Путеводный ванадий

Ванадий – во многих отношениях необычный металл, странный. С самого момента открытия. Он был открыт в 1801 году в Мехико, но от этого открытия отказались. Был выделен в 1831 году, но оказалось, что это лишь соединение. В чистом виде он был получен только в 1867 году.

Зато к концу XIX века ванадий уже использовался в броневых плитах, чуть позже пришел в автомобилестроение (рама Ford T), оказался в деталях защиты, вооружения, двигателей самолетов, кораблей и другой техники.

Столь широкое и быстрое его распространение понятно – ведь для значительного улучшения качества стали достаточно содержания ванадия в сотые и десятые доли процента. Введенный в сталь ванадий активно реагирует с кислородом и азотом, продукты этих реакций всплывают на поверхность металла жидким шлаком, который удаляется в процессе плавки. Тем самым повышается прочность отливок, а оставшийся ванадий раньше других элементов взаимодействует с растворенным в стали углеродом, образуя твердые и жаростойкие соединения – карбиды. Карбиды ванадия плохо растворяются в железе и распределяются в нем, препятствуя образованию крупных кристаллов. Сталь получается мелкозернистой, твердой и ковкой.

При целом букете достоинств есть и один недостаток – качественных месторождений ванадия на территории бывшего СССР и в России нет. Советский и российский ванадий извлекается из железных руд. Сначала – керченских, но их состав оказался таков, что основной продукт – сталь – из них получался с большим трудом. Поэтому когда началась разработка качканарских ванадийсодержащих титаномагнетитовых руд, попытки переплавить крымскую руду практически прекратились.

При средних содержаниях пентоксида ванадия в руде на уровне 0,14% пытаться извлечь его традиционными методами затруднительно. Поэтому был найден иной способ: при доменной плавке ванадийсодержащих железных руд или агломератов после магнитного обогащения получается ванадиевый чугун, в который переходит 80–85% V. Далее в процессе передела чугуна в сталь основная часть ванадия превращается в шлак, который перерабатывают с получением пентоксида ванадия, ванадата кальция или ванадата железа. А уже из них выплавляют феррованадий, доводя при необходимости производство до металлического ванадия или его соединений высокой степени чистоты.

Волею Госплана СССР эта технологическая цепочка оказалась весьма протяженной – руду добывали на Урале под Качканаром (Качканарский ГОК), везли за 100 км в Нижний Тагил (НТМК), где получали шлак, и далее 2000 км до Тулы, в ванадиевый цех Новотульского металлургического завода (ныне «Ванадий-Тула»).

Несколько короче был путь сырья, попавшего на Чусовской завод (140 км от Качканара), где имелся цикл полной переработки – от руды до феррованадия. Но у этого предприятия не хватало мощностей для обеспечения ванадием всей советской металлургии. Да и сейчас не слишком понятно его состояние – ванадиевый цех работал по давальческой схеме (т.е. по толлингу) на сырье «Евраза», был убыточен и последний известный контракт истекал в марте 2017 года. Был ли он продлен – неизвестно.

Тем не менее на мировом рынке ванадия Россия весьма заметна – на нашу долю, по оценкам USGS, в 2016 году приходилось более 20% добытого в мире ванадия. Впереди только Китай – 42 тыс. т из 76 тыс. т на всей планете.