Изучение геохимических свойств элементов Тitanium, vanadium Пардаева З.А

Изучение геохимических свойств элементов Тitanium, vanadium Пардаева З.А

Ti V

46Ti (7,95%), 47Ti(7,75%), 48Ti (73,45%), 49Ti (5,51%), 50Ti (5,34%). 50V (0,25%) 51V(99,75%)

История открытия Ti Уильям Грегор (1761-1817г.) -английский минералог. При анализе железистых песков местечка Менакан нашел (1791) новый металл - менаканит. Корнуэлл- п.о на Ю-З Англии Мартин Генрих Клапрот (1743-1817г.)-немецкий химик. Первооткрыватель трёх химических элементов :циркония ,урана и титана. Открыл явление полиморфизм,на примере СаСО3

Брусок кристаллического титана (чистота 99,995 %, вес ≈283 г, длина ≈14 см, диаметр ≈25 мм), изготовленный на заводе «Уралредмет» иодидным методом ван Аркеля и де Бура

Область применения Ti Титан и его сплавы нашли широкое применеие в технике ввиду своей высокой мехнической прочности, которая сохраняется при высоких температурах, коррозионной стойкости, жаропрочности, удельной прочности, малой плотности и прочих полезных свойств. Основная часть титана расходуется на нужды авиационной и ракетной техникии и морского судостроения. Технический титан идет на изготовление емкостей, химических реакторов, трубопроводов, арматуры, насосов, клапанов и других изделий, работающих в агрессивных средах. Из компактного титана изготавливают сетки и другие детали элетктровакуумных приборов, работающих при высоких температурах. Соединения титана также получили широкое применение в различных отраслях промышленности. Титан, как и тантал, не действует на живые ткани организма, поэтому он применяется в хирургии для скрепления костей при переломах.

История открытия V Андрес Мануэль дель Рио (1764-1849г)-мексиканский химик и минералог. Исследуя мексиканскую свинцовую руду, получил (1801) окрашенные соли неизвестного элемента, похожего на хром и уран, и предложил назвать его панхромием. в дальнейшем получил его высший окисел, окрашенный в красный цвет, и назвал этот элемент эритронием. Нильс Габриэль Сефстрём (1787-1845 г.)-шведский химик и минералог. При своих исследованиях выделил из руды горы Таберг черный порошок. Дальнейшие исследования показали, это неизвестный металл. Новый металл был назван ванадием

Область применения V Ванадий в основном используется как легирующая добавка при получении износоустойчивых, жаропрочных и коррозионно-стойких сплавов (прежде всего, специальных сталей), как компонент при получении магнитов. Оксид ванадия V2O5 служит эффективным катализатором, например, при окислении сернистого газа SO2 в серный газ SO3 при производстве серной кислоты. Соединения ванадия находят разнообразное применение в различных отраслях промышленности (текстильной, стекольной, лакокрасочной и др.).

Основные минералы-носители элемента Ti Известно 67 минералов Ti, в основном магматических. Важнейшие из них- рутил TiO2, ильменитFeTiO3, титаномагнетит FeTiO3 + Fe3O4, перовскит CaTiO3, титанит CaTiSiO5. Тi как элемент-примесь входит в состав многих минералов: Магнетит, хондродит, клиногумит, ферросилит,эгирин,сера марказит,корунд(сапфир),гематит. на Земле титан существует главным образом в виде двуокиси

Рутил. Тетрагональная сингония. Каждый ион Ti окружается шестью ионами O. Анатаз. Тетрагональная сингония. Плотнейшая кубическая упаковка. При Т° 650°переходит в рутил Брукит. Ромбическая сингония. Ионы Ti и анионы O образуют цепочки октаэдров

Распространённость Ti Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре 0,57 % по массе

Распространённость V Ванадий относится к рассеянным элементам и в природе в свободном виде не встречается. Содержание ванадия в земной коре 1,6·10−2% по массе

Основные минералы-носители элемента V Известно около 80 минералов ванадия — ванадатов природных. Большинство из них экзогенного происхождения. Основные минералы: Ванадинит Pb5[Cl/(VO4)3] Карнотит К2(UO2)2[V2О8]•3Н2О Деклуазит Pb(Zn, Cu)×[OH|VO4]. Голдманит Ca3(V3+,Al,Fe3+)2(SiO4)3. Маргаритаксит (Cs,K,H3O)2(UO2)2V2O8·H2O Патронит V(S2)2 Тюямунит Са[UO2]2 [V2O8] × 8Н2O Как элемент примесей,ванадий может входить в состав Мышьяка,Аурипигмента,Дравита,Диопсида,Эгирина

Ванадинит Pb5[VO4]3Cl Гексагональная сингония. Твёрдость 2,75 — 3, удельный вес 6,66 — 7,1. Находится в зоне окисления некоторых свинцово-цинковых месторождений. Относительно редок, но при значительных скоплениях используется как руда для получения ванадия. Карнотит К2(UO2)2[V2О8]•3Н2О. Моноклинная сингония. Гр. урановых слюдок . Тв. 2—2,5. Уд. в. 4,46 Образует ярко-жёлтые землистые массы, порошковатые налёты, корочки, пылевидные выделения в цементе песчаников

