کاربرد کروم وانادیوم و مواردی که باید درباره آن بدانید!
کاربرد کروم وانادیوم آن‌قدر وسیع است که در دنیا به‌عنوان یکی از محبوب‌ترین متریال‌ها شناخته می‌شود. این آلیاژ فلزی که به اشکال مختلف در صنایع مورداستفاده قرار می‌گیرد، یک عنصر شیمیایی نادر و کمیاب با نماد V و عدد اتمی 23 است. علاوه‌برآن این متریال یک فلز نرم، به رنگ خاکستری یا نقره‌ای است که ساختار شکل‌پذیری داشته و می‌تواند به دلیل مقاومت در مقابل خوردگی، مواد قلیایی، اسید و آب‌نمک به‌راحتی در صنایع دریایی و مکان‌های مرطوب مورداستفاده قرار بگیرد. اگر به دنبال کسب اطلاعات بیشتر در مورد ماهیت این آلیاژ فلزی و کاربردهای آن هستید، تا انتهای این مطلب با پیوان همراه باشید. به‌علاوه امکان اطلاع از قیمت ورق روغنی هم به‌صورت آنلاین و به‌روز در وب‌سایت ما موجود دارد.
کروم وانادیوم چیست؟
همانطور که در ابتدای مطلب به آن اشاره کردیم، کروم وانادیوم نوعی آلیاژ فلزی است که در مقابل عوامل مخرب از جمله حرارت بالا، ضربه، پیچش و خمش مقاوم است. وانادیوم صرفاً در طبیعت به دو شکل وجود دارد. نوع طبیعی آن در حدود 65 ماده معدنی و ذخایر نفتی وجود دارد. البته باید اشاره کنیم با وجود کاربرد کروم وانادیوم که بسیار وسیع است؛ در مورد ساخت و سمی بودن آن اخبار ضدونقیض زیادی شنیده می‌شود.
بیشتر وانادیوم موجود در جهان در کشور آفریقای جنوبی، شمال غرب چین و بخش شرقی روسیه استخراج می‌شود. در نتیجه این سه کشور بزرگ‌ترین منابع وانادیوم را در اختیار داشته و این ماده را را به کشورهای دیگر صادر می‌کنند. باید خاطرنشان شویم که این فلز به‌صورت 85 درصدی در آهن استفاده شده و تحت عنوان فلز فرو وانادیوم شناخته می‌شود. میزان کروم در این متریال بین 35 تا 80 درصد است و امکان ساخت آن در کوره‌های مخصوص EAF وجود دارد. جالب است بدانید که انحصار این کوره در اختیار چند کشور است و به طبع تکنولوژی فوق‌العاده پیشرفته‌ای هم دارد.
معرفی ایزوتوپ‌های وانادیوم
وانادیوم طبیعی دارای یک ایزوتوپ پایدار است: v-51. البته این عنصر حدود ۱۵ ایزوتوپ رادیواکتیو نیز دارد که در بین آن‌ها V-50 با نیمه‌عمر e171.4 سال، V49 با نیمه‌عمر ۳۳۰ روز و V48 با نیمه‌عمر 15.9735 روز پایدارترین ایزوتوپ‌ها هستند. نیمه‌عمر سایر ایزوتوپ‌های رادیواکتیو وانادیوم کمتر از یک ساعت و در بعضی از موارد حتی از ۱۰ ثانیه هم کمتر است.
کاربرد کروم وانادیوم در دنیا
جالب است بدانید که کاربرد اصلی کروم وانادیوم در صنایع دریایی و کشتی‌سازی است. این متریال اولین‌بار برای تقویت بدنه فولاد در کشتی‌های جنگی و همین‌طور اسکله استفاده شد. البته کاربرد کروم وانادیوم وسیع‌تر از این موارد است. می‌توان از این آلیاژ برای ساخت گلوله، تیر جنگی، چاقو و سلاح‌های سرد نیز استفاده کرد. اگرچه فلزات دیگر نیز می‌توانند تأثیر این‌چنینی روی متریال فولاد داشته باشند؛ اما در نهایت باید بدانید که اصلی‌ترین دلیل محبوبیت کاربرد کروم وانادیوم این است که می‌توان با حجم کمی، متریال فلز را تا چندین برابر مقاوم‌تر کرد. ضمن این که این فلز ساختار کم الکترون دارد و به‌عنوان پلاستیک قرن نوین نیز از آن یاد می‌شود که در نوع خود تعریف جالبی است.
