钒矿基本知识概述

　　钒矿是含有钒的矿物，发现的含钒矿物有70多种，但主要的矿物有钒钛磁铁矿、钾钒铀矿、石油伴生矿等。非常纯的钒很难制成，在通常的高温条件下，钒对氧、氮和碳都活泼，容易起反应，工业上用它制成合金。

　　一、钒的物化性质

　　1.物理性质：纯钒是一种相对柔软且可锻的金属，但当其含有氧、氮或氢等杂质时，则会变得脆硬。电导率：钒的电导率相对较低，仅为铜的电导率的十分之一左右，这使得它在电气应用方面受到一定的限制。

        2.化学性质：钒在空气中加热时，会与其中的氧气发生反应，生成不同颜色的氧化物。这些氧化物的颜色随温度和氧化条件的不同而有所变化，从黄色到绿色再到蓝色都有可能。反应性：钒还能与多种非金属元素(如卤素、硫等)以及许多金属元素形成化合物。这些化合物在化学工业、冶金工业等领域都有广泛的应用。

　　二、钒的性状

　　钒是一种银灰色的金属，具有较高的硬度、坚固性和耐蚀性。它的密度为6克/立方厘米，熔点为1890摄氏度，沸点为3380摄氏度。钒的性质和钽以及铌相似，属于中等活泼的金属，化合价+2、+3、+4和+5。其中以+5价为最稳定，其次是+4价，五价钒的化合物具有氧化性能，低价钒则具有还原性。钒的价态越低还原性越强。电离能为6.74eV，具有耐盐酸和硫酸的本领，并且在耐气、耐盐、耐水腐蚀的性能要比大多数不锈钢好。钒在空气中不易被氧化，可溶于氢氟酸、硝酸和王水。

　　三、钒的来源

　　钒在地球上并不少，在所有的元素中列第20名。在65种矿物中都能找得到钒，最常见的如绿硫钒石(四硫化钒)、钒铅矿(Pb5(VO4)3Cl)、钒钾铀矿(K2(UO2)2(VO4)2·3H2O)等，这些五颜六色的矿物经常和铝土矿、磁铁矿伴生。钒的踪迹遍布全世界。平均在两万个原子中，就有一个钒原子，比铜、锡、锌、镍的含量都多，但钒的分布太分散了，几乎没有含量较多的矿床。在海水中，在海胆等海洋生物体内，在磁铁矿中，在多种沥青矿物和煤灰中，在落到地球的陨石和太阳的光谱线中，人们都发现了钒的踪影。钒是地球上广泛分布的微量元素，其含量约占地壳构成的0.02%，获取相对容易。世界上已知的钒储量有98%产于钒钛磁铁矿。除钒钛磁铁矿外、钒资源还部分赋存于磷块岩矿，含铀砂岩，粉砂岩，铝土矿，含碳质的原油、煤、油页岩及沥青砂中。

　　四、钒的作用

　　钒的用途非常广泛。钒在钢铁工业、冶金化工、航空航天、国防军工、医药、颜料、玻璃、新能源电池等领域均有重要应用，有“金属维生素”、“化学面包”、“现代工业的味精”之称。

　　1. 钒合金

　　钒合金是钒最重要的应用领域之一。通过将钒与其他金属(如铁、钢、铝、钛)合金化，可以显著改变其机械性能和耐热性能。钒在钢铁工业中主要用作合金添加剂，我国90%左右的钒用于钢铁工业。利用加钒对钢材进行微合金化，既能极大地提升产品的强度、韧性、耐高温、抗奇寒、抗腐蚀，又可以节约钢材消耗量。相较于普通热轧钢筋，含钒钢筋在连铸、加工等方面具有独特优势，具备抗震性能优良、屈强比高、屈服强度波动范围小、延伸率高、弯曲性能好、低时效、易焊接等特性，在汽车、航空、铁路、电子技术、国防工业等部门，到处可见到钒的踪迹。

　　按照我国钢铁行业平均能源消耗与碳排放数据测算，平均每年可节约1.1亿吨以上标准煤消耗、可减少3.7亿吨以上二氧化碳排放，这对于推动钢铁行业碳达峰及降碳具有积极作用。

　　2. 钒催化剂

　　由于钒在不同氧化态之间的可逆转变，钒的氧化物已成为化学工业中最佳催化剂之一，钒催化剂广泛应用于有机合成、环境保护和能源领域，例如合成丙烯酸、氨合成、脱硫和催化脱氧等反应。

