امكان فرآوری كانسارهای وانادیوم و تنگستن دار

وانادیوم یك عنصر شیمیایی است، عدد اتمی این عنصر 23 است و در جدول متناوبی، در گروه 7 است جرم حجمی آن و رنگ آن خاكستری نقره ای فلزی است، توان اتمی آن 509415amu، شعاع اتمی آن 171pm و شعاع كوالانسی آن 125pm می باشد، نقطه ذوب این عنصر 2175k و نقطه جوش آن 3682k می باشد

امكان فرآوری كانسارهای وانادیوم و تنگستن دار

كلیات:

وانادیوم یك عنصر شیمیایی است، عدد اتمی این عنصر 23 است و در جدول متناوبی، در گروه 7 است. جرم حجمی آن  و رنگ آن خاكستری نقره ای فلزی است، توان اتمی آن 50.9415amu، شعاع اتمی آن 171pm و شعاع كوالانسی آن 125pm می باشد، نقطه ذوب این عنصر 2175k و نقطه جوش آن 3682k می باشد.

وانادیوم یك عنصر كمیاب نرم و هادی می باشد كه به صورت تركیبی با كانیهای خاصی یافت شده و برای تولید آلیاژهایی بكار گرفته می شود.

این عنصر در برابر فرسودگی توسط مواد قلیایی و اسید سولفوریك و اسید هیدروكلریك مقاوم است در k 933 به سرعت اكسید می شود. وانادیوم ساختار محكمی داشته و شكاف نیوترونی ندارد كه این خاصیت آن را برای استفاده در زمینه های هسته ای مناسب
می نماید.

حالتهای اكسیداسیون محصول این عنصر + 2 و + 3 و + 4 و + 5 می باشد یك تجربه عمومی با وانادات آمونیوم با فلز روی است كه می تواند از طریق همه 4 حالت، اكسیداسیون + 1 نیز برای این عنصر دیده شده است بیش از 80% وانادیوم تولید شده به مصرف فرو وانادیوم كه یك ماده افزوده به فلز فولاد می باشد می رسد موارد استفاده دیگر عبارتند از:

در آلیاژها به عنوان

• فلزات ضد خش وسایل جراحی و ابزار آلات
• ماده ضد رنگ و افزایش دهنده سرعت در فلزات
• ماده مخلوط شونده با آلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم برای استفاده در موتورهای جت و هواپیماهای پر سرعت
• آلیا‍ژ فلز وانادیوم در ساخت محورها، میل لنگ دنده ها و ... بكار می رود
• متعادل كننده كاربید در ساخت فلزات
• كاربردهای هسته ای بدلیل نداشتن شكافت نوترونی
• استفاده از ورق وانادیوم در آبكاری تیتانیوم در فلزات
• نوار وانادیوم گالیوم كه مگنت ابر رسانا می باشد.
• استفاده از تركیبات وانادیوم به عنوان كاتالیزور در تولید Moleic Anhydride و اسید سولفوریك
• استفاده از پنتا اكسید وانادیوم به عنوان كاتالیزور در سفالگری

وانادیوم توسط Andres Monuel Del Rio كه یك معدن شناس اسپانیایی بود در شهر مكزیكوسیتی در سال 1801 كشف شد، اولین عنصر را سرب ترمز نام نهاد، با انجام آزمایشاتی وی ملاحظه كرد كه رنگ این عنصر بدلیل وجود كرومیوم می باشد از این رو او این عنصر را Danchromium نام نهاد وی بعداً این عنصر را به نام Erythronium تغییر داد چرا كه بیشتر نمكها با حرارت دادن قرمز می شوند. یك شیمی دان فرانسوی اشتباهاً اعلام كرد كه عنصر جدید Rio Del تنها یك كرومیوم ناخالص است. Del Rio نیز گمان داشت كه اشتباه كرده است و نظر شیمیدان فرانسوی را قبول كرد.