کاربرد وانادیوم به عنوان شارژر قدرتمند
در بسیاری از خودروهای الکتریکی و هیبریدی بعد جدیدی از کاربرد کروم وانادیوم را مشاهده خواهید کرد. در این حالت از این متریال برای ساخت باتری در خودروهای شرکت تسلا، تویوتا و… استفاده می‌شود. در حقیقت استفاده از وانادیوم در باتری‌های لیتیوم یونی برای خودروهای هیبریدی و الکتریکی یک مزیت بزرگ محسوب می‌شود؛ چرا که این فلز در افزایش انرژی و ولتاژ باتری نقش اساسی دارد.
در سیستم‌های ذخیره‌ی انرژی، باتری VFB مزایای مختلفی دارد که از جمله‌ی آن‌ها می‌توان به ظرفیت نامحدود، ماندگاری طولانی مدت، حداکثر سازگاری با محیط زیست و در عین حال نیاز پایین به تعمیر و نگهداری اشاره کرد. به همین دلیل کروم وانادیوم در دسته متریال‌های پیشرو برای ساخت باتری‌های اتمی قرار دارد.
بیشتر بخوانید: همه چیز درباره شمش فولادی که بهتر است بدانید!
کاربرد کروم وانادیوم در ساخت فولاد
در بیشتر موارد از وانادیوم به صورت فرو وانادیوم که ترکیب آهن با این فلز است، استفاده می‌شود. جالب است بدانید که استفاده از فولاد وانادیوم به عنوان پوشش کشتی‌های جنگی از اواخر دهه‌ی ۱۸۰۰ میلادی رونق گرفت. در حقیقت وانادیوم باعث می‌شد که این کشتی‌ها در مقابل پوسته‌های انفجاری غیرقابل نفوذ شوند.
از آن زمان همواره از وانادیوم به عنوان یک افزودنی در صنعت فولاد استفاده می‌شود. با اضافه کردن مقادیر مشخصی از این عنصر، پایداری دمایی، مقاومت و سختی فولاد به میزان چشمگیری افزایش می‌یابد. در حال حاضر از وانادیوم در ساخت ماشین‌آلات و ابزارهای گوناگون استفاده می‌شود؛ اما همانطور که اشاره کردیم وسیع‌ترین بخش کاربرد این آلیاژ مربوط به ساخت‌وساز انواع سیستم‌های حمل‌ونقل است. می‌توان به‌راحتی با استفاده از این فلز متریال‌هایی را ساخت که نیاز به رسیدن به ارتفاع خاص دارند. در هواپیماهایی که با ارتفاع 85 هزار فوت و سرعت بیش از 2200 مایل حرکت می‌کنند. بهره‌گیری از این فلز یک موهبت برای صنعت هوا و فضا است.
کاربرد وانادیوم در ساخت‌وساز
اصلی‌ترین مزیت ساخت‌وساز و طراحی و توسعه فلزات با کروم وانادیوم چیست؟ در این مورد باید بگوییم که این فلز در دسته‌بندی متریال‌های استراتژیک قرار گرفته و یکی از بهترین تقویت‌کننده‌های فولاد به‌حساب می‌آید. از طرفی مقدار کمی از این فلز را می‌توان برای بهبود مقاومت در برابر کشش استفاده کرد؛ بنابراین کروم وانادیوم یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین متریال‌های ترکیبی است. تقاضای وانادیوم در حال حاضر روزبه‌روز در حال افزایش است. کشورهای توسعه‌یافته مانند چین و هند نیز به دلیل گسترش تجارت و اقتصاد خود به صورت مداوم به آن نیاز دارند. احتمال می‌رود تا سال 2025 میلادی میزان درخواست وانادیوم در دنیا 7 درصد افزایش یابد که رقم بزرگی است.
