El vanadi com a motor de l'acer
2002/03/01 Rodriguez Ibabe, Jose Maria | Florez Esnal, M.A. Iturria: Elhuyar aldizkaria
Incidències del descobriment
El Vanadi va ser comunicat per primera vegada en 1801. Andrés Manuel del Riu va descobrir el vanadi en les mines de plom de Zimapa, a Mèxic, que depenien llavors d'Espanya. Aquest geòleg i químic madrileny va ser nomenat professor del “Real Seminari de Mines” que dirigia Fausto Elhuyar a Mèxic en 1795 i, juntament amb Fausto, va començar a millorar l'explotació de les mines mexicanes. Així, Andrés Manuel del Riu va descobrir que en el plom mineral extret de les mines de Zimapán hi havia un altre element fins llavors desconegut. Al principi va cridar a aquest nou element ‘pancromo’, però més tard, veient que en escalfar-se adquiria un color vermellós, li va cridar ‘eritronio’.
Un any després, del Riu va lliurar al seu amic Alexander von Humboldt unes mostres de les quals Humboldt va enviar Collet-Desotils al prestigiós químic francès de l'època. Collet-Desotils, que ensenyava a París, va confirmar la pròpia recerca dels elements de crom i iridi descoberts anys abans. Per tant, la seva opinió era valorable. Collet-Desotils va qüestionar l'obra de Riu, argumentant que el nou element no era més que un cromat de plom. Sembla que a del Riu també li van sorgir dubtes i es van oblidar les vicissituds del nou element.
En 1831 l'investigador suec Sefstrom reidentificó el vanadi. El seu descobriment es va produir en analitzar el ferro extret del mineral obtingut de la mina de Taberg. Alumne del prestigiós investigador suec Sefstrom Berzelius, va ser l'encarregat de difondre internacionalment els resultats del jove Sefstrom. El nom de Vanadi també el van posar els suecs, basant-se en la deessa sueca de la bellesa i la fecunditat ‘Vanadis’.
Poc després, l'investigador alemany Wöhler (i antic alumne del laboratori de Berzeilus a Estocolm) va afirmar que l'eritronio i el vanadi eren el mateix element. Per a això va utilitzar mostres recollides per Humboldt 30 anys abans. No obstant això, van passar altres 30 anys fins que el químic anglès Sir Henry Roscoe va aconseguir aïllar el vanadi.
Totes aquestes incidències fan que, encara que per a alguns el descobridor del vanadi sigui del Riu, en algunes publicacions només s'esmenten els resultats de Sefstrom. No obstant això, en la majoria de les referències es considera l'any 1801 com la data del descobriment del vanadi. En l'actualitat, un important premi de recerca mexicà porta el nom de De el Riu, i del Riu i Fausto Elhuyar es consideren creadors de la ciència i la recerca mexicanes.
Mines i producció
Les principals mines de vanadi es troben a Austràlia, la Xina, Rússia i la República de Sud-àfrica. En aquest moment es preveu que les reserves econòmicament útils ascendeixen a 63 milions de tones. Tenint en compte que el consum anual és de 40.000 tones, es pot afirmar que en els pròxims anys no hi haurà problemes de subministrament.
A Rússia, la Xina i la República de Sud-àfrica, el vanadi es troba en la magnetita mineral. Per tant, el vanadi s'obté conjuntament amb el ferro. El ferro s'obté mitjançant la reducció de la magnetita enlaire forn o en estat sòlid, sent en tots dos casos el 1,5% del ferro extret. El vanadi surt del ferro com a escòria.
A més de les mines de ferro, existeixen altres fonts per a l'obtenció de vanadi. Als Estats Units, per exemple (Colorado), el vanadi sol anar acompanyat d'urani mineral, mentre que al Carib i Veneçuela, el petroli.
En general, es pot dir que el vanadi es produeix com a òxid. Aquest òxid s'utilitza en la producció de ferrobanadio i aliatges de vanadi-alumini, els productes més interessants des del punt de vista de l'ús industrial.
La producció de vanadi va créixer a poc a poc. al llarg del segle XX. A principis de segle la producció era molt reduïda, i fins a 1920 la producció mundial no va arribar a les 200 tones. Dos anys després, la producció es va multiplicar per deu, però fins al començament de la Segona Guerra Mundial no va superar les 5.000 tones.