در سال 1831 سوئد وانادیوم را در اكسید جدیدی كه وی به هنگام كار كردن با معادن آهن یافته بود دوباره كشف كرد در همان سال Friedrich W…V كشف سابق Del Rio را تأیید كرد.

وانادیوم فلزی در سال 1867 توسط Henry Enfield Roscoe كه كلرید وانادیوم را با هیدرو‍ژن تقلیل كرد به صورت جداگانه بدست آمد. نام وانادیوم از كلمه وانادیس الهه زیبایی در اسكاندیناوی گرفته شده است چرا كه این عنصر در تركیبات گوناگون رنگهای الوانی دارد.

در بیولوژی اتم وانادیوم از اجزاء لازم آنزیمها بشمار می رود. به طور خاص Vanadium Nitrogenose توسط میكرو ارگانیسم های ثابت كننده هیدروژن استفاده می شود. وانادیوم برای Ascidianهای لازم است. تمركز وانادیوم در بدن آنها یك میلیون برابر تمركز وانادیوم مركب اطراف آنها می باشد. همچنین موشها و جوجه ها نیز به مقادیر بسیار كمی وانادیوم نیاز دارند و كمبود این عنصر باعث كمبود رشد و تولید مثل معیوب می شود.

وجود تركیباتD xo Vanadium برای سبك كردن نشانه های بیماری دیابت در برخی نمونه های حیوانی و انسان نشان داده شده است.

وانادیوم هرگز به صورت آزاد در طبیعت یافت نمی شود اما در 65 گونه كانی های گوناگون بوجود می آید. وانادیوم همچنین در Bouxife و كربن نیز وجود دارد كه حاوی ذخایری مانند نفت خام، ذغال سنگ، Oil shale و Tar می شود. طیف وانادیوم در نور خورشید و دیگر ستارگان نیز شناسایی شده است.

بیشتر وانادیوم تولید شده توسط تقلیل كلسیوم از ₅O₂V در یك لوله فشار می باشد وانادیوم معمولاً به صورت محصولات جنبی بدست می آید. از اینرو منابع جهانی از این عنصر حاكی از وجود ذخایر در دسترس نمی باشد.

وانادیوم طبیعی از یك ایزوتوپ پایدار تشكیل شده است V-51. برای این عنصر 15 ایزوتوپ رادیو اكتیوی دیگر شناسایی شده است كه پایدارترین آنها V-50 با نیمه عمر e171.4 سال و V-49 با نیمه عمر 330 روز و V-48 با نیمه عمر 15.9735 روز می باشند. تمام ایزوتوپهای رادیو اكتیو باقی مانده نیمه عمری كمتر از یك ساعت دارد كه نیمه عمر بیشتر آنها كمتر از 10 ثانیه است. این عنصر حالت متا دارد ایزوتوپهای وانادیوم به ترتیب وزن اتمی 43.981^amu تا amuV59 59.959 مرتب شده اند. حالت Decay اولیه قبل از فراوان ترین ایزوتوپ V51 الكترون گیری و حالت اولیه بعد از آن Beta Deeay
می باشد محصولات decay اولیه قبل از V51 ایزوتوپهای عنصر تیتانیوم 22 و محصولات اولیه بعد از آن ایزوتوپهای عنصر Chromium 24 می باشد.

 

ذخایر وانادیوم در ایران:

یكی از عمده ترین منابع وانادیوم سنگ آهن های تیتانیوم و وانادیوم است كه ذخایر عظیمی از آن در مناطق آهن دار ایران مركزی وجود دارد و از جمله می توان به ذخیره سنگ آهن چغارت با عیار V250% 5/0-0/3 اشاره كرد.

