تاکنون حتماً با مواد به اصطلاح ضد زنگ یا ضد خش سروکار داشته اید. این مواد در واقع آلیاژها یا ترکیباتی از عناصر مختلف با خواص متنوع هستند که ترکیب نهایی حاصل دارای خواص منحصر به فردی می باشد. عنصر وانادیم یکی از عناصر اصلی در آلیاژسازی بوده که به ترکیب نهایی خاصیت ضد زنگ زدگی و ضد خش می دهد. این فلز در صنعت عنصر بسیار مهمی به شمار می آید. عنصر وانادیم با عدد اتمی ۲۳ در گروه ۵ جدول تناوبی قرار دارد.
وانادیم، فلزی که دو بار کشف شد
در تاریخ آمده که وانادیم دوبار کشف گردیده است. بار اول در سال ۱۸۰۱، وقتی که مانوئل دل ریو، دانشمند اسپانیایی، نمونه از جنس واندادیت، Pb5(VO4)3Cl، را در مکزیکو سیتی کشف نمود و این ماده را آنالیز کرد. او اسم این ماده را سرب قهوه ای گذاشت. او گمان کرد به دلیل وجود عنصری جدید در ماده است که در اثر گرما دهی رنگ آن به قهوه ای تغییر می یابد. دل ریو این ماده جدید را اریترونیم نامید. اریترونیم مشتق شده از واژه یونانی و به معنای قرمز می باشد. سپس دل ریو این ماده را به پاریس فرستاد اما شیمیدان های فرانسوی گمان کردند این ماده یکی از ترکیبات جدید کروم می باشد.
این عنصر برای دومین بار در سال ۱۸۳۱ توسط شیمیدان سوئدی نیل گابریل سلف استروم در شهر استکهلم کشف گردید. او عنصر وانادیم را از نمونه چدنی ساخته شده از سنگ معدنی بدست آورد که از معدن اسمالند استخراج شده بود. او موفق شد نشان دهد که این ماده عنصری جدید است و در انجام این کار توانست رقیب شیمیدان آلمانی خود، فردریش وهلر، را شکست دهد. وهلر بر روی ترکیب معدنی دیگری از این عنصر کار می کرد که از معدن زیماپان بدست آمده بود. سلف استروم نام این عنصر جدید را وانادیم نامید که الهام گرفته از وانادیس (فریا) الهه زیبایی و حاصلخیزی در منطقه اسکاندیناوی است. هر دو اسم اریترونیوم و وانادیم، به طیف گسترده رنگ های موجود در ترکیبات وانادیم اشاره دارند.
فرایند خالص سازی این فلز بسیار دشوار بود. برزیلیویس در سال ۱۸۳۱، گزارش داد که موفق به تولید فلز خالص این عنصر شده است. با این وجود، پس از گذشت بیش از ۳۰ سال، هنری روسکو در سال ۱۸۶۹ در شهر منچستر موفق شد فلز وانادیم خالص را از احیای VCl3 با هیدروژن بدست آورد. او نشان داد نسخه های قبلی گزارش شده خالص نبودند بلکه ترکیب نیترید دارد وانادیم بودند. در سال ۱۹۲۷ فلز کاملا خالص از احیا پنتا اکسید وانادیم با کمک کلسیم بدست آمد.
