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Vanadium – Propriétés – Prix – Applications – Production

Vanadium-propriétés-prix-application-production

À propos du Vanadium

Le vanadium est un métal de transition dur, gris argenté, ductile et malléable. Le métal élémentaire se trouve rarement dans la nature, mais une fois isolé artificiellement, la formation d’une couche d’oxyde (passivation) stabilise quelque peu le métal libre contre une oxydation supplémentaire.

Résumé

Élément Vanadium
Numéro atomique 23
Catégorie d’élément Métal de transition
Phase à STP Solide
Densité 6,11 g/cm3
Résistance à la traction ultime 800 MPa
Limite d’élasticité 770 MPa
Module de Young 128 GPa
Échelle de Mohs 6,7
Dureté Brinell 650 MPa
Dureté Vickers 630 MPa
Point de fusion 1910°C
Point d’ébullition 3407°C
Conductivité thermique 30,7 W/mK
Coefficient de dilatation thermique 8,4 µm/mK
Chaleur spécifique 0,49 J/g·K
Température de fusion 20,9 kJ/mol
Chaleur de vaporisation 0,452 kJ/mol
Résistivité électrique [nanoohmmètre] 197
Susceptibilité magnétique +255e-6cm^3/mol


Applications du Vanadium

Le vanadium est principalement utilisé pour produire des alliages d’acier spéciaux tels que les aciers à outils rapides et certains alliages d’aluminium. Le vanadium est généralement ajouté à l’acier pour inhiber la croissance des grains pendant le traitement thermique. En contrôlant la croissance des grains, il améliore à la fois la résistance et la ténacité des aciers trempés et revenus. Le vanadium est ajouté pour favoriser la résistance à l’abrasion et produire des carbures durs et stables qui, n’étant que partiellement solubles, libèrent peu de carbone dans la matrice. Le composé de vanadium industriel le plus important, le pentoxyde de vanadium, est utilisé comme catalyseur pour la production d’acide sulfurique. La batterie redox au vanadium pour le stockage d’énergie pourrait être une application importante à l’avenir.


Production et prix du Vanadium

Les prix des matières premières changent quotidiennement. Ils dépendent principalement de l’offre, de la demande et des prix de l’énergie. En 2019, les prix du Vanadium pur se situaient autour de 2200 $/kg.

Le vanadium est naturellement présent dans environ 65 minéraux et dans les gisements de combustibles fossiles. Il est produit en Chine et en Russie à partir de laitier de fonderie d’acier. D’autres pays le produisent soit directement à partir de la magnétite, de la poussière de combustion du pétrole lourd, soit comme sous-produit de l’extraction de l’uranium. Les réserves mondiales de vanadium (la partie de la ressource de vanadium identifiée qui répond aux critères physiques et chimiques minimaux spécifiés liés aux pratiques actuelles d’extraction et de production) sont estimées à environ 15 millions de tonnes métriques et elles sont probablement suffisantes pour répondre aux besoins en vanadium du siècle prochain au taux de consommation actuel.

Tableau périodique du vanadium

Source : www.luciteria.com

Propriétés mécaniques du Vanadium

Vanadium-propriétés-mécaniques-résistance-dureté-structure cristalline

Force du Vanadium

En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine. La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique.

Pour la contrainte de traction, la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence.

Voir aussi: Résistance des matériaux

Résistance à la traction ultime du Vanadium

La résistance à la traction ultime du vanadium est de 800 MPa.

Limite d’élasticité du Vanadium

La limite d’élasticité du vanadium  est de 770 MPa.

Module de Young du Vanadium

Le module de Young du vanadium est de 128 GPa.

Dureté du Vanadium

En science des matériaux, la dureté est la capacité à résister à  l’indentation de surface (déformation plastique localisée) et  aux rayuresLe test de dureté Brinell est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un pénétrateur sphérique dur est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester.

La dureté Brinell du vanadium est d’environ 650 MPa.

La méthode d’essai de dureté Vickers a été développée par Robert L. Smith et George E. Sandland chez Vickers Ltd comme alternative à la méthode Brinell pour mesurer la dureté des matériaux. La méthode d’essai de dureté Vickers peut également être utilisée comme méthode d’essai de microdureté, qui est principalement utilisée pour les petites pièces, les sections minces ou les travaux en profondeur.

La dureté Vickers du vanadium est d’environ 630 MPa.

La dureté à la rayure est la mesure de la résistance d’un échantillon à la déformation plastique permanente due au frottement d’un objet pointu. L’échelle la plus courante pour ce test qualitatif est l’échelle de Mohs, qui est utilisée en minéralogie. L’ échelle de Mohs de dureté minérale est basée sur la capacité d’un échantillon naturel de minéral à rayer visiblement un autre minéral.

Le vanadium a une dureté d’environ 6,7.