همچنین می توان بر كانسارهای اصلی ناحیه بافق – ساغند اشاره كرد كه حضور وانادیوم در آنها چشمگیر است در این كانسارها وانادیوم همراهی و مشاركت بسیار خوبی را با كانه های منیتیتی نشان می دهد و میزان این عنصر در این نوع كانه در مقایسه با انواع دیگر بسیار بیشتر است. عیار وانادیوم در كانسنگهای این ناحیه با میزان عیار كهن و تیتانیوم نسبت مستقیم و با میزان فسفر نیست معكوس دارد و به عبارتی می توان گفت سنگ آهنهای پر عیار و كم مستقر دارای مقدار بیشتری وانادیوم در شبكه خود می باشند و همچنین وانادیوم احتمالاً در كانی منییف تمركز پیدا كرده است. عیار بنتوكسید وانادیوم (V205) در كاسنار چاه گز حدود 0.4 درصد و در معدن چغارت بین 01 درصد در سنگهای آهن كم عیار و پر فسفر تا 5/0 درصد در سنگهای آهن پر عیار و كم فسفر متغییر است و با توجه به اینكه عیار آن در این كانسارها از عیار حد اقتصادی این عنصر در بازارهای جهانی بیشتر است لذا بنظر می رسد كه استحصال وانادیوم از كانسنگهای این ناحیه و بخصوص چغارت اقتصادی می باشد.

فصل دوم

فرآوری وانادیوم

 

 

 2-1- منابع وانادیوم

وانادیوم به طور كلی از منابعی مانند كانه ها ، چگاله ها ، سرباره های فلز كاری، و مواد نفتی منشاء می گیرد. درسال 2001 تولید جهانی به 58000 تن رسید كه حاوی وانادیوم استخراج شده ازچند منبع بود وانادیوم دربیش از 50 نوع ازمواد معدنی متفاوت بدست
می آید بیست ودومین عامل موجود درپوسته زمین است با غلظت 150 كه مشابه روی وبیش از مس ونیكل است . هرچند كه اورانیوم به طور نامتراكم وگسترده توزیع شده است اما هیچ گاه بطور خالص یافت نمی شود. وبیشتر به صورت تركیباتی ازكارنوتیت دیسكولیت (riscoLit) وانادنیت (Vanadnite) موترآمیت (mottramite) وپاترنیت (Patronite) به عنوان اصلی ترین منابع فلزی ، وجود دارد. درآمریكا دسیكویت دریوتا (Utoh) ویسكولیت، كارنو تیت دركلورادو (CoIorado) ، وردعین حال واندنیت درآریزونا (Arizona) ونیومكزیوك یافت می شود. منابع دیگرشامل خاك معدنی وانادی فردسو وشهاب سنگ ها هستند . ذخایر ماگنتیت تینانی فردوس ماسه سنگ اروانی فروس ، وگل – ماسه حاوی وانادیوم را شامل می شوند. جدایی از وانادیوم موج.د دربرخی سنگ آهن ها وسنگ فسفات این عنصر دربرخی ازانواع نفت خام وبه صورت تركیبات آلی ، یافت می شود. مقادیر قابل توجهی دربوكیت ومواد كربنی فروس ، ازقبیل زغال سنگ لایه های نفتی وقیرشن ها یافت می شوند. وانادیوم طبیعی دارای دو ایزوتوپ است  ( 76/99 %) كه نوع اول كمی دارای خاصیت رادیو اكیتو است وتهیه عمر آن بیش از سال است. توضیحی درمورد منابع معمول مواد حا.ی وانادیوم ، روش های فرآوری وتولید فلز وانادویم به وسیله گوپتا ( Gupra) تهیه شد. برنامه ساده شده ای حالتهای جدید تولید وانادیوم وتركیبات همراه آن را نشان می دهد.

