Ванадиев пентоксид, химична формула V2O5, е най-стабилният оксид на ванадий и референтната търговска форма на елемента. С молекулно тегло от 181,88 g/mol изглежда като жълто-оранжево до ръждиво-оцветено кристално твърдо вещество и е изходен материал за ферованадий, ванадиеви химикали и ванадий-катализатори.
Физически свойства
| Собственост | Типична стойност |
|---|---|
| Химическа формула | V2O5 |
| Молекулно тегло | 181.88 g/mol |
| Съдържание на ванадий | около 56,0% V |
| Външен вид | Жълто{0}}оранжево до ръждиво-оцветено кристално твърдо вещество |
| Плътност | около 3,35 g/cm3 |
| Точка на топене | около 690 градуса (1274 градуса F) |
| Поведение при високи-температури | сублимира близо до 1750 градуса |
Разтворимостта следва амфотерния характер на оксида:
слабо разтворим във вода;
разтворим в минерални киселини като сярна, солна и азотна киселина;
лесно разтворим в силни алкали като натриев хидроксид и калиев хидроксид, образувайки ванадати.
Химични свойства и редокс поведение
Ванадият във ванадиевия пентоксид присъства в степен на окисление +5. Оксидът е амфотерен: той се държи като слаба киселина в алкален разтвор, образувайки ванадати, и като основа в кисел разтвор, образувайки ванадиеви соли. Като силен окислител той задвижва широк спектър от редокс реакции и сам по себе си може да бъде редуциран до състояния +4, +3 и +2. Тази редокс гъвкавост е в основата на неговата каталитична активност: той е работният оксид в процеса на контакт със сярна киселина и в няколко селективни органични окисления. Термичното разлагане при висока температура освобождава кислород и оставя по-ниски оксиди, така че температурата и атмосферата на калциниране се контролират по време на производството.
Промишлено производство и търговски класове
По-голямата част от ванадиевия пентоксид се възстановява от съдържаща ванадий-шлака от стомана, генерирана при обработката на ванадиев титано-магнетит, или от ванадиеви руди. Конвенционалният път е печене на сол с натриев карбонат или натриев сулфат, излугване с вода на течността от натриев ванадат, утаяване на амониев метаванадат и окончателно калциниране до V2O5. Две търговски ленти за чистота доминират на пазара:
| Степен | Типичен V2O5съдържание | Основна употреба |
|---|---|---|
| Техническа степен | 98% мин | Ферованадий и легиране на стомана |
| Висока степен на чистота | 99,5% мин | Катализатори, химикали, електролити |
Материалът се доставя като фин прах, люспи или гранули в облицовани стоманени варели или насипни торби. Тъй като оксидът е хигроскопичен и прашен, опаковката запазва продукта сух и затворен, докато влезе в пещта или реактора.
Приложения в стомана, катализатори и съхранение на енергия
Ферованадий за производство на стомана.Ванадиевият пентоксид се редуцира алуминотермично или в електрическа пещ в присъствието на желязо, за да се получи ферованадий, често търгуван като FeV50 и FeV80 съгласно спецификации като GB/T 4139 и ISO 5451. Добавен към стоманата при приблизително 0,02-0,15% V, той пречиства размера на зърната и образува ванадиев карбонитрид утайки, които повишават якостта на провлачване, така че се използва широко в нисколегирани структурни плочи с висока-качество, тръбопроводна стомана, коване, пружинна стомана и инструментална стомана.
Катализатори.Ванадиевият пентоксид, поддържан върху силициев диоксид с алкални промотори, е стандартният катализатор за окисляване на серен диоксид до серен триоксид в инсталации за сярна киселина и за окисляване на бутан до малеинов анхидрид и на ксилени до анхидриди. Неговата активност и устойчивостта му на отравяне го поддържат като референтен оксиден катализатор в тези процеси.
Съхранение на енергия и химикали.Ванадиевите редокс поточни батерии използват ванадиев електролит, приготвен от ванадиев пентаоксид, разтворен в сярна киселина, където множеството степени на окисление позволяват енергията да се съхранява в течни електролити. Оксидът се използва и при оцветяване на стъкло и керамика, в катализатори за други окислителни реакции и като междинен продукт за редица ванадиеви съединения.
Боравене, съхранение и безопасност
Ванадиевият пентоксид е прахообразуващ оксид, с който трябва да се работи с контрол върху праха. Съхранявайте го на сухо в затворени контейнери, далеч от редуциращи агенти, органични вещества и горими материали. Местната смукателна вентилация, подходящата респираторна защита и защитното облекло са стандартна практика по време на претегляне, зареждане и изпразване на торбата. Разливите трябва да се навлажняват и събират, а не да се измитат до сухо, а водата от измиването не трябва да се изхвърля без обработка.
Често задавани въпроси
В: За какво се използва ванадиев пентоксид?
Най-големите количества отиват във ферованадий за стомани с висока{0}}якост и в катализатори за сярна киселина и органично окисление; други употреби включват ванадиев електролит за проточни батерии и оцветяване на стъкло или керамика.
Въпрос: Какво е степента на окисление на ванадий във V2O5?
Ванадият е в състояние +5, най-високото стабилно състояние на окисление, което прави оксида силен окислител, който може да бъде редуциран до състояния +4, +3 и +2.
Въпрос: Разтворим ли е ванадиевият пентоксид във вода?
Той е слабо разтворим във вода, но се разтваря в минерални киселини и е лесно разтворим в силни основи, където образува ванадати.
В: Каква е точката на топене на ванадиевия пентоксид?
Точката на топене е около 690 градуса (1274 градуса F), а оксидът сублимира близо до 1750 градуса.
В: Каква е разликата между технически клас и V2O5 с висока чистота?
Техническият клас работи при минимум 98% V2O5 и се изразходва главно от легиране на стомана, докато висока степен на чистота при минимум 99,5% се използва за катализатори, химикали и електролит за батерии.
В: Как ванадиевият пентоксид се превръща във ферованадий?
Оксидът се редуцира с алуминий или в електрическа пещ заедно с железни единици, давайки FeV50 или FeV80 ферованадий, който се зарежда в кофата или конвертора за легиране.
