釩的生產(chǎn)情況與應(yīng)用方向綜述

釩的生產(chǎn)情況與應(yīng)用方向綜述一、釩的生產(chǎn)與消費

國外大多數(shù)釩生產(chǎn)的產(chǎn)品主要是氧化物（V2O5，V2O3等）、合金添加劑（釩鐵、氮化釩、釩鋁等），還有少量的釩酸鹽（釩酸鈉、釩酸銨、硫酸氧釩等）及金屬釩等產(chǎn)品。生產(chǎn)釩的主要國家是中國、南非、俄羅斯、美國、澳大利亞等有大量釩資源的國家。1.南非海維爾德鋼釩公司瑞士的愛斯塔Xstrata公司在南非的兩個釩廠Vantech和Rhovan美國Stratcor（Strategicmineralscorp）的控股公司

VametcoMineralsCorp南非的釩企業(yè)產(chǎn)能名稱產(chǎn)能（V2O5t/a）產(chǎn)品原料南非海維爾德鋼釩公司25000V2O5、釩鐵礦石和釩渣瑞士的愛斯塔Xstrata公司

釩技術(shù)（Vantech）6000V2O5、釩鐵礦石Rhovan公司5900～6350V2O5礦石美國Stratcor的VAMETCO6250V2O3、VN、釩鐵礦石或釩渣合計43150-43600

俄羅斯釩產(chǎn)能名稱產(chǎn)能（V2O5t/a）產(chǎn)品原料下塔吉爾鋼鐵公司22-24萬噸釩渣釩渣精礦丘索夫冶金廠7500釩渣、V2O5釩渣“釩-圖拉冶金”股份公司16000V2O5、釩鐵釩渣合計23500

美國釩公司釩化合物生產(chǎn)情況

位置生產(chǎn)能力/年產(chǎn)品

阿肯色州溫泉

5455t釩氧化物

(V2O5、V2O4、V2O3、V6O13)、偏釩酸銨、其它釩產(chǎn)品尼加拉瀑布紐約500t三氯化釩

340t四氯化釩545t釩鈦氯化物

世界其它釩企業(yè)產(chǎn)能名稱產(chǎn)能產(chǎn)品原料美國戰(zhàn)略礦物發(fā)展有限公司下屬美國釩公司14000V2O5、釩酸鹽等釩粘土礦，廢催化劑或燃油灰渣等奧地利特雷巴赫化學(xué)工業(yè)公司6600V2O3、V2O5、釩鐵釩渣澳大利亞稀有金屬公司7000V2O5礦石捷克、德國、加拿大、日本等7000V2O5、釩鐵等礦渣、廢催化劑、燃油灰渣等合計34600

目前，世界釩的生產(chǎn)高度集中在南非海維爾德、瑞士嘉能可（XSTRATA）、俄羅斯圖拉-丘索夫、中國攀鋼-承鋼、及美國戰(zhàn)略礦物五大集團，產(chǎn)能占世界80%以上。而海維爾德和美國戰(zhàn)略礦物又被俄羅斯耶弗拉茲控股公司(Evraz)控股，實際上是三家的競爭。世界主要釩生產(chǎn)商的產(chǎn)能，V2O5t/a主要生產(chǎn)廠家產(chǎn)能南非海維爾德25000美國戰(zhàn)略礦物（STRATEOR）20000俄羅斯圖拉-邱索夫（用下塔吉爾釩渣生產(chǎn)）23500(16000+7500)中國攀鋼-承鋼21000(9000+12000)瑞士嘉能可（XSTRATA）20000其它40000合計149500我國釩生產(chǎn)能力名稱產(chǎn)能（V2O5t/a）攀枝花鋼鐵公司9000唐山鋼鐵公司-承德新新釩鈦12000西昌新鋼業(yè)有限責(zé)任公司3000南京灤浦釩業(yè)公司2500沈陽華瑞釩業(yè)有限公司5000錦州鐵合金5000峨嵋鐵合金3000攀枝花杜宇集團金江冶金化工廠5000四川卓越釩鈦制品公司4000攀枝花米易興辰釩鈦鐵合金有限公司5000攀枝花錦利工貿(mào)公司2500承德雙豐釩鈦集團公司3000其它：大連銀鷹、上海九凌、葫蘆島釩廠6000合計65000我國除西藏、寧夏、海南外，幾乎個省市都有釩的生產(chǎn)企業(yè)。我國石煤提釩還有百家以上的工廠?？偖a(chǎn)量V2O51.5~2萬噸/a，全國總的V2O5生產(chǎn)能力已接近8萬噸/a，還有些廠家在擴能或新建，因此我國釩生產(chǎn)能力已居世界第一位。

