VANADYUM

Vanadyum atom numarası 23, atom ağırlığı 50.9 olan bir elementtir. Ergime sıcaklığı 1910°C, yoğunluğu 6 g/cm3 ve sertliği 7’dir. Nabit vanadyum, sert, gümüşi gri, sünek ve dövülebilir bir geçiş metalidir. Bazı önemli vanadyum mineralleri şunlardır: Vanadinit-Pb5(VO)4Cl, deskloizit-PbZn(VO4).OH, patronit-VS4, karnotit-K2(UO2)2(VO4)2.1-3H2O ve  roskolit-K(V,Al,Mg)2AlSi3O10(OH)2. Doğada, vanadyum nadiren ekonomik bir yatak oluşturabilir. Daha çok;

• Vanadyumlu titanomanyetit yatakları (VTM yatakları),

• Hidrotermal olarak Pb-Zn-Cu sülfidle birlikte,

• Biyojen olarak oolitik demir yataklarında ve bitümlü şistlerde,

• Sedimanter uranyum ve fosfat yatakları ile birlikte,

• Asfaltit ve bazı petroller de bulunmaktadır. Bu yataklardan da çoğunlukla yan ürün, bazen de ana ürün olarak kazanılmaktadır.

Vanadyum tenörü yatağın tipine göre değişiklikler göstermektedir. Dünyanın en büyük vanadyum kaynağı olan vanadyumlu titanomanyetit yataklarında V2O5 tenörü genellikle % 0.2- 1.1 arasında değişmektedir. Vanadyumun yan ürün olarak elde edildiği diğer yataklarda tenör, genellikle %1' den düşüktür.

Vanadyum, yerkabuğunda en çok bulunan 22. elementtir ve birçok mineralin önemli bir bileşenidir. Toplam 156 mineral, ana bileşen (›%10, ağırlıkça) olarak vanadyum içerir. Bazı maden yatakları, vanadyum içeren mineraller içerir ve vanadyum, petrol ve diğer fosil yakıtların ortak bir bileşenidir.
Vanadyum, esas olarak çelik alaşımların üretiminde kullanılan önemli bir metaldir. Ayrıca, kimya sanayinde katalizör olarak; seramik, cam ve pigment yapımında ve büyük ölçekli enerji depolama sistemi olan vanadyum-redoks akış pillerinde (VRB) kullanılmaktadır. Vanadyumun büyük bir bölümü vanadyumlu yüksek mukavemetli düşük alaşımlı (HSLA) yapı çeliklerinin (otomobil parçaları, binalar, köprü, vinç, boru hatları, vagonlar, gemiler ve askeri araçlar için zırh kaplaması) yapımında kullanılmaktadır. Petrol ve gaz sanayinde, yüksek mukavemet ve daha yüksek düşük sıcaklık tokluğuna sahip boru hatlarına olan talebin artması, HSLA çeliklerine olan talebin de artmasına neden olmaktadır. Vanadyumlu alaşımlar yüksek mukavemet özelliğinden dolayı havacılık sanayinin de önemli hammaddelerindedir.

Vanadyum elementinin kullanımı yeşil teknoloji uygulamalarında yaygınlaşmakta olup büyük ölçekli enerji depolama sistemi olan vanadyumlu redoks akış bataryalarında kullanılmaktadır. Vanadyum redoks akış bataryalarını (VRB), diğer bataryalardan üstün kılan belli özellikleri vardır: VRB’ler büyük miktarlarda enerjinin uzun süre depolanmasına imkân verirler; şarj etmek için güç kaynağı yoksa elektrolit değiştirerek yeniden şarj edilebilirler; emniyet bakımından diğer pillere göre (özellikle Li piller) herhangi bir yanma-patlama özelliği göstermezler;  aynı anda hem şarj hem deşarj olabilir; %100 deşarj derinliğine sahiptir ve bu durum batarya ömrünü etkilemez; kullanım süreleri uzundur ve kullanım kaynaklı kapasite azalması olmaz. Tüm bu özelliklerinden, özellikle de büyük miktarlarda enerji depolama sistemlerine duyulan ihtiyaçtan dolayı VRB’ler pil teknolojisinde uygun bir malzeme olarak kabul edilmektedir. Bu durum, vanadyum redoks akış pillerini (VRB'ler) vanadyumun gelecekteki en önemli kullanım alanından biri haline getirecektir.