کاربرد وانادیوم در حمل‌ونقل
به‌طورکلی امروزه در موتور جت هواپیماهای پرسرعت و قوی برای رسیدن به ارتفاع‌های بیشتر از ۸۵ هزار فوت و سرعت بالاتر از ۲۲۰۰ مایل در ساعت از ترکیب وانادیوم، آلومینیوم و تیتانیوم استفاده می‌کنند. ضمن این که وانادیوم در ساخت قطعاتی مانند میل‌لنگ، چرخ‌دنده، شاسی و همین‌طور محور اصلی خودروهای معروف نیز استفاده می‌شود. به دلیل وزن پایین کروم وانادیوم می‌توان از آن برای طراحی و توسعه انواع دستگاه‌ها که نیاز به وزن پایین دارند، استفاده کرد. بنابراین کاربرد کروم وانادیوم در بسیاری از شرکت‌های بزرگ خودروسازی که البته به لوکس‌سازی نیز معروف هستند، به منظور افزایش مقاومت فلز خواهد بود.
به‌علاوه، این آلیاژ خصوصیات ایمنی فوق‌العاده‌ای دارد که می‌تواند مقاومت خودروها را در مقابل تصادفات تا چندبرابر افزایش دهد. از جمله کاربرد کروم وانادیوم می‌توان به ساخت فریم‌های هوا اشاره کرد. به‌طورکلی می‌توان از این متریال برای روکش فلزی استفاده نمود و هیچ جایگزین قابل‌قبول و منطقی نیز برای آن وجود ندارد: به این دلیل که وانادیوم بهترین مقاومت وزنی را از خود نشان می‌دهد و از نظر مهندسی نیز در شرایط فوق‌العاده ایده‌آلی قرار دارد.
کابرد وانادیوم در باتری‌ها
استفاده از انرژی‌های پاک و تجدیدپذیر و فناوری‌های وابسته به آن‌ها مثل اتومیبل‌های برقی روز به روز در حال افزایش است. این افزایش در عین حال فراهم کردن منابع لازم برای تأمین انرژی را با مشکل مواجه کرده است. همانطور که در قسمت‌های قبل به آن اشاره کردیم، فلز وانادیوم به دلیل ویژگی‌های ذاتی خود به عنوان یک سوپرشارژر باتری در نظر گرفته می‌شود. بنابراین با استفاده از آن می‌توان سرعت خودروها را افزایش داده و مشکلات موجود را به‌راحتی برطرف کرد.
اثرات مخرب کروم وانادیوم بر سلامتی
به‌طورکلی ممکن است ترکیبات فلزی مزایای زیادی داشته باشند؛ اما حضور برخی از آن‌ها در زندگی ما می‌تواند به‌شدت خطرساز باشد. در این باره باید گفت که فلز وانادیوم می‌تواند روی قلب و عروق، معده و روده، سیستم عصبی، کبد و کلیه و همین‌طور پوست تأثیر بگذارد. معمولاً افرادی که در کارخانه‌های تولید وانادیوم فعالیت می‌کنند. با مشکلاتی نظیر تغییرات خلق‌وخو، سرگیجه و سردرد، بیماری‌هایی مانند ضعف، خونریزی بینی و درد گلو، لرزش و فلجی، بثورات پوستی و خونریزی کبد روبرو می‌شوند که در نوع خود موضوع حادی است.
سمی بودن وانادیوم برای انسان
حالت اکسیداسیون وانادیوم بر روی میزان سمی بودن آن اثر می‌گذارد. برای مثال در زمان جوشکاری، وانادیوم به پنتا اکسید وانادیوم اکسید می‌شود که بسیار سمی‌تر از شکل اولیه‌ی آن است. بنابراین قرار گرفتن به صورت مداوم در معرض این ماده می‌تواند باعث بروز التهاب در نای و برونش، تحریک چشم و پوست، بروز مشکلات مختلف در ریه و دستگاه تنفسی فوقانی و در نهایت مسمومیت سیستمیک شود.