Голдманит Ca3(V3+,Al,Fe3+)2(SiO4)3. минерал зелёного или зеленовато-коричневого цвета группы гранатов. Твёрдость 6-7 Плотность 3,74 — 3,77 г/см³. Был обнаружен на м-нии урана и ванадия в слое песчаника вместе со слюдой, кварцем и монтмориллонитом. Патронит V(S2)2 Моноклинная сингония. Главное богатство перуанских м-ний. При обжиге патронита получаютсяконцентраты с очень высоким содержанием пятиокиси ванадия - до 20...30%.

Поведение в геологических процессах Ti Титан относится к литофильным элементам - он не образует природных сульфидов и арсенидов, а также солей слабых кислот, так как сам является слабым основанием. Для гидротермальных образований титан мало характерен, в виде летучих галоидных и сернистых соединений (типа TiCl4 ) установлен до 5, 52 мг/л в природных конденсатах вулканических газов. В условиях гипергенеза титан малоподвижен. В поверхностных условиях земной коры он в виде устойчивых минеральных разностей перемещается механически-водными потоками, частично ветром, а не в форме истинных растворов. В песках рутил и ильменит остаются практически неизменными. В глинах они обычно присутствуют в виде пелитовых частиц.

Поведение в геологических процессах V Ванадий-литофильный элемент Широкому рассеянию ванадия в эндогенных образованиях способствует близость кристаллохимических свойств V3+ и Fe3+. В экзогенных образованиях ванадий содержится преимущественно в виде V5+. Большую роль в миграции ванадия в минерализованных водах и гидротермальных растворах играет устойчивость его комплексных соединений. Геохимические барьеры: восстановительный сероводородный,щелочной,сорбционный.

Формы нахождения Ti Титан концентрируется в бокситах коры выветривания и в морских глинистых осадках. Перенос титана осуществляется в виде механических обломков минералов и в виде коллоидов. До 30 % TiO2 по весу накапливается в некоторых глинах. Минералы титана устойчивы к выветриванию и образуют крупные концентрации в россыпях. Титан постоянно присутствует в тканях растений и животных. В наземных растениях его концентрация - около 10-4%, в морских - от 1,2 ×10-3 до 8 ×10-2%, в тканях наземных животных - менее 2 ×10-4%, морских - от 2 ×10-4 до 2 ×10-2%. Накапливается у позвоночных животных преимущественно в роговых образованиях, селезёнке, надпочечниках, щитовидной железе, плаценте; плохо всасывается из желудочно-кишечного тракта. У человека суточное поступление титана с продуктами питания и водой составляет 0,85 мг. Относительно малотоксичен.

Формы нахождения V Относится к мягким металлам, устойчив к коррозии В эндогенных условиях в магматических образованиях известны только соединения V(III). Близость ионных радиусов V3+ и широко распространенных в магматических породах Fe3+ и Ti 4– приводит к тому, что ванадий находится в гипогенных процессах в рассеянном состоянии. Концентраторами являются минералы: титаномагнетит, Ванадий необходим организму для повышения эффективности защитных функций, так как этот микроэлемент обеспечивает движение фагоцитов, особых клеток, которые в свою очередь, помогают организму бороться с инфекциями. У человека содержание ванадия в мышечной ткани составляет 2·10-6% ванадия, в крови - менее 2·10-4% мг/л, в костной ткани – около 0,35·10-6%. Всего в здоровом человеческом организме, имеющем массу 70 килограмм, содержится 0,11 миллиграмма ванадия. Ванадий содержится в грибах, черном перце, раках и крабах, зерновых, зеленых бобах, моркови, свекле, петрушке, оливковом масле, семечках подсолнуха, яблоках, укропном семени, петрушке, сое.

Основные типы месторождений Ti Месторождения титана находятся на территории ЮАР, России, Украины, Китая, Японии, Австралии, Индии, Цейлона, Бразилии, Южной Кореи, Казахстана Вулканогенно-осадочные месторождения: М-ние Нижний Мамон, сложено осадочными и вулканогенно-осадочными породами палеозоя, мезозоя и кайнозоя, согласно залегающими на докембрийском фундаменте,на юге Воронежской области. Метаморфические месторождения: образуются при метаморфизме древних россыпей и коренных первично-магматических руд. М-ние Отомняки в Финляндии, приуроченное к амфиболитам, образовавшимися в результате метаморфизма рудоносного габбро. Ярегское м-ние лейкоксена (Южный Тимман) представляет собой погребенную метаморфизованную девонскую россыпь, приуроченную к песчаникам эйфельского и живетского ярусов. Самое крупное месторождение титана на территории России (640 млн.тонн титановой руды), содержит более 40% балансовых запасов TiO2 промышленных категорий в РФ.

Основные типы месторождений V