Vanadyumun metalurjik olmayan uygulamaları arasında katalizörler, seramikler, elektronikler ve vanadyum kimyasalları bulunur. Vanadyum dioksit, kızılötesi radyasyonu engelleyen cam kaplamaların üretiminde kullanılır. Gözlük camlarının, sanayii ve büyük bina camlarının ultraviyole ışıklara karşı filtrasyonu ile A vitamini tabletlerin yapımında (katalizör) da kullanılmaktadır.
Manganez, molibden, niyobyum (kolumbiyum), titanyum ve tungsten gibi bazı metaller, çelik imalatında alaşım elementleri olarak bir dereceye kadar vanadyumun yerini alabilir. Platin ve nikel, bazı kimyasal işlemlerde katalizör olarak maliyetleri yüksek de olsa vanadyum bileşiklerinin yerini alabilir. Bununla beraber, havacılıkta kullanılan titanyum alaşımlarında bulunan vanadyumun kabul edilebilir bir ikamesi bulunmamaktadır.

Vanadyum üretimin büyük bir kısmı titano-manyetit cevherlerinin atığı olan cüruflardan karşılanmaktadır. Özellikle sünger demir üretimi prosesi sırasında vanadyumun cürufta kalması sağlanarak, bu cüruflar ikincil bir ürün olarak kullanılmaktadır. Bir diğer önemli vanadyum kaynağı ise, Çin’de “stone coal” adı verilen ve Çin’in güneyinde yaygın olarak gözlenen erken Paleozoyik yaşlı, düşük kalorili, yanıcı, kömürleşme derecesi yüksek siyah şeyllerdir (black shale). Çin’de son yıllarda dikkatler bu kömürlerin üzerine yoğunlaşmıştır çünkü bunlar kritik elementler bakımından zengin olup endüstriyel (vanadyum üretimi) ve tarımsal (selenyum gibi) amaçlı kullanılmaktadır. Ayrıca, bu kömürler Au, PGE, Mo ve Ni bakımından da potansiyele sahiptir.

Ülkemizde Şırnak, Mardin-Silopi asfaltit yatakları ile Seydişehir boksitlerinde vanadyum bulunmaktadır. Asfaltit yataklarında % 0.4 V2O5, küllerinde % 1.06 V2O5, boksitlerde ise % 0.05-0.07 V2O5 değerleri elde edilmiştir. Bunların dışında Türkiye’de bilinen vanadyum yatağı bulunmamaktadır.
Ülkemizde doğrudan vanadyum cevheri üretimi yoktur. Mevcut vanadyum kaynakları ise ekonomik değildir. Ancak, içinde vanadyum bulunan diğer cevherleşmelerin işletilmesi sırasında yan ürün olarak kazanma için teknoloji geliştirme çalışmaları yapılmaktadır. Ülkemiz vanadyum ihtiyacı ithalat yoluyla karşılanmaktadır. İthal edilen vanadyum demir-çelik sektöründe demir alaşımları üretmek için kullanılmaktadır. İthal edilen vanadyum ürünleri ferrovanadyum, vanadatlar ve vanadyum pentaoksittir

Kaynak:

• Dai, S., Zheng, X., Wang, X., Finkelman, R.B., Deyi Ren, Y.J., Yan, X., Zhou, Y., 2018. Stone coal in China: a review. International Geology Review, 60:5-6, 736-753, DOI:10.1080/00206814.2017.1378131

• DPT VIII. Beş Yıllık Kalkınma Planı ÖİK Raporu, 2001. Madencilik Özel İhtisas Komisyonu Raporu, Metal Madenler Alt Komisyonu Diğer Metal Madenler (Antimuan-Tungsten-Nikel-Vanadyum-Molibden-Kalay-Manganez) Çalışma Grubu Raporu, 79 s.

• Kelley, K.D., Scott, C.T., Polyak, D.E., Kimball, B.E., 2017. Vanadium. chap. U of Schulz, K.J., DeYoung, J.H., Jr., Seal, R.R., II, and Bradley, D.C., eds., Critical mineral resources of the United States—Economic and environmental geology and prospects for future supply: U.S. Geological Survey Professional Paper 1802, p. U1– U36, https://doi.org/ 10.3133/pp1802U.

• Uysal, S., 2020. Vanadyum ve enerji depolama sistemlerinde kullanımı. Madencilik Türkiye Dergisi, 15 Ocak 2020, 72-74.