اگر افراد در معرض دزهای بالای این ماده قرار بگیرند با علائم مختلفی به شرح زیر رو‌به‌رو می‌شوند:
- زبان سیاه و سبز
- آریتمی قلب و افزایش ضربان
- سرفه
- تنفس سخت و دشوار
- پریدن رنگ پوست
- بثورات پوستی
- نازوفارنژیت
- برونشیت مزمن
خطرات احتمالی وانادیوم برای محیط زیست
جالب است بدانید که این فلز توسط گندم سیاه، لوبیای سیاه، روغن زیتون، روغن آفتاب‌گردان و سیب و تخم مرغ جذب می‌شود. در بین جانداران مختلف، صدف و خرچنگ مقادیر بالایی از وانادیوم (حدود ۵ تا ۱۰ برابر غلظت موجود در آب دریا) را جذب می‌کنند. جذب وانادیوم مشکلات خاص خود را به دنبال دارد که می‌توان مجموع آن‌ها را به صورت زیر خلاصه کرد:
- مهار برخی آنزیم‌ها در حیوانات
- بروز اختلالات تنفسی
- فلج
- بروز مشکلات مختلف در کبد و کلیه
- آسیب رساندن به سیستم تولید مثل جانوران نر
- جمع شدن این ماده در جفت ماده‌ها
- امکان تغییر DNA
البته کاربرد کروم وانادیوم باعث شده مجامع بین‌المللی تا حد زیادی در این مورد چشم‌پوشی کنند. اما این مسئله باعث نمی‌شود که نسبت به مضرات آن بی‌توجهی کنیم.
اطلاعات بیشتر: کاربرد ورق ck45 در صنعت چگونه است؟با ویژگی‌های ورق ck45 آشنا شوید
جمع‌بندی نهایی
این فلز ظرفیت زیادی برای استفاده در بخش‌های مختلف صنعت دارد و قطعاً یکی از پرکاربردترین فلزها در ذخیره انرژی، ساخت انواع باتری‌های لیتیوم یونی، تجمع ترمو کرومیک و تقسیم آب است. وانادیوم همین‌طور از نظر اقتصاددان‌ها یکی از مهم‌ترین فلزاتی است که می‌تواند آینده درخشانی در دنیا داشته باشد. البته دسترسی به منابع آن محدود است و در حال حاضر انتظار می‌رود به‌مرور کشورهای بزرگی که تولیدکننده این متریال و استخراج‌کننده آن هستند، روند قیمت‌گذاری کروم وانادیوم را در مقایسه با گذشته سخت‌تر و پیچیده‌تر کنند.
البته گفتیم که کاربرد کروم وانادیوم صرفاً مهم نیست. بلکه این موضوع که با مقدار کمی از آن می‌توان به فلزات خاصیت‌های مقاومت کششی اضافه کرد، بحث کلیدی خواهد بود. در نهایت این فلز در رقابت با دیگر افزودنی‌های فولاد معمولاً به دلیل حجم کم و مقدار ناخالصی که در آن وجود دارد پیروز میدان است. در این مقاله در خصوص کاربرد کروم وانادیوم صحبت کردیم. به دلیل مقاومت بالای وانادیوم در مقابل خوردگی، امکان استفاده از آن در صنایع دریایی و کشتی‌سازی وجود دارد. به‌علاوه این فلز می‌تواند حجم مقاومتی خوبی به فولاد اضافه کند. مزایای مختلف وانادیوم باعث کاربرد گسترده آن در صنایع مختلف شده است؛ اما در عین حال نباید اثرات منفی آن بر روی محیط زیست و سلامت انسان را نادیده گرفت. شما می‌توانید پرسش‌های خود پیرامون این فلز و کاربردهای آن را با کارشناسان پیوان در میان بگذارید.
نظرات