O vanadio como motor do aceiro
Incidencias do descubrimento
O Vanadio foi comunicado por primeira vez en 1801. Andrés Manuel do Río descubriu o vanadio nas minas de chumbo de Zimapa, en México, que dependían entón de España. Este geólogo e químico madrileño foi nomeado profesor do “Real Seminario de Minas” que dirixía Fausto Elhuyar en México en 1795 e, xunto con Fausto, comezou a mellorar a explotación das minas mexicanas. Así, Andrés Manuel do Río descubriu que no chumbo mineral extraído das minas de Zimapán había outro elemento até entón descoñecido. Ao principio chamou a este novo elemento ‘pancromo’, pero máis tarde, vendo que ao quentarse adquiría unha cor avermellada, chamoulle ‘eritronio’.
Un ano despois, do Río entregou ao seu amigo Alexander von Humboldt unhas mostras das que Humboldt enviou Collet-Desotils ao prestixioso químico francés da época. Collet-Desotils, que ensinaba en París, confirmou a propia investigación dos elementos de cromo e iridio descubertos anos antes. Por tanto, a súa opinión era valorable. Collet-Desotils cuestionou a obra de Río, argumentando que o novo elemento non era máis que un cromato de chumbo. Parece que a De o Río tamén lle xurdiron dúbidas e esquecéronse as vicisitudes do novo elemento.
En 1831 o investigador sueco Sefstrom reidentificó o vanadio. O seu descubrimento produciuse ao analizar o ferro extraído do mineral obtido da mina de Taberg. Alumno do prestixioso investigador sueco Sefstrom Berzelius, foi o encargado de difundir internacionalmente os resultados do mozo Sefstrom. O nome de Vanadio tamén o puxeron os suecos, baseándose na deusa sueca da beleza e a fecundidade ‘Vanadis’.
Pouco despois, o investigador alemán Wöhler (e antigo alumno do laboratorio de Berzeilus en Estocolmo) afirmou que o eritronio e o vanadio eran o mesmo elemento. Paira iso utilizou mostras recollidas por Humboldt 30 anos antes. Con todo, pasaron outros 30 anos ata que o químico inglés Sir Henry Roscoe conseguiu illar o vanadio.
Todas estas incidencias fan que, aínda que paira algúns o descubridor do vanadio sexa do Río, nalgunhas publicacións só se mencionan os resultados de Sefstrom. Con todo, na maioría das referencias considérase o ano 1801 como a data do descubrimento do vanadio. Na actualidade, un importante premio de investigación mexicano leva o nome de Do Río, e do Río e Fausto Elhuyar considéranse creadores da ciencia e a investigación mexicanas.
Minas e produción
As principais minas de vanadio atópanse en Australia, China, Rusia e a República Surafricana. Neste momento prevese que as reservas economicamente útiles ascenden a 63 millóns de toneladas. Tendo en conta que o consumo anual é de 40.000 toneladas, pódese afirmar que nos próximos anos non haberá problemas de subministración.
En Rusia, China e a República Surafricana, o vanadio atópase na magnetita mineral. Por tanto, o vanadio obtense conxuntamente co ferro. O ferro obtense mediante a redución da magnetita no alto forno ou en estado sólido, sendo en ambos os casos o 1,5% do ferro extraído. O vanadio salgue do ferro como escoria.
Ademais das minas de ferro, existen outras fontes paira a obtención de vanadio. En Estados Unidos, por exemplo (Colorado), o vanadio adoita ir acompañado de uranio mineral, mentres que no Caribe e Venezuela, o petróleo.
En xeral, pódese dicir que o vanadio prodúcese como óxido. Este óxido utilízase na produción de ferrobanadio e aliaxes de vanadio-aluminio, os produtos máis interesantes desde o punto de vista do uso industrial.
A produción de vanadio creceu aos poucos. ao longo do século XX. A principios de século a produción era moi reducida, e até 1920 a produción mundial non chegou ás 200 toneladas. Dous anos despois, a produción multiplicouse por dez, pero até o comezo da Segunda Guerra Mundial non superou as 5.000 toneladas.
Doutra banda, nesta década duplicouse o consumo, pasando de 20.400 toneladas en 1991 a 40.000 toneladas en 2001.