我國釩渣生產(chǎn)能力已經(jīng)達到36萬噸以上,產(chǎn)量居世界第一位。釩的產(chǎn)量

在2001年世界生產(chǎn)78690噸V2O5，85%釩用于生產(chǎn)高強低合金鋼，用它來制工具和模具，10%做Al-Ti合金中的組分，用于航空工業(yè)，其余用之于化學(xué)工業(yè)。2002年世界生產(chǎn)V2O582686噸。2005年我國釩產(chǎn)量以V2O5計達到30000萬噸，2006年達到4萬噸，已經(jīng)成為世界第一產(chǎn)釩大國。世界釩的消耗（tV2O5/a)

國家地區(qū)2000200120022003200420052006西歐17570180001800018500

東歐2880450045001200

美國16129135001260015000

南美1180250025002300

日本8000910090007500

韓國3950318031802600

俄羅斯5600320036006400

中國57007100880012200138841893020000其它3200750072007200

合計661297048071280743007607078240

80000釩的應(yīng)用范圍應(yīng)用領(lǐng)域占總量比例/%主要用途使用產(chǎn)品鋼鐵90

其中：碳素鋼25鋼筋FeV高強合金鋼30建筑、石油管道FeV高合金鋼20鑄件。石油管配件FeV工具鋼15高速工具、耐磨件FeV鈦合金5噴氣發(fā)動機零件、飛行器機體V-Al化學(xué)制品5催化劑、顏料等V2O5及化合物二、釩技術(shù)發(fā)展方向

2.1.三氧化二釩生產(chǎn)技術(shù)的推廣

目前生產(chǎn)五氧化二釩的技術(shù)基本成熟，發(fā)展方向主要是從降低生產(chǎn)成本和環(huán)保上下功夫。為了降低生產(chǎn)釩鐵的成本，對于生產(chǎn)釩鐵的廠家應(yīng)該用生產(chǎn)三氧化二釩來代替五氧化二釩，理論上可降低生產(chǎn)釩鐵的還原劑40%，而生產(chǎn)三氧化二釩凡是有煤氣的廠家都可以生產(chǎn)，用煤氣還原多釩酸銨不僅環(huán)境污染小，減少了五氧化二釩的熔化制片工序，同時可大幅度提高釩的回收率。生產(chǎn)方法簡單易行，便于推廣。三氧化二釩不僅可冶煉釩鐵，也是生產(chǎn)氮化釩的首選原料。與生產(chǎn)釩鐵比又可以提高釩的回收率和降低生產(chǎn)成本。2.2.提釩生產(chǎn)廢水的綜合治理由于提釩廢水含有高氨氮，盡管國內(nèi)外研究了不少處理方法，如吹脫法、折點氯化法、催化濕式氧化法、離子交換法等。但目前還沒有一種較好的，經(jīng)濟的處理辦法，這已成為各釩廠非常重視的老大難問題。以德國GfE公司處理廢水的方法為例：GFE的廢水回收投資600萬馬克。廢水用二氧化硫還原使Cr6+→Cr3+，再用氫氧化鈉中和，沉淀出Cr(OH)3渣，過濾干燥后外售。SO2還原有紅外線監(jiān)測，只使鉻還原而不致使五價釩還原，以利與下道工序回收釩。然后蒸發(fā)結(jié)晶出十水硫酸鈉。母液返回浸出利用，做到廢水零排放，此套廢水處理方法及設(shè)備雖然比較先進，但占地面積大，處理的成本高(每生產(chǎn)一噸V2O5扣除回收的價值后，還要多用幾百馬克)。攀鋼目前采用了類似工藝，蒸發(fā)濃縮得到十水硫酸鈉后將廢水循環(huán)利用，達到了零排放，但也是運行成本較高。因此對廢水處理研究出經(jīng)濟有效的方法是今后研究的重點問題。2.3釩功能材料的開發(fā)2.3.1釩氧化還原液流電池

1999年P(guān)innacel公司與住友公司共同開發(fā)了450kW、1MWh的電站調(diào)峰釩電池系統(tǒng)，250Kw、520kWh釩電池在日本已經(jīng)投入商業(yè)化運營。2001年日本住友公司建設(shè)的釩電池系統(tǒng)見表。

