Vanadium - V

Vanadium (V) is een zilverkleurig overgangsmetaal dat vooral wordt gebruikt om de eigenschappen van staal en andere legeringen te verbeteren. Vanadiumverbindingen dienen ook als katalysatoren en als actieve materialen in oplaadbare flowbatterijen. In water beïnvloedt de chemische vorm van vanadium de mobiliteit, toxiciteit en keuze van de behandeling.

Chemische eigenschappen · Toepassingen · Vanadium in water en waterbehandeling · Gezondheidseffecten · Milieueffecten

Geselecteerde eigenschappen van metallisch vanadium
Symbool / atoomnummer	V / 23
Standaardatoomgewicht	50.9415(1)
Groep / periode / blok	5 / 4 / d
Elektronenconfiguratie	[Ar] 3d³ 4s²
Elektronegativiteit (Pauling)	1.63
Dichtheid	6,0 g cm⁻³ bij kamertemperatuur
Smeltpunt	1910 °C
Kookpunt	3407 °C
Covalente straal	0,144 nm
Niet-gebonden straal	0,207 nm
Veelvoorkomende oxidatietoestanden in verbindingen	+2, +3, +4 en +5
Natuurlijk voorkomende isotopen	⁵¹V (ongeveer 99,75%) en ⁵⁰V (ongeveer 0,25%)
Eerste ionisatie-energie	650,9 kJ mol⁻¹
Eerste ontdekking	Andrés Manuel del Río, 1801

De fysische en atomaire gegevens volgen de Royal Society of Chemistry; het atoomgewicht en de isotopenverhoudingen volgen CIAAW. Het atoomgewicht is dimensieloos; de bijbehorende molaire massa is ongeveer 50,9415 g mol⁻¹. Het getal tussen haakjes geeft de onzekerheid in het laatste cijfer aan. ⁵⁰V is uiterst langlevend en radioactief; ⁵¹V is stabiel. Ionstraalwaarden hangen af van de oxidatietoestand en coördinatie.

Kleine stukjes metallisch vanadium tegen een blauwe achtergrond — Metallisch vanadium.

Vanadium: voorkomen en geschiedenis

Vanadium komt voor in mineralen en in sommige fossiele-brandstofafzettingen. Bronnen zijn onder meer vanadiumhoudende ijzerertsen, vanadiniet, carnotiet en patroniet. Commerciële aanvoer kan afkomstig zijn uit ertsverwerking en terugwinning uit industriële materialen zoals slakken, gebruikte katalysatoren en aardolieresiduen. Productiemethoden verschillen per afzetting en land.

Andrés Manuel del Río identificeerde het element in 1801 als eerste in Mexico, maar trok zijn claim later in nadat het materiaal ten onrechte als chroom was geïdentificeerd. Nils Gabriel Sefström herontdekte vanadium drie decennia later onafhankelijk van hem. De naam verwijst naar Vanadis, een naam die in verband wordt gebracht met de Noordse godin Freyja.

Toepassingen van vanadium

Staal: kleine toevoegingen van vanadium kunnen de sterkte, taaiheid en vermoeiingsweerstand verbeteren. Toepassingen zijn onder meer gereedschappen, assen, tandwielen en constructiedelen.
Titaniumlegeringen: vanadium en aluminium worden als legeringselementen toegevoegd aan materialen voor veeleisende onderdelen in de lucht- en ruimtevaart.
Katalysatoren: vanadiumverbindingen, waaronder vanadiumpentoxide (V₂O₅), worden gebruikt in de chemische productie, met name bij de vervaardiging van zwavelzuur.
Energieopslag: volledig op vanadium gebaseerde redoxflowbatterijen slaan energie op met behulp van opgeloste vanadiumsoorten in verschillende oxidatietoestanden. De elektrolyten zijn proceschemicaliën en moeten op passende wijze worden gehanteerd en ingesloten.
Glas en keramiek: vanadiumverbindingen worden gebruikt om de kleur en andere materiaaleigenschappen te veranderen.

Vanadium in water en waterbehandeling

Lees meer over vanadium in water, waaronder het voorkomen, de chemische vormen, de duiding van concentraties en de behandelingsmogelijkheden.

Bronnen en chemische vormen

Door verwering van gesteenten kan vanadium in grond- en oppervlaktewater terechtkomen. Industriële lozingen en neerslag van deeltjes uit de verbranding van fossiele brandstoffen kunnen extra vanadium aanvoeren. Vanadium kan opgelost voorkomen of gebonden zijn aan zwevende stoffen en sedimenten.

In zuurstofrijk zoet water met een bijna neutrale pH komt opgelost vanadium vaak voor als vanadium(V)-oxyanionen die vanadaten worden genoemd. Dit zijn negatief geladen, zuurstofhoudende ionen. Hun verdeling hangt af van de pH en de redoxomstandigheden, evenals van de concentratie en interacties met andere stoffen. Een meetresultaat voor totaal vanadium alleen geeft niet aan welke chemische soorten aanwezig zijn.