خواص وانادیم
فلزات قرار گرفته در گروه های واسطه ویژگی های جذابی دارند. عناصر را می توان بر اساس حالات فیزیکی شان به صورت جامد و مایع طبقه بندی نمود. بر اساس این دسته بندی، این فلز در گروه جامدات و فلزات واسطه قرار می گیرد. فلزات واسطه عموماً خاصیت چکش خواری و انعطاف پذیری مناسبی دارند و از خواص دیگر آنها رسانایی گرما و الکتریسیته است. وانادیم عنصر فلزی انعطاف پذیر، نرم و نقره ای رنگ است و استحکام ساختاری بالایی دارد. ظرفیت الکترونی این عنصر ۲+، ۳+، ۴+ و ۵+ است، با این حال در برخی مقالات ظرفیت ۱+ نیز برای آن گزارش شده است. ساختار کریستالی این فلز از نوع مکعبی بوده و در بین فلزات دمای ذوب نسبتا بالایی دارد (۱۸۹۰ درجه سانتیگراد)
کاربردهای متنوع وانادیم
اولین بار شرکت خودروسازی فورد از آلیاژهای وانادیم دار در بدنه خودرو خود استفاده نمود. امروزه بیش از ۸۰ درصد از مقدار تولید شده به عنوان عامل افزودنی در صنعت استیل سازی بکار گرفته می شود. آلیاژهای استیل-وانادیم بسیار سخت هستند و در صنایع دفاعی و زرهی، اکسل ها، میل لنگ و پیستون کاربرد دارند. افزودن کمتر از یک درصد وانادیم به استیل همراه با مقدار بسیار جزئی کروم، باعث ایجاد خاصیت مقاومت به ضربه در استیل می شود. همچنین کاربرد دیگر آلیاژهای این فلز در راکتورهای هسته ای می باشد، زیرا این آلیاژ ها قابلیت جذب نوترون پایینی دارند. به دلیل ایجاد یک لایه اکسیدی نازک روی سطح آن، مقاومت به خوردگی و زنگ زدگی این فلز بسیار بالا می باشد. بنابراین از این ماده در ابزار مقاوم در برابر زنگ زدگی استفاده می شود. کاربردهای دیگر این ماده عبارتند از: پایدارسازی کربن در برخی فلزات، عامل پیوند دهنده تیتانیم-استیل و کاتالیزور. از این فلز در ساخت ابزار جراحی و ابزار ضد خش نیز استفاده می شود.
اکسید این فلز نیز کاربردهای متنوعی دارد، مثلاً به عنوان رنگ در سرامیک ها و شیشه ها استفاده می شود یا در تولید آهنربا های ابررسانا نیز به کار برده می شود. ترکیبات وانادیم دار به عنوان کاتالیزور استفاده می شوند، به عنوان مثال از وانادیم پنتا اکسید به عنوان کاتالیزور در ساخت اسید سولفوریک استفاده می شود.
کاربرد تازه ای که برای این فلز واسطه کشف شده، نقش بیولوژیکی آن است. وانادیم برای بدن تعدادی از جانداران از جمله انسان ها ضروری می باشد، البته مقدارش بسیار جزئی بوده و گزارش شده که 0.01 میلی گرم در روز برای انسان مناسب است. نمک این فلز در درمان بسیاری از بیماری ها استفاده می شود. جذب ترکیبات آن معمولاً از طریق شش ها منجر به مسمومیت مزمن می گردد. نشانه های مسمومیت با این فلز عبارتند از: تحریک دستگاه تنفسی، سینه پهلو، ورم دور چشم، و کم خونی.
اکسید وانادیم اشعه مادون قرمز و نور مرئی را بازتاب نمی دهد، در نتیجه از این ترکیب در پوشش های شیشه ای استفاده می شود. این ترکیب همراه با کروندوم در صنعت جواهر سازی نیز کاربرد دارد. در باتری های لیتیمی از ترکیب لیتیم-وانادیم استفاده می شود تا آندی با چگالی انرژی بالا ایجاد شود. همچنین از فسفات وانادیم به عنوان کاتد در باتری های فسفات لیتیم-وانادیم استفاده می شود.
منابع طبیعی وانادیم
این عنصر در ۶۵ ترکیب مختلف از جمله کارنوتیت، پاترونیت و واندادیت یافت می شود. همچنین این فلز را می توان در سنگ های فسفاتی، کانی های آهن و به صورت کمپلکس های ارگانیک در نفت خام یافت.
این فلز از احیا اکسید آن با کلسیم در مخزن فشار بدست می آید. برای دستیابی به وانادیم با خلوص بسیار بالا، کلرید این فلز با استفاده از منیزیم احیا می شود. در چین و روسیه از سرباره استیل سازی، وانادیم بدست می آورند. سایر کشورها از طریق مگنتیت، دودکش محصولات حاصل از سوختن نفت سنگین یا از معدن اورانیم به صورت محصول جانبی، به وانادیم می رسند.
منبع: بازار فلز