住友電工自2001年建設(shè)的釩氧化還原液流電池系統(tǒng)用戶配置地點配置用途時間InstituteofAppliedEnergyHorikappu風(fēng)力發(fā)電站AC170kW×6h風(fēng)力渦輪功率輸出2001.3ObayashiCorp.高爾夫球場AC1.5kW×1h平衡負載（光伏系統(tǒng)）2001.4DC30kW×8h調(diào)峰2001.4(Italy)CESI研究中心（Malin）AC42kW×2h調(diào)峰2001.11SumitomoDenasetsuCo.,Ltd.辦公大樓AC100Kw×8h調(diào)峰平衡負載2001.2TottonSANYOElectricCo.,Ltd.液晶半導(dǎo)體廠AC3000kW×1.5sUPS平衡負載2001.4AC1500kW×1h調(diào)峰2001.4KwanaseiGakuinUniversityKoheSanda校園AC500kW×10h調(diào)峰2001.7釩電池在國內(nèi)研究概況：中國工程物理研究院1995年

率先在國內(nèi)進行了釩電池的研制，先后研制出500W、1000W的釩電池樣機。目前已經(jīng)具備了組裝10Kw級的釩電池系統(tǒng)的能力。攀枝花鋼鐵公司1999年起，分別與中國工程物理研究院、中南大學(xué)等等位合作對釩電池的活性物質(zhì)的制備等方面獲得兩項發(fā)明專利。此外，國內(nèi)很多單位也在釩電池的研發(fā)方面做了很多工作，比如：北京大學(xué)、北京地質(zhì)大學(xué)、東北大學(xué)、大連化學(xué)物理研究所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)等。至今我國的研究仍然處于優(yōu)化改進階段，距離產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用還有一定距離。

2.3.2釩基固溶體貯氫合金貯氫合金可在適當(dāng)?shù)臏囟葔毫ο驴赡娴匚蘸歪尫艢?，可以儲存比本身體積大1000倍以上的氫氣，可解決傳統(tǒng)用氫氣瓶及液態(tài)貯氫存在的不安全、能耗高、經(jīng)濟差、貯氫量小等問題。廣泛應(yīng)用在燃料電池、電動車、鎳氫電池、貯氫和輸送氫等方面。世界上已經(jīng)應(yīng)用的貯氫合金主要有稀土系A(chǔ)B5型，貯氫量小于1.3%；鈦鋯系A(chǔ)B2型，貯氫量小于2.0%。其他類型的貯氫合金由于成本高或吸、放氫條件苛刻難以應(yīng)用。釩是唯一在常溫下吸、放氫的金屬，吸氫量理論上可達到3.8%。許多國家對釩基固溶體BBC型貯氫合金研制了很多品種，由于是用金屬釩作為合金元素，金屬釩價格昂貴，制作成本太高限制了其應(yīng)用。四川大學(xué)開發(fā)釩基固溶體貯氫合金，目前已經(jīng)開發(fā)出吸氫量大于3.3%，放氫量大于2.3%，放氫溫度小于100℃的較為理想的釩基貯氫合金。正在開發(fā)用氧化物制取這種合金的技術(shù)，用這種合金來取代金屬釩制造貯氫合金，將會大大降低制取成本，成功之后將會給這種貯氫合金的應(yīng)用帶來廣闊的前景。2.3.3光學(xué)轉(zhuǎn)換涂層研究發(fā)現(xiàn)采用在環(huán)境溫度變化時，其光學(xué)透過性能會發(fā)生變化。這也是釩資源利用的一個重要方向。在釩的功能材料中，溶膠-凝膠技術(shù)制備的VO2涂層是很有發(fā)展前途的一種材料，其應(yīng)用前景廣闊，利用其相變后光學(xué)、電學(xué)等特殊性質(zhì)可用于太陽能控制材料、紅外輻射測溫計、熱敏電阻、熱致開關(guān)、可變反射鏡、紅外脈沖激光保護膜、光盤介質(zhì)材料、全息存儲材料、點致變色顯示材料、濾色鏡、熱致變色顯示材料、非線性或線性電阻材料、溫度傳感器、可調(diào)微波開關(guān)裝置、紅外光學(xué)調(diào)制材料、高靈敏度應(yīng)變傳感器、透明導(dǎo)電材料、抗靜電涂層等方面。

美國OCLI公司在1988年就已經(jīng)著手研究一種快速阻擋脈沖激光輻射的復(fù)合膜系，關(guān)鍵在于采用了一種具有光學(xué)透過率突變性能的功能陶瓷材料二氧化釩薄膜。美國匹斯堡的威斯汀豪斯公司研究成功一種實用的、具有高度復(fù)現(xiàn)性的非真空方法進行的表面涂層VOX，基底是由烷氧基釩制備的溶膠-凝膠原料溶液內(nèi)旋轉(zhuǎn)或浸漬來沉積薄膜，可均勻地涂覆大面積和彎曲的表面，沉積厚度可達到1μm，當(dāng)航空航天飛機在需要減弱紅外光時，可使用透明又能轉(zhuǎn)換成不透明的氧化釩薄膜，在受熱時能阻止紅外光和電磁輻射透過。因此，開發(fā)釩氧化物涂層是很有前途的應(yīng)用領(lǐng)域。