Aplicacións do vanadio
Os estudos de Seftrom e Roscoe centráronse unicamente no uso da vanadio en compoñentes químicos, o que supuxo a súa primeira aplicación. Até 1900 o vanadio era moi caro e bastante curioso, polo que a súa aplicación era reducida. Máis tarde, XX. A principios do século XX, tras atopar grandes cantidades de vanadio nalgunhas minas, o seu prezo reduciuse notablemente e comezou a utilizarse industrialmente.
Naqueles anos descubriuse en Alemaña que os sales de vanadio podían ser utilizadas como catalizadores nalgunhas reaccións químicas, sendo esta a primeira aplicación industrial importante do vanadio. A catálisis segue sendo a principal aplicación química do vanadio. Naquela época avanzouse bastante o proceso metalúrxico do vanadio e comezáronse a producir comercialmente diferentes tipos de ferroaleaciones. Así, en Gales construíuse a primeira unidade produtiva que utilizou o vanadio como elemento de aliaxe nos aceiros. Así mesmo, solicitouse ao profesor Arnold de Sheffield que analizase a influencia do vanadio en diferentes tipos de aceiro. Arnold deuse conta de que o vanadio era un elemento moi apropiado paira aumentar a resistencia dos aceiros de ferramenta, atrasando o efecto de abrandamento que sofren estes materiais a alta temperatura. Estas características converten ao vanadio nun dos compoñentes das ferramentas de corte.
Como resultado destas e outras investigacións, Inglaterra e Francia comezaron a incorporar o vanadio nas cegoñas de aceiro dos automóbiles paira aumentar a resistencia dos cigüeñales. E entón produciuse una casualidade que revolucionou o uso e o mercado do vanadio. Henry Ford descubriu que nunha carreira de coches celebrada en Florida o chasis dun coche francés era diferente. Varias pezas de aceiro do coche eran máis pequenas que as vistas até o momento e, ademais, tres veces máis resistentes que as convencionais. O propio Ford dirixiu a investigación sobre as características destas pezas de aceiro e descubriron que o aceiro dos coches de carreiras franceses tiña vanadio.
No famoso modelo T realizado por Ford, por primeira vez utilizáronse pezas de aceiro aleadas por vanadio nun coche convencional (e non paira carreiras). E non só iso. Na propaganda de despedimento do automóbil atribuíanse ao vanadio as vantaxes do coche. De feito, no anuncio que aparece no primeiro número de outubro de 1908 da revista Life menciónanse expresamente as propiedades extraordinarias do ‘aceiro Ford Banadio’. O modelo T comezou a fabricarse en 1908 e até 1927 Henry Ford non viu a necesidade de crear un novo modelo. Durante este período vendéronse 15 millóns de coches deste modelo. Naquela época, en Estados Unidos non sabían como fabricar aceiro con vanadio e ocupouse tamén da produción de aceiro Henry Ford.
O seguinte gran reto do vanadio debe relacionarse coas melloras do aceiro paira estruturas. Como consecuencia da Segunda Guerra Mundial, a soldadura converteuse no principal procedemento de unión dos países occidentais. Os técnicos pronto se deron conta de que non todos os aceiros eran aptos paira soldar (lembrade, se non, cantos accidentes e avarías sufriron os barcos estadounidenses Liberty durante a guerra, que estaban cargados de gretas e defectos polas soldaduras).
Para que o aceiro fóra soldable, considerouse conveniente reducir a cantidade de carbono e axustar a composición química, perdendo resistencia o aceiro. Ideáronse varios procedementos paira producir aceiro soldable sen perda de resistencia, sendo una das máis importantes a fabricación de microaleaciones de aceiro e vanadio.
Este tipo de aceiros denomínanse agora “aceiros microaleados de alta resistencia”. A importancia económica destes aceiros aumentou ano tras ano. Non todos os aceiros desta familia de aceiro teñen vanadio, xa que o niobio e o titanio tamén son moi utilizados en microaleaciones, pero os aceiros de vanadio pódense atopar en calquera lugar.
Do mesmo xeito que na época de Henry Ford, moitos compoñentes de aceiro dos coches (empezando polo cigüeñal) seguen tendo vanadio. Tamén no campo da construción, un importante método paira aumentar a resistencia das vigas metálicas baséase no vanadio. De feito, se se consegue aumentar a resistencia de vigas e alicerces, estes poderán ser máis estreitos, facilitando os procedementos de soldadura e reducindo os custos de construción. Por estas razóns, o uso do vanadio é cada vez maior.
