V/Vanadium

Naam

De naam vanadium is afgeleid van ‘Vanadis’, de Scandinavische godin van schoonheid en liefde (beter bekend is onder de naam Freya). Ontdekker Nils Gabriel Sefström (foto) haalde de inspiratie voor die naam uit de grote verscheidenheid aan prachtige kleuren van vanadiumverbindingen.

Ontdekking

Vanadium werd eigenlijk twee keer ontdekt. De Spaans-Mexiaanse mineraloog Andrés Manuel del Río vond het element al in 1801 in Mexicaans looderts. Hij trok zijn claim in toen uit contra-expertise door de Franse chemicus Hippolyte Victor Collet-Descotils zou blijken dat hij slechts basisch loodchromaat had geïsoleerd.

Dertig jaar later, in 1831, trof de Zweedse chemicus Nils Gabriel Sefström (opnieuw) vanadiumverbindingen aan bij zijn studie van ijzererts uit de Falun-mijnen in Midden-Zweden. Later dat jaar bevestigde de Duitser Friedrich Wöhler de ontdekking van Del Río. Sefström stelde de naam vanadium voor en het Mexicaanse erts heet sindsdien vanadiniet.

Ook de productie van metallisch vanadium verliep in twee fasen. Direct na de ontdekking van Sefström claimde zijn landgenoot Jöns Jacob Berzelius dat hij elementair vanadium had geïsoleerd. De Engelse chemicus Henry Enfield Roscoe toonde echter in 1867 aan dat Berzelius vanadiumnitride had gemaakt. Roscoe wist wel zuiver vanadium te maken via de reductie van vanadi­um(II)chlori­de met waterstof.

Voorkomen

Vanadium is een redelijk veel voorkomend element. Met een gewichtsaandeel van 0,012 % in de aardkorst staat het op plaats 20 in de lijst van meest voorkomende elementen.

De belangrijkste vanadiumhoudende mineralen zijn:

Vanadium is ook aanwezig in diverse ertsen, waaronder ijzer­erts en titaanerts. Het komt ook voor in aardolie uit Venezuela. Centrales die daarmee worden gestookt produceren vliegas met relatief veel vanadium(V)oxide. Hier wordt weer vanadium uit gewonnen.

Winning

De belangrijkste wingebieden­ van vanadiumhoudende ertsen liggen in Zuid-Afrika, Rusland, de Verenigde Staten van Amerika, China, Australië en Finland. De EU heeft met de Critical Raw Materials Act in 2022 het element vanadium op de lijst van schaarse en strategische grondstoffen gezet.

Vroeger

De Engelse chemicus Henry Enfield Roscoe was 1867 de eerste die zuiver vanadium wist te maken, via de reductie van vanadi­um(II)chlori­de met waterstof.

Tegenwoordig

Tegenwoordig wordt vanadium bereid door reductie van vanadium­(V)oxide met calcium, onder hoge druk. Het wordt gewonnen uit vliegas uit aard­oliebranders en uit reststromen bij de ver­wer­king van ijzer- en titaanerts en bij de uranium­winning uit carnotiet.

De vanadiumhoudende grondstof wordt gesmolten met natri­umcarbonaat of natriumwaterstofsulfiet, waarbij natriumvana­daat (NaVO₃) ontstaat. Na aanzu­ren, affiltre­ren van het gevormde polyvanadaat en verhitten, ontstaat vanadi­umpenta­oxide (V₂O₅). Het pentaoxide is de uitgangsstof voor de meeste toepassingen van vanadium, zoals bijvoorbeeld het legeren van ijzer (vanadium­staal).

Om zui­ver vanadium te verkrijgen, wordt dit oxide gereduceerd met calcium. Het is ook om te zetten in vanadium(V)chloride of andere vanadium zouten, waar­uit vanadi­um wordt verkregen door reductie met magnesium, of door elek­trolyse,.

Kleinere hoeveelheden zeer zuiver vanadium zijn te maken met het in 1925 ontwikkelde proces van de Nederlandse chemici Anton Eduard van Arkel en Jan Hendrik de Boer. Dit betreft thermische ontleding van vanadium(III)jodide in een inerte atmosfeer. Hiervoor wordt onzuiver vanadium met wat jood in een vat met zeer lage druk gebracht. Bij ca. 200 °C reageert het tot vanadium(III)jodide. Dit verdampt, waarna het in de nabijheid van een gloei­draad bij zeer hoge temperatuur (ca. 1.300 °C) weer ont­leedt in jood en vanadium. Het gevormde vanadium slaat neer op de gloeidraad.