2.3.4釩的發(fā)光材料釩磷酸釔銪Y(VO4)PO4:EU3+和釩酸釔銪YVO4:Eu3+都是高效的紅色發(fā)光材料，曾被應(yīng)用作為彩色電視熒光粉的紅色組分，現(xiàn)在仍然廣泛地用在高壓汞蒸氣放電熒光燈中，作為調(diào)整色度的發(fā)光材料。摻Eu3+離子的釩酸鹽LnVO4:Eu3+（Ln=La、Y）通過調(diào)變陽離子的成分和含量，可使釩酸鹽LnVO4:Eu3+發(fā)出不同波長的光。含釩的發(fā)光材料將有廣闊的應(yīng)用前景。發(fā)光材料已廣泛地應(yīng)用于科技、工業(yè)、農(nóng)業(yè)以至人們地日常生活中，例如照明用熒光燈和各種特殊光源，陰極射線管和電視熒光屏，電離輻射探測晶體，X射線熒光屏和增感屏，以及各種電致發(fā)光平板、數(shù)字、符號和圖象顯示器等。發(fā)光橡膠、發(fā)光塑料類產(chǎn)品、發(fā)光樹脂樹脂產(chǎn)品、發(fā)光涂料、發(fā)光油墨產(chǎn)品、長余輝蓄能夜光材料等?？梢灶A(yù)言，發(fā)光材料必將在21世紀得到廣泛的應(yīng)用。2.3.5

釩顏料釩酸鉍黃顏料：由于傳統(tǒng)的黃色顏料鉻酸鉛、鎘黃等含有鉻、鉛、鎘等重金屬含有毒性，在環(huán)保要求越來越嚴格情況下，許多國家已經(jīng)禁止使用，釩酸鉍黃色顏料是環(huán)保型顏料，成為鎘黃、鎘黃的替代品。釩酸鉍具有優(yōu)良的顏料性能，用于塑料、橡膠、陶瓷、油漆、印刷油墨等方面，尤其在是黃色汽車漆、汽車修補漆、高級建筑涂料方面應(yīng)用。釩酸鉍示溫顏料：將Bi2O3和V2O5、Mg(OH)2、CaO混合按上述類似工藝制得BiVO4—0.1MgO和BiVO4—0.1CaO。它們比單純的BiVO4好，具有可逆性。25℃黃色或亮黃色；140℃橙紅色；350℃橙紅色到粉紅色，但沒有明確的轉(zhuǎn)變溫度。BiVO4—0.1MgO和BiVO4—0.1CaO開始熔融溫度分別為844和853℃。

釩鋯藍色料：釩鋯蘭是鋯基陶瓷釉用的色料，廣泛用于衛(wèi)生陶瓷、日用陶瓷和搪瓷工業(yè)中。顯色穩(wěn)定，高溫穩(wěn)定性好，顏色鮮艷，耐化學(xué)腐蝕，能與許多其它種類色料混合配色，應(yīng)用范圍廣泛。能產(chǎn)生蘭、綠、黃色，作藍色著色劑。

玻璃和油漆：在玻璃中添加五氧化二釩（0.02%）可消除對眼睛有傷害和造成織物顏色褪色的高能超紫外線。釩也用于調(diào)黃綠色玻璃，而添加氧化釩和氧化銫混合物可制得綠玻璃，用于測量UV輻射強度。氧化物和偏釩酸鹽用于生產(chǎn)印刷油墨，可促使反應(yīng)，形成樹脂黑涂料。添加釩酸銨的性能，可產(chǎn)生快干油墨。少量五氧化二釩也用于織物印花業(yè)，釩有助于氧化苯胺，得到較濃而不褪色的黑色染料。2.3.6納米釩氧化物催化劑V2O5是化學(xué)工業(yè)上使用的催化劑，它是硫酸、橡膠合成等重要化工反應(yīng)的特效催化劑。雖然目前市場上已有相關(guān)產(chǎn)品，但從催化較度看，催化劑的比表面越大其催化的效果會越好。因此開發(fā)納米級的釩氧化物催化劑仍有一定的意義。要想使V2O5催化劑達到納米尺度，需要解決粉體制備、分散性的保持、催化活性和耐久度等一系列問題。另外開發(fā)釩氧化物在其它催化反應(yīng)中的用途，也是一個值得注意的產(chǎn)品開發(fā)方向。