كانه های ماگنتیت استرالیا، چین ، روسیه، ونتیرخاك ان دار تیوز بلند شامل منابعی از سرباره های غنی از وانادیوم هستند كه بعنوان ماده اولیه ای برای تولید فرو وانادیوم مورد استفاده درصنایع آهن وفولاد، بكارمی روند. فسفات حاوی وانادویوم وكانه اورانیوم درآمریكا منابع اكسید وانودیوم ( 2) فلزوانادیوم وآلیاژ ها ( 3) آلیاژهای برپایه آلومینیوم وانادیوم برای آلیاژهای تیتانویم و (4) مواد شیمیایی وكاتالیزور وانادیوم . پس مانده های وانادیوم مربوط به خاورمیانه وتروئلا به همراه خاكسر ( بدست آمده از ) كارخانه برق وكاتالیزور مصرفی، برای هرفرایند دیگركارآیی دارد كه در اینجا به آن اشاره می شود. درحال حاضر ، فقط فقط چین وآمریكا قادربه بازیافت میزان قابل توجهی ازوانادیوم ازمحتویات پتروشیمی اند. حدود 85 درصد وانادیوم مصرفی ، تولید فولادهای كم آلیاژ با سختی بالا،‌همراه با فولادهای ( مورد استفاده در) درساخت ابزارهای ریخته گری بكار گرفته می وشد دو درصد نیز در صنایع هوافضا كه نیازمند آلیاژهای تیتانیوم – آلومینیوم وبقیه درصنایع شیمیایی مورد استفاده قرارمی گیرد. پس از 1906 كشورپروراولین محل استخراج كانه سولفید پاترونیت برای بازگیری وانادیوم لقب گرفت وتا 1955 به عنوان یك تامین كننده فعال به كار خود ادامه داد. هنگامیكه منابع پرو تمام شده كانه دیسكوزیت درآفریقای جنوبی ، نامیبیا وزامبیا مورد بهره برداری قرارگرفتند. چندسال وانادیوم، محصول جانبی تولید كنندگان اورانیوم درایالات غربی امریكا بود وانادیوم محصول فرعی فرایندهای تجاری ازقبیل تولید روی ازذخیره سنگ آهن درفنلاند ونروژ بوكسید موجود درفرانسه است دومعدن درفنلاند هر نروژ درسال 1980 بسته شدند. یك منبع اصلی وانادویوم كانه های ماگنیت تیتانیوفروس كشف شده دراسترالیا چین ، روسیه وآفریقای جنوبی اند كه دراین مقاله توضیح داده خواهند شده وانادیوم اضافی ممكن است .

محتویات موجود درنفت ومحصولات نفتی بازگیرمی شوند. مانند كاری درونزوئلا انجام می شودو كك حاصل از فرایند FIexicoke كه در ونزوئلا مورد استفاده قرارمی گیرد به وسیله اسید سولفوریك فروشسته می شود وسپس ازدرون تبادل یوفی جداكننده برای جداسازی آمونیوم وانادیوم عبورداده می شود. ذخیره فعلی وانادیوم درحدود 41-27 میلیون تن تخمین زده می شود كه با توجه به مصرف كنونی ، ظاهرا منبع قابل برای چند صد سال آینده باشد.

چون وانادیم ازمحصول جانبی تولید می شود، یك مشخصه واقعی ازمنابع جهای دردست نیست.