D'altra banda, en aquesta dècada s'ha duplicat el consum, passant de 20.400 tones en 1991 a 40.000 tones en 2001.
Aplicacions del vanadi
Els estudis de Seftrom i Roscoe es van centrar únicament en l'ús de la vanadi en components químics, la qual cosa va suposar la seva primera aplicació. Fins a 1900 el vanadi era molt car i bastant curiós, per la qual cosa la seva aplicació era reduïda. Més tard, XX. A principis del segle XX, després de trobar grans quantitats de vanadi en algunes mines, el seu preu es va reduir notablement i va començar a utilitzar-se industrialment.
En aquells anys es va descobrir a Alemanya que les sals de vanadi podien ser utilitzades com a catalitzadors en algunes reaccions químiques, sent aquesta la primera aplicació industrial important del vanadi. La catàlisi continua sent la principal aplicació química del vanadi. En aquella època es va avançar bastant el procés metal·lúrgic del vanadi i es van començar a produir comercialment diferents tipus de ferroaleaciones. Així, a Gal·les es va construir la primera unitat productiva que va utilitzar el vanadi com a element d'aliatge en els acers. Així mateix, es va sol·licitar al professor Arnold de Sheffield que analitzés la influència del vanadi en diferents tipus d'acer. Arnold es va adonar que el vanadi era un element molt apropiat per a augmentar la resistència dels acers d'eina, retardant l'efecte d'estovament que sofreixen aquests materials a alta temperatura. Aquestes característiques converteixen al vanadi en un dels components de les eines de tall.
Com a resultat d'aquestes i altres recerques, Anglaterra i França van començar a incorporar el vanadi en les cigonyes d'acer dels automòbils per a augmentar la resistència dels cigonyals. I llavors es va produir una casualitat que va revolucionar l'ús i el mercat del vanadi. Henry Ford va descobrir que en una carrera de cotxes celebrada a Florida el xassís d'un cotxe francès era diferent. Diverses peces d'acer del cotxe eren més petites que les vistes fins al moment i, a més, tres vegades més resistents que les convencionals. El mateix Ford va dirigir la recerca sobre les característiques d'aquestes peces d'acer i van descobrir que l'acer dels cotxes de carreres francesos tenia vanadi.
En el famós model T realitzat per Ford, per primera vegada es van utilitzar peces d'acer aliades per vanadi en un cotxe convencional (i no per a carreres). I no sols això. En la propaganda d'acomiadament de l'automòbil s'atribuïen al vanadi els avantatges del cotxe. De fet, en l'anunci que apareix en el primer número d'octubre de 1908 de la revista Life s'esmenten expressament les propietats extraordinàries del ‘acer Ford Banadio’. El model T va començar a fabricar-se en 1908 i fins a 1927 Henry Ford no va veure la necessitat de crear un nou model. Durant aquest període es van vendre 15 milions de cotxes d'aquest model. En aquella època, als Estats Units no sabien com fabricar acer amb vanadi i es va ocupar també de la producció d'acer Henry Ford.
El següent gran repte del vanadi ha de relacionar-se amb les millores de l'acer per a estructures. Com a conseqüència de la Segona Guerra Mundial, la soldadura es va convertir en el principal procediment d'unió dels països occidentals. Els tècnics aviat es van adonar que no tots els acers eren aptes per a soldar (recordeu, si no, quants accidents i avaries van sofrir els vaixells estatunidencs Liberty durant la guerra, que estaven carregats d'esquerdes i defectes per les soldadures).
Perquè l'acer fos soldable, es va considerar convenient reduir la quantitat de carboni i ajustar la composició química, perdent resistència l'acer. Es van idear diversos procediments per a produir acer soldable sense pèrdua de resistència, sent una de les més importants la fabricació de microaleaciones d'acer i vanadi.
Aquest tipus d'acers es denominen ara “acers microaleados d'alta resistència”. La importància econòmica d'aquests acers ha augmentat any rere any. No tots els acers d'aquesta família d'acer tenen vanadi, ja que el niobi i el titani també són molt utilitzats en microaleaciones, però els acers de vanadi es poden trobar en qualsevol lloc.
Igual que en l'època d'Henry Ford, molts components d'acer dels cotxes (començant pel cigonyal) continuen tenint vanadi. També en el camp de la construcció, un important mètode per a augmentar la resistència de les bigues metàl·liques es basa en el vanadi. De fet, si s'aconsegueix augmentar la resistència de bigues i pilars, aquests podran ser més estrets, facilitant els procediments de soldadura i reduint els costos de construcció. Per aquestes raons, l'ús del vanadi és cada vegada major.