Como se pode observar, o aumento da resistencia do aceiro é un obxectivo urxente e, co uso do vanadio, pódese facer fácil e barato. En moitos aceiros de distinta calidade o vanadio é un aditivo importante, xa que engadindo pequenas cantidades de vanadio aumenta considerablemente a resistencia do aceiro. En peso, a cantidade de vanadio adoita ser do 0,1% e é moi raro que conteña máis do 0,2% en peso. Todos estes produtos prodúcense en varias acerías do País Vasco.
Estas vantaxes fan que o vanadio utilícese principalmente no sector do aceiro, o que supón o 85% do vanadio consumido. No caso dos aceiros, o seu uso céntrase principalmente en aceiros microaleados paira estruturas (65%), o resto consómese en aceiros de ferramentas, aceiros de alta temperatura, etc. O consumo de vanadio e a produción de aceiro están por tanto estreitamente relacionados. Na última década utilízase una media de 0,05 kg de vanadio por tonelada de aceiro.
En aeronáutica tamén se utiliza moito o vanadio, en aliaxes de titanio, paira aumentar a resistencia da aliaxe.
De face ao futuro, non parece que haxa grandes cambios a curto prazo, polo que se pode dicir que o vanadio utilizarase principalmente paira aumentar a resistencia do aceiro. Con todo, á vista dos resultados dalgunhas investigacións e probas industriais parece posible abrir novas portas. O uso do pentóxido de vanadio paira a produción de baterías permite, con éxito, modificar drasticamente o mercado do vanadio.
Perspectivas económicas
Preguntando ao responsable de calquera acería do País Vasco sobre o vanadio, responderá inmediatamente que o principal problema do vanadio é o custo. E así é. De feito, tendo en conta que nas acerías prodúcense cada ano miles de toneladas de aceiro, aínda que se engaden pequenas cantidades de vanadio, é caro.
Una das características do prezo do vanadio é a súa variabilidade. Paira entendelo hai que ter en conta o desequilibrio entre produción e consumo. Dado o baixo consumo mundial de vanadio, o sistema desequilíbrase con relativa facilidade na comercialización de stocks ou na posta en marcha de novas minas, o que se traduce nun importante desequilibrio. Por exemplo, na década de 1970 descubríronse novas minas en China e na República Surafricana, dando lugar a unha sobreproducción. Nas dúas próximas décadas, a Unión Soviética comercializou as súas stocks a un prezo inferior ao de mercado, o que reduciu os prezos por baixo dos 3 dólares.
A finais dos anos 80 e seguintes, o aumento da produción de aceiro provocou un aumento do consumo e una diminución das reservas en Rusia, Sudáfrica e Estados Unidos. En 1997 rexistrouse una situación bastante grave, xa que o consumo de pentóxido de vanadio alcanzou as 80.000 toneladas, o que supuxo o baleirado de stocks de case todo o mundo. Pénsese que o goberno estadounidense lanzou o vanadio gardado no National Defense Stockpile. Nos próximos meses o prezo do vanadio vendeuse máis caro que nunca, pero desde entón o prezo diminuíu considerablemente debido á redución do consumo en Rusia.
Dependendo do uso ao que se destine, o vanadio véndese como pentóxido e ferrobanadio. Por tanto, no mercado utilízanse os prezos destes dous produtos e non só da distribución. A República Surafricana é a que produce máis pentóxido de vanadio, con case un 60% de comercialización. O custo de produción de líbraa rolda os 1,8-2 dólares.
Actualmente o prezo basee do vanadio é de 2,5 dólares. Cando o prezo baixa deste límite, algúns fabricantes cortan a produción ata que o prezo volve alcanzar o seu valor mínimo. Como se pode apreciar na figura, nos últimos meses o pentóxido está moi barato e o prezo do ferrobanadio tamén decae. Os prezos baixos incentivarán o consumo de vanadio. Con todo, á vista da tendencia á alza que mostra a produción de aceiros microaleados, a pesar de que os prezos soben a valores máis normais, prevese que nos próximos anos o consumo creza lentamente.
Zu idazle
Zientzia aldizkaria