Mogelijkheden voor verwijdering

Gepubliceerde studies beschrijven verschillende behandelingsmogelijkheden voor vanadaat. De geschiktheid ervan hangt af van het betreffende water en het behandeldoel:

Adsorptie aan ijzerhoudende materialen: vanadium bindt zich aan het oppervlak van materialen zoals granulair ijzer(III)hydroxide. Een onderzoek bij een drinkwaterbedrijf toonde effectieve verwijdering aan, maar de capaciteit van het materiaal en de vervangingsintervallen hangen af van de kwaliteit van het ruwe water.
Coagulatie met ijzer(III) en filtratie: ijzerzouten vormen ijzer(hydr)oxidevlokken die vanadium opnemen. De vaste stoffen moeten vervolgens worden afgescheiden; bekerglasproeven en pilotproeven helpen om de dosering en filtratieomstandigheden vast te stellen.
Ionenwisseling: geschikte anionenwisselaarharsen kunnen een optie zijn voor negatief geladen vanadaat. Concurrerende ionen en het beheer van het regeneratiemiddel moeten worden beoordeeld.
Membranen: nanofiltratie en omgekeerde osmose zijn mogelijke opties die in de literatuur worden genoemd. De retentie en het beheer van het concentraat moeten worden beoordeeld voor het beoogde voedingswater en membraan.

Bij de beoordeling van het proces moet rekening worden gehouden met de pH, de chemische vormen van vanadium, fosfaat en andere concurrerende opgeloste stoffen, de afscheiding van vaste stoffen en het bewaken van doorslag. Bij verwijdering komt vanadium terecht in filtermedia, slib, regeneratiemiddel of concentraat; ook deze reststromen moeten op passende wijze worden beheerd. Zie het Lenntech-overzicht over verwijdering van zware metalen voor verwante zuiveringsprocessen.

Gezondheidseffecten van vanadium

Voor de meeste mensen is voeding de belangrijkste bron van blootstelling aan lage concentraties vanadium. Een essentiële biologische rol bij de mens is niet vastgesteld, en het Amerikaanse Institute of Medicine heeft voor vanadium geen aanbevolen dagelijkse hoeveelheid of adequate inname vastgesteld. Biologische functies bij sommige micro-organismen, waaronder enzymen die betrokken zijn bij de fixatie van stikstof, tonen niet aan dat vanadium een noodzakelijk bestanddeel van de menselijke voeding is.

De gezondheidseffecten hangen af van de verbinding, de dosis, de duur en de blootstellingsroute. Inademing van hoge concentraties vanadiumpentoxide kan de luchtwegen irriteren en beschadigen. Inname van sommige vanadiumverbindingen heeft maag-darmklachten veroorzaakt. In dieronderzoek zijn ook effecten op het bloed en de ontwikkeling gevonden; deze bevindingen tonen op zichzelf niet aan dat dezelfde effecten bij mensen optreden bij gebruikelijke niveaus van blootstelling via het milieu.

Het IARC classificeert vanadiumpentoxide als mogelijk kankerverwekkend voor de mens (groep 2B), op basis van voldoende bewijs bij proefdieren en onvoldoende bewijs bij mensen volgens de beoordeling van het IARC. Deze classificatie betreft de verbinding V₂O₅ en kwantificeert niet het risico bij een specifieke blootstelling en geldt niet automatisch voor elk vanadiumhoudend materiaal.

Beheersmaatregelen op de werkplek moeten zijn afgestemd op de daadwerkelijk aanwezige stofdeeltjes, dampen en verbindingen, met gebruik van het relevante veiligheidsinformatieblad. Zie voor algemene informatie over voeding de aanbevolen dagelijkse inname van vitaminen en mineralen; bovengrenzen voor de inname zijn, waar die zijn vastgesteld, geen aanbevolen doses.

Milieueffecten van vanadium

Vanadium komt van nature voor in bodems, sedimenten en organismen. Het transport ervan wordt beïnvloed door de waterchemie en de binding aan deeltjes. Opgeloste vormen kunnen door waterorganismen worden opgenomen, en experimenteel onderzoek laat bij voldoende hoge blootstelling schadelijke effecten zien.

Ophoping verschilt per soort en per omstandigheid; één hoge concentratiefactor kan niet elk ecosysteem beschrijven. Bij een milieubeoordeling moet rekening worden gehouden met de chemische vorm, biologische beschikbaarheid, concentratie en blootstellingsduur, en met de lokale achtergrondconcentraties. Het monitoren van industriële lozingen en het beheren van reststromen uit de zuivering helpen verdere toevoer te beperken.

Vanadiumpagina voor het laatst beoordeeld: 8 november 2026 door Lenntech.