Voir aussi: Dureté des matériaux

Vanadium – Structure cristalline

Une structure cristalline possible du vanadium est une structure cubique centrée.

structures cristallines - FCC, BCC, HCP

Dans les métaux et dans de nombreux autres solides, les atomes sont disposés en réseaux réguliers appelés cristaux. Un réseau cristallin est un motif répétitif de points mathématiques qui s’étend dans tout l’espace. Les forces de la liaison chimique provoquent cette répétition. C’est ce motif répété qui contrôle les propriétés telles que la résistance, la ductilité, la densité, la conductivité (propriété de conduire ou de transmettre la chaleur, l’électricité, etc.) et la forme. Il existe 14 types généraux de ces modèles connus sous le nom de réseaux de Bravais.

Voir aussi: Structure cristalline des matériaux

Structure cristalline du Vanadium
La structure cristalline du vanadium est : cubique centré sur le corps

Force des éléments

Élasticité des éléments

Dureté des éléments

Propriétés thermiques du Vanadium

Vanadium-point de fusion-conductivité-propriétés-thermiques

Vanadium – Point de fusion et point d’ébullition

Le point de fusion du vanadium est de 1910°C.

Le point d’ébullition du vanadium est de 3407°C.

Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard.

Vanadium – Conductivité thermique

La conductivité thermique du vanadium est de 30,7 W/(m·K).

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la conductivité thermique, k (ou λ), mesurée en W/mK. C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par conduction. Notez que la loi de Fourier s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.

Coefficient de dilatation thermique du Vanadium

Le coefficient de dilatation thermique linéaire du vanadium est  de 8,4 µm/(m·K)

La dilatation thermique est généralement la tendance de la matière à changer ses dimensions en réponse à un changement de température. Il est généralement exprimé sous la forme d’un changement fractionnaire de longueur ou de volume par unité de changement de température.

Vanadium – Chaleur spécifique, chaleur latente de fusion, chaleur latente de vaporisation

La chaleur spécifique du vanadium est de 0,49 J/g K.

La capacité calorifique est une propriété extensive de la matière, c’est-à-dire qu’elle est proportionnelle à la taille du système. La capacité thermique C a l’unité d’énergie par degré ou d’énergie par kelvin. Lors de l’expression du même phénomène en tant que propriété intensive, la capacité thermique est divisée par la quantité de substance, de masse ou de volume, ainsi la quantité est indépendante de la taille ou de l’étendue de l’échantillon.

La chaleur latente de fusion du vanadium est de 20,9 kJ/mol.

La chaleur latente de vaporisation du vanadium est de 0,452 kJ/mol.

La chaleur latente est la quantité de chaleur ajoutée ou retirée d’une substance pour produire un changement de phase. Cette énergie décompose les forces d’attraction intermoléculaires, et doit également fournir l’énergie nécessaire pour dilater le gaz (le pΔV travail). Lorsque la chaleur latente est ajoutée, aucun changement de température ne se produit. L’enthalpie de vaporisation est fonction de la pression à laquelle cette transformation a lieu.

Point de fusion des éléments

Tableau périodique des éléments - point de fusion

Conductivité thermique des éléments

Tableau périodique des éléments - conductivité thermique

Dilatation thermique des éléments

Tableau périodique des éléments - dilatation thermique

Capacité calorifique des éléments

Tableau périodique des éléments - capacité calorifique

Chaleur de fusion des éléments

Tableau périodique des éléments - fusion par chaleur latente

Chaleur de vaporisation des éléments

Tableau périodique des éléments - vaporisation de la chaleur latente

Vanadium – Résistivité électrique – Susceptibilité magnétique

Vanadium-résistivité-électrique-susceptibilité-magnétique

La propriété électrique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ électrique appliqué. L’une des principales caractéristiques des matériaux est leur capacité (ou leur incapacité) à conduire le courant électrique. En effet, les matériaux sont classés selon cette propriété, c’est-à-dire qu’ils sont divisés en conducteurs, semi-conducteurs et non-conducteurs.

Voir aussi: Propriétés électriques

La propriété magnétique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ magnétique appliqué. Les propriétés magnétiques macroscopiques d’un matériau sont une conséquence des interactions entre un champ magnétique extérieur et les moments dipolaires magnétiques des atomes qui le constituent. Différents matériaux réagissent différemment à l’application du champ magnétique.

Voir aussi: Propriétés magnétiques

Résistivité électrique du Vanadium

La résistivité électrique du vanadium est de 197 nΩ⋅m.

La conductivité électrique et son inverse, la résistivité électrique, est une propriété fondamentale d’un matériau qui quantifie la manière dont le vanadium conduit le flux de courant électrique. La conductivité électrique ou conductance spécifique est l’inverse de la résistivité électrique.

Susceptibilité magnétique du Vanadium

La susceptibilité magnétique du vanadium est de +255e-6 cm^3/mol.

En électromagnétisme, la susceptibilité magnétique est la mesure de l’aimantation d’une substance. La susceptibilité magnétique est un facteur de proportionnalité sans dimension qui indique le degré d’aimantation du vanadium en réponse à un champ magnétique appliqué.

Résistivité électrique des éléments

Tableau périodique des éléments - résistivité électrique

Susceptibilité magnétique des éléments

Application et prix des autres éléments

Vanadium - Comparaison des propriétés et des prix

Tableau périodique en résolution 8K

Autres propriétés du Vanadium