　　3. 钒电池

　　钒电池(全钒氧化还原液流电池)是一种高效储能和高效输出的装置。钒电池储能系统由正负电极、电解液储液罐、离子交换膜组件等几部分构成。通过电解液中钒离子的价态变化产生电流流动，循环使用次数可达5000次至1万次，是锂电池的10倍以上。钒电池的功率大、容量大、效率高、寿命长、响应速度快、可瞬间充电、安全性高、成本低，已成为可再生能源储能、电网调峰、备用电源等领域的首选技术之一，被称为“电力银行”。

　　4. 环境污染治理

　　钒在环境污染治理中扮演着重要角色。钒氧化物被广泛应用于废气脱硝、废水处理和有毒废物处理等领域。钒催化剂可以高效催化氮氧化物的还原和分解，从而减少大气污染物的排放。钒在天然水中的浓度很低，一般河水中为0.01～20ppb，平均为1ppb。海水含钒量为0.9～2.5ppb。尽管水体中可溶性的钒含量很低，但是水中悬浮物含钒量是很高的。悬浮物的沉积导致水中钒向底质迁移，并使水体得到净化。

　　五、钒的分布情况

　　全球钒资源分布相对集中，主要分布在中国、俄罗斯、南非和巴西等国家。这些国家不仅拥有丰富的钒矿储量，而且在钒的生产和出口方面也占据重要地位。中国是全球钒资源储量最大的国家，拥有丰富的钒矿资源。中国的钒资源主要分布在四川、湖北、陕西等地，这些地区的钒矿储量大、品位高，具有极高的开采价值;俄罗斯的钒资源也十分丰富，主要分布在其广阔的领土上，俄罗斯的钒矿储量和产量在全球都占有重要地位;南非是非洲地区钒资源最为丰富的国家之一，其钒矿储量和产量在全球也具有一定的影响力;巴西的钒资源主要集中在一些特定的地质构造中，虽然储量相对不如中国、俄罗斯等国家丰富，但在全球钒资源市场中仍占有一席之地。

　　六、我国主要的钒矿区

　　截至2021年底，中国已探明的钒资源储量约为950万吨，占全球总储量的三分之一以上。这些储量广泛分布于中国的19个省份，主要集中在四川、湖北、陕西等地。这些地区的钒矿资源具有储量大、品位高、开采条件好等特点。

　　四川省是中国钒资源最为丰富的省份之一，主要分布在攀枝花、西昌等地区。这些地区的钒矿主要以钒钛磁铁矿的形式存在，储量大、品位高，是中国重要的钒生产基地;湖北省的钒矿资源也十分丰富，主要分布在一些特定的地质构造中。这些钒矿主要以石煤型钒矿为主，虽然品位相对较低，但储量大，仍具有一定的开采价值;陕西省的钒矿资源主要集中在一些山区和丘陵地带。这些地区的钒矿主要以黑色页岩型钒矿为主，品位和储量都较为可观。

　　七、钒的冶炼与加工技术

　　钒的冶炼与加工过程主要包括冶炼技术和加工技术两部分。

　　1. 冶炼技术：钒的冶炼技术主要有火法冶炼和湿法冶炼两种。火法冶炼是通过高温熔炼的方式，将钒从矿石中提取出来。湿法冶炼则是通过酸浸、碱浸等化学方法，将钒从矿石中溶解出来，再通过离子交换、萃取等工序进行分离和提纯。其中，钠化焙烧提钒是含钒原料提钒应用较多的工艺，其基本原理是以食盐或苏打为添加剂，通过焙烧将多价态的钒转化为水溶性五价钒的钠盐，再对钠化焙烧产物直接水浸，可得到含钒及少量铝杂质的浸取液，然后加入铵盐制得偏钒酸铵沉淀，经焙烧得到粗V2O5，再经碱溶、除杂并用铵盐二次沉钒得偏钒酸铵，焙烧后可得到纯度大于98%的V2O5。近年来，随着环保要求的提高，无盐焙烧、钙化焙烧等环保型冶炼技术也逐渐得到应用。

　　2. 加工技术：钒的加工技术主要包括制取五氧化二钒、金属钒以及钒的化合物等。五氧化二钒是钒的重要化合物之一，广泛应用于钢铁、钒电池等领域。金属钒则是通过还原五氧化二钒或其他钒的化合物制得，具有高强度、高韧性等优良性能，可用于航空航天、电子等领域。钒的化合物则包括钒酸盐、钒氮合金等，具有广泛的应用领域。

　　钒作为一种多功能元素，在材料科学和环境治理领域具有广泛的应用。钒合金、钒催化剂和钒化合物在电子材料、能源储存、光学器件和环境保护等方面发挥着重要作用。另外钒与人类的健康也有着密切的关系。随着科学技术的不断发展，钒的应用前景将进一步拓展。