru ferovanadiu, substanțe chimice de vanadiu și catalizatori pe bază de vanadiu-.
Proprietăți fizice
| Proprietate | Valoare tipică |
|---|---|
| Formula chimică | V2O5 |
| Greutate moleculară | 181,88 g/mol |
| Conținut de vanadiu | aproximativ 56,0% V |
| Aspect | Solid cristalin de culoare galben-portocaliu până la rugină- |
| Densitate | aproximativ 3,35 g/cm3 |
| Punct de topire | aproximativ 690 de grade (1274 de grade F) |
| Comportament la temperatură{0}înaltă | sublim aproape de 1750 de grade |
Solubilitatea urmează caracterul amfoter al oxidului:
slab solubil în apă;
solubil în acizi minerali cum ar fi acidul sulfuric, clorhidric și azotic;
ușor solubil în alcalii puternice, cum ar fi hidroxidul de sodiu și hidroxidul de potasiu, formând vanadați.
Proprietăți chimice și comportament redox
Vanadiul din pentoxidul de vanadiu este prezent în starea de oxidare +5. Oxidul este amfoter: se comportă ca un acid slab în soluție alcalină, formând vanadați, iar ca bază în soluție acidă, formând săruri de vanadiu. Ca agent de oxidare puternic, acesta conduce o gamă largă de reacții redox și poate fi el însuși redus la stările +4, +3 și +2. Această flexibilitate redox stă la baza activității sale catalitice: este oxidul de lucru în procesul de contact pentru acid sulfuric și în mai multe oxidări organice selective. Descompunerea termică la temperatură ridicată eliberează oxigen și lasă oxizi mai scăzuti, astfel încât temperatura de calcinare și atmosfera sunt controlate în timpul producției.
Producție industrială și clase comerciale
Cea mai mare parte a pentoxidului de vanadiu este recuperat din zgura de fabricare a oțelului cu vanadiu-generată atunci când este procesată titano-magnetitul de vanadiu sau din minereurile de vanadiu. Calea convențională este prăjirea sării cu carbonat de sodiu sau sulfat de sodiu, leșierea cu apă a lichidului de vanadat de sodiu, precipitarea metavanadatului de amoniu și calcinarea finală la V.2O5. Două benzi de puritate comercială domină piața:
| Nota | V tipic2O5conţinut | Utilizare principală |
|---|---|---|
| Grad tehnic | 98% min | Ferovanadiu și aliaje de oțel |
| Grad de puritate ridicată | 99,5% min | Catalizatori, chimicale, electroliți |
Materialul este furnizat sub formă de pulbere fină, fulgi sau granule în bidoane de oțel căptușite sau saci vrac. Deoarece oxidul este higroscopic și prăfuit, ambalajul menține produsul uscat și închis până când intră în cuptor sau în reactor.
Aplicații în oțel, catalizatori și stocare de energie
Ferovanadiu pentru fabricarea oțelului.Pentoxidul de vanadiu este redus pe cale aluminotermic sau într-un cuptor electric în prezența fierului pentru a produce ferovanadiu, comercializat în mod obișnuit ca FeV50 și FeV80 în conformitate cu specificații precum GB/T 4139 și ISO 5451. Adăugat la oțel la aproximativ 0,02-0,15% mărimea granulelor de carbon și formează carbonii care precipită granulele de carbon rezistență, deci este utilizat pe scară largă în plăci structurale cu aliaje reduse de-rezistență, oțel pentru conducte, tipuri de forjare, oțel pentru arcuri și oțel pentru scule.
Catalizatori.Pentoxidul de vanadiu susținut pe silice cu promotori alcalini este catalizatorul standard pentru oxidarea dioxidului de sulf în trioxid de sulf în instalațiile de acid sulfuric și pentru oxidarea butanului în anhidridă maleică și a xilenelor în anhidride. Activitatea sa și rezistența la otrăvire îl mențin catalizatorul de oxid de referință în aceste procese.
Stocarea energiei și substanțe chimice.Bateriile cu flux redox de vanadiu folosesc electrolit de vanadiu preparat din pentoxid de vanadiu dizolvat în acid sulfuric, unde multiplele stări de oxidare permit stocarea energiei în electroliți lichizi. Oxidul este, de asemenea, utilizat în colorarea sticlei și ceramicii, în catalizatori pentru alte reacții de oxidare și ca intermediar pentru o serie de compuși de vanadiu.
Manipulare, depozitare și siguranță
Pentoxidul de vanadiu este un oxid-care formează praf care trebuie manipulat cu controlul prafului. Păstrați-l uscat în recipiente închise, departe de agenți reducători, materii organice și materiale combustibile. Ventilația locală, protecția respiratorie adecvată și îmbrăcămintea de protecție sunt practici standard în timpul cântăririi, încărcării și golirii sacului. Scurgerile trebuie umezite și colectate mai degrabă decât măturate uscate, iar apa de spălare nu trebuie evacuată fără tratament.
Întrebări frecvente
Î: Pentru ce este folosit pentoxidul de vanadiu?
Cele mai mari volume merg în ferovanadiu pentru oțel-de înaltă rezistență și în catalizatori pentru acid sulfuric și oxidare organică; alte utilizări includ electrolitul de vanadiu pentru bateriile cu flux și colorarea pentru sticlă sau ceramică.
Î: Care este starea de oxidare a vanadiului în V2O5?
Vanadiul se află în starea +5, cea mai mare stare de oxidare stabilă, ceea ce face din oxid un agent oxidant puternic care poate fi redus la stările +4, +3 și +2.
Î: Este pentoxidul de vanadiu solubil în apă?
Este doar puțin solubil în apă, dar se dizolvă în acizi minerali și este ușor solubil în alcalii puternice, unde formează vanadați.
Î: Care este punctul de topire al pentoxidului de vanadiu?
Punctul de topire este de aproximativ 690 de grade (1274 de grade F), iar oxidul se sublimează aproape de 1750 de grade.
Î: Care este diferența dintre gradul tehnic și V2O5 de înaltă puritate?
Calitatea tehnică rulează la minimum 98% V2O5 și este consumată în principal de aliajele de oțel, în timp ce gradul de puritate ridicată la minimum 99,5% este utilizat pentru catalizatori, substanțe chimice și electroliți de baterie.
Î: Cum se transformă pentoxidul de vanadiu în ferovanadiu?
Oxidul este redus cu aluminiu sau într-un cuptor electric împreună cu unități de fier, dând ferovanadiu FeV50 sau FeV80 care este încărcat în oală sau convertor pentru aliere.