Com es pot observar, l'augment de la resistència de l'acer és un objectiu urgent i, amb l'ús del vanadi, es pot fer fàcil i barat. En molts acers de diferent qualitat el vanadi és un additiu important, ja que afegint petites quantitats de vanadi augmenta considerablement la resistència de l'acer. En pes, la quantitat de vanadi sol ser del 0,1% i és molt estrany que contingui més del 0,2% en pes. Tots aquests productes es produeixen en diverses acereries del País Basc.
Aquests avantatges fan que el vanadi s'utilitzi principalment en el sector de l'acer, la qual cosa suposa el 85% del vanadi consumit. En el cas dels acers, el seu ús se centra principalment en acers microaleados per a estructures (65%), la resta es consumeix en acers d'eines, acers d'alta temperatura, etc. El consum de vanadi i la producció d'acer estan per tant estretament relacionats. En l'última dècada s'utilitza una mitjana de 0,05 kg de vanadi per tona d'acer.
En aeronàutica també s'utilitza molt el vanadi, en aliatges de titani, per a augmentar la resistència de l'aliatge.
De cara al futur, no sembla que hi hagi grans canvis a curt termini, per la qual cosa es pot dir que el vanadi s'utilitzarà principalment per a augmentar la resistència de l'acer. No obstant això, a la vista dels resultats d'algunes recerques i proves industrials sembla possible obrir noves portes. L'ús del pentóxido de vanadi per a la producció de bateries permet, amb èxit, modificar dràsticament el mercat del vanadi.
Perspectives econòmiques
Preguntant al responsable de qualsevol acereria del País Basc sobre el vanadi, respondrà immediatament que el principal problema del vanadi és el cost. I així és. De fet, tenint en compte que en les acereries es produeixen cada any milers de tones d'acer, encara que s'afegeixen petites quantitats de vanadi, és car.
Una de les característiques del preu del vanadi és la seva variabilitat. Per a entendre-ho cal tenir en compte el desequilibri entre producció i consum. Donat el baix consum mundial de vanadi, el sistema es desequilibra amb relativa facilitat en la comercialització d'estocs o en la posada en marxa de noves mines, la qual cosa es tradueix en un important desequilibri. Per exemple, en la dècada de 1970 es van descobrir noves mines a la Xina i a la República de Sud-àfrica, donant lloc a una sobreproducció. En les dues pròximes dècades, la Unió Soviètica va comercialitzar els seus estocs a un preu inferior al de mercat, la qual cosa va reduir els preus per sota dels 3 dòlars.
A la fi dels anys 80 i següents, l'augment de la producció d'acer va provocar un augment del consum i una disminució de les reserves a Rússia, Sud-àfrica i els Estats Units. En 1997 es va registrar una situació bastant greu, ja que el consum de pentóxido de vanadi va aconseguir les 80.000 tones, la qual cosa va suposar el buidatge d'estocs de gairebé tothom. Pensi's que el govern estatunidenc va llançar el vanadi guardat en el National Defense Stockpile. En els pròxims mesos el preu del vanadi es va vendre més car que mai, però des de llavors el preu ha disminuït considerablement a causa de la reducció del consum a Rússia.
Depenent de l'ús al qual es destini, el vanadi s'embeni com pentóxido i ferrobanadio. Per tant, en el mercat s'utilitzen els preus d'aquests dos productes i no sols de la distribució. La República de Sud-àfrica és la que produeix més pentóxido de vanadi, amb gairebé un 60% de comercialització. El cost de producció de la lliura ronda els 1,8-2 dòlars.
Actualment el preu basi del vanadi és de 2,5 dòlars. Quan el preu baixa d'aquest límit, alguns fabricants tallen la producció fins que el preu torna a aconseguir el seu valor mínim. Com es pot apreciar en la figura, en els últims mesos el pentóxido està molt barat i el preu del ferrobanadio també decau. Els preus baixos incentivaran el consum de vanadi. No obstant això, a la vista de la tendència a l'alça que mostra la producció d'acers microaleados, a pesar que els preus pugen a valors més normals, es preveu que en els pròxims anys el consum creixi lentament.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