2.3.7釩酸釔(YVO4)

釩酸釔晶體是一種雙折射晶體，接近玻璃的硬度、不潮解，加工鍍膜容易等特點，因此釩酸釔晶體廣泛用于激光通訊、激光測距、激光印刷、衛(wèi)星測量、導(dǎo)航等各個領(lǐng)域。光學(xué)偏振器的材料。在光纖通訊中，每一個光源和光纖線路中每隔1km，需要有一個光隔離器，光纖通訊用戶的第一分支，都需要一個環(huán)行器，而每個光隔離器和環(huán)行器，分別需要兩片和三片釩酸釔晶體，因此對釩酸釔的需求量很大。釩酸釔的主要產(chǎn)地在中國，大部分在福州，每年向國外提供幾十萬片，價格是黃金的三倍，目前國內(nèi)福建、浙江、廣東、北京、吉林、山東、上海、湖南等地都能生產(chǎn)這種產(chǎn)品了。2.3.8提釩殘渣做釩鈦黑瓷生產(chǎn)釩鈦黑瓷建筑裝飾板、釩鈦黑瓷單板太陽能熱水器、釩鈦黑瓷遠紅外輻射器、建筑暖氣片、紅外輻射地板、紅外理療設(shè)施等。我國汽車、家電、印刷、印染、食品等行業(yè)應(yīng)用范圍及規(guī)模巨大，有廣泛的應(yīng)用前景。

2.3.9航空航天用釩鋁合金根據(jù)我國科技發(fā)展規(guī)劃，褂國務(wù)院已經(jīng)批準進行大飛機的研制，9年內(nèi)運輸機產(chǎn)業(yè)化、十年內(nèi)民用大飛機（150～250座）產(chǎn)業(yè)化，而且在2020年我國還需要2000架大飛機。因此為合金開發(fā)了新的應(yīng)用市場，攀鋼已經(jīng)研制出航空航天的釩鋁合金，建議同步將之產(chǎn)業(yè)化滿足國內(nèi)市場的需要。

2.4新的提釩工藝—石灰提釩法

當(dāng)控制pH值在2.5～3.0之間焦釩酸鈣浸出率最高，因此在配料時控制CaO/V2O5的重量比為0.5-0.6，使之生成焦釩酸鈣是最佳選擇。工藝特點

（1）采用石灰或石灰石作添加劑，在回轉(zhuǎn)窯氧化焙燒，生成釩酸鈣，這樣可避免傳統(tǒng)的添加蘇打焙燒法高溫焙燒時爐料易粘結(jié)的問題，同時也避免了添加食鹽或硫酸鈉等鈉鹽分解釋放出的有害氣體對環(huán)境的污染問題。大大解放了焙燒設(shè)備的生產(chǎn)效率。同時提高了釩的氧化率。解放了對釩渣中氧化鈣含量的嚴格限制。工藝特點

（2）釩渣和添加劑(石灰或石灰石)采用濕球磨和濕法磁選，減少粉塵對環(huán)境污染，有利于添加劑和釩渣的接觸。

（3）將焙燒的熟料粉碎到0.074mm，加水打漿，液固比控制在4~5:1，用稀硫酸(H2SO45%-10%)溶液，調(diào)節(jié)pH在2.5~3.2，在不斷攪拌條件下，浸出溫度50~70℃，熟料中的釩90%以上浸入到溶液中，同時有錳和鐵進入溶液中。工藝特點（4）沉釩采用傳統(tǒng)的水解沉釩方法，產(chǎn)品純度較蘇打法高，五氧化二釩純度達92%以上，磷含量0.010%~0.015%。產(chǎn)品中的雜質(zhì)主要是錳和鐵。（5）工藝的釩回收率比傳統(tǒng)的蘇打法高2%左右。

可直接生產(chǎn)含氧化鈣高的釩渣(控制釩渣中CaO/V2O5為0.6左右)，稱為“鈣釩渣”，球磨后不用配添加劑直接焙燒。焙燒溫度為900~930℃，氧化焙燒后的釩產(chǎn)物為釩酸鈣，焙燒熟料采用稀硫酸連續(xù)浸出，水解沉釩。此方法特點是工藝簡單，焙燒好控制、轉(zhuǎn)化率高和浸出率高、消除了焙燒時有害氣體的污染、及廢水氨氮