آمریكا یكی ازصادركنندگان كنونی وانادیم است درحالیكه وارد كننده ماده خام وانادیوم است نیازهای داخل به وسیله صادرات خارجی برحسب قیمت تامین می شود. میزانی از موادی مانند فلز وانادیم به همراه پس ماندها، آلیاژاصلی وانادیوم – آلومینیوم، فرووانادیم، پنتاكسید وانادیم ، اكسیدها وهیدروكسیدها دیگر وانادیم به آمریكا واردمی شود. صاردات از امریكا به حدود 11 درصد ازمواد وارداتی می رسد كه خود درحدود 7/8 درصد ازتولید جهانی را شامل می شود آمریكا به كانادا جمهوری آلمان ، ژاپن ، كره ، مكزیك ، تایوان صادرات این ماده را انجام می دهد. هشت شركت صنعت وانادیوم درامركیا را اداره می كنند و موارد استفاده برای مصرف داخل شامل فولاد كربنی 34درصد ، آلیاژ پایین با استحكام بالا ، 26 درصد ،‌‌ِ آلیاژ كامل 19% فولاد ابزاری 6 درصد كاربردهای مختلف ، 15 درصد می باشند. فعالیت وانادیوم دركانادا فقط یك سهم یك درصدی ازكل جهان را به عهده دارد ذخایر سنگ كانادا معمولا شامل ماگنتیت تیتانی فروس درمناطق ازقبیل پایب ستون (Pipeston) و دو معدن در كبك (Qucebec) ولاك دور (Lac Dore) و رودخانه بل (BeII) است . ذخیره لاك دور متعلق به شركت مكنزی كه منابع ان 102 میلیون تن و 4/17 درصد ایلمنت منبع با ارزشی برای تولید دی اكسید تیتانویم ( T_io₂ ) است . ظرفیت تخمینی 364 میلیون دلاری ، موضوع تبادل نظر درژوئن 2005 خواهد بود. یك بررسی ازپایه تولید مورد استفاده شركتهای اصلی درجهان وموارد دیگری ازقبیل قیمت گذاری به وسیله برون (Perron) درسال 2001 انجام شد.

یك تاثیر اقتصادی از تولید ثانویه وانادیوم حاصل می گردد ؛ كه از (1) تولیدآهن وفولاد (2) به عهنوان یك محصول متقابل ازتولید اورانیوم و(3) ازبازیافت ناشی می شود. چدن خام درتولید فولاد شامل مقداری زیادی ماده حاوی وانادیوم گداخته شده با سنگ آهن
می باشد. چدن خام ذوب شده ، اكسیژن افكنی می شود تا اینكه سرباره ای شامل 12 تا 24 درصد وانادیوم را تشكیل دهد ، كه یا بادمای بالای جریان نزولی ، گداخته شده ویا سرد نشده وسپس برای تولید 7₂0₅،ازطریق خروج حلال، فرآوری می گردد. اسید سولفوریك داغ ویك اكسید كننده مانند كلرید سدیم برای فروشویی چگاله كافه اورانیوم برای 24 ساعت ، مورد استفاده قرارمی گیرد. محلول فروشویی شده، با استفاده از حلال آلی به طرف مدار SX هدایت شده وپس از آن ، وانادیوم به شكل پس مانده باقی می ماند. سپس به دایره SX فرستاده می شود وانادیوم درحالت ( فاز ) آلی خارج شده و سپس با 10 درصد حلال خاكستر سودا مخلوط شده وبه همراه سولفات آمونیوم ته نشین می گردد. رسوب متاوا نادیت آمونیوم تصفیه ، خشك وسپس اكسیده شده وپنتااكسید وانادیوم را تولید می كند درطول جریان بازیافت، كاتالیزوومصرف شده ازصنعت پتروشیمی وخاكستر حاصل از اكسید شدن نفت در ایستگاه برق به ماده خام تبدیل میش ودو متاسفانه تا به امروز ، این فعالیت های بازیافتی هرچند غیرقابل اهمیت ، ازنظراقتصادی درهیچ مقیاسی تائید نشده اند. محققین درمكزیك استخراج 7₂0₅را ازپس مانده های كارخانه برق ، ازطریق فروشویی وفعالیتهای واحدهای دیگرمورد بررسی قرارداده اند. تركیبات وانادیوم به دلیل خطرهای جانی ، تنها درجاهایی كه بازیافتشان بدون قرارگرفتن درمعرض آنها ممكن باشد، مورد بازیافت قرارمی گیرندو شركت مواد وانادیوم را برای استخراج موادی بازیافت می كند كه دربازهای جهانی بكارمی رود. فرایندهای شیمیایی برای پردازش كالتالیزرهای Ni/mo و CO/MO دربازگیری وانادیوم درتبدیل به اكسید وجداسازی نیكل، كبالت ومقادیری از مولبیدن بكار می روند.