釩的生產情況與應用方向綜述

釩的生產情況與應用方向綜述一、釩的生產與消費

國外大多數釩生產的產品主要是氧化物（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）及金屬釩等產品。生產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)產能名稱產能（V2O5t/a）產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（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

俄羅斯釩產能名稱產能（V2O5t/a）產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情況

位置生產能力/年產品

阿肯色州溫泉

5455t釩氧化物

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

340t四氯化釩545t釩鈦氯化物

世界其它釩企業(yè)產能名稱產能產品原料美國戰(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。世界主要釩生產商的產能，V2O5t/a主要生產廠家產能南非海維爾德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）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我國釩生產能力名稱產能（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企業(yè)。我國石煤提釩還有百家以上的工廠?？偖a量V2O51.5~2萬噸/a，全國總的V2O5生產能力已接近8萬噸/a，還有些廠家在擴能或新建，因此我國釩生產能力已居世界第一位。

我國釩渣生產能力已經達到36萬噸以上,產量居世界第一位。釩的產量

在2001年世界生產78690噸V2O5，85%釩用于生產高強低合金鋼，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)，其余用之于化學工業(yè)。2002年世界生產V2O582686噸。2005年我國釩產量以V2O5計達到30000萬噸，2006年達到4萬噸，已經成為世界第一產釩大國。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釩的應用范圍應用領域占總量比例/%主要用途使用產品鋼鐵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化學制品5催化劑、顏料等V2O5及化合物二、釩技術發(fā)展方向

2.1.三氧化二釩生產技術的推廣

目前生產五氧化二釩的技術基本成熟，發(fā)展方向主要是從降低生產成本和環(huán)保上下功夫。為了降低生產釩鐵的成本，對于生產釩鐵的廠家應該用生產三氧化二釩來代替五氧化二釩，理論上可降低生產釩鐵的還原劑40%，而生產三氧化二釩凡是有煤氣的廠家都可以生產，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，也是生產氮化釩的首選原料。與生產釩鐵比又可以提高釩的回收率和降低生產成本。2.2.提釩生產廢水的綜合治理由于提釩廢水含有高氨氮，盡管國內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備雖然比較先進，但占地面積大，處理的成本高(每生產一噸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Pinnacel公司與住友公司共同開發(fā)了450kW、1MWh的電站調峰釩電池系統(tǒng)，250Kw、520kWh釩電池在日本已經投入商業(yè)化運營。2001年日本住友公司建設的釩電池系統(tǒng)見表。

住友電工自2001年建設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風力發(fā)電站AC170kW×6h風力渦輪功率輸出2001.3ObayashiCorp.高爾夫球場AC1.5kW×1h平衡負載（光伏系統(tǒng)）2001.4DC30kW×8h調峰2001.4(Italy)CESI研究中心（Malin）AC42kW×2h調峰2001.11SumitomoDenasetsuCo.,Ltd.辦公大樓AC100Kw×8h調峰平衡負載2001.2TottonSANYOElectricCo.,Ltd.液晶半導體廠AC3000kW×1.5sUPS平衡負載2001.4AC1500kW×1h調峰2001.4KwanaseiGakuinUniversityKoheSanda校園AC500kW×10h調峰2001.7釩電池在國內研究概況：中國工程物理研究院1995年

率先在國內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、中南大學等等位合作對釩電池的活性物質的制備等方面獲得兩項發(fā)明專利。此外，國內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、北京地質大學、東北大學、大連化學物理研究所、哈爾濱工業(yè)大學、清華大學等。至今我國的研究仍然處于優(yōu)化改進階段，距離產業(yè)化及應用還有一定距離。

2.3.2釩基固溶體貯氫合金貯氫合金可在適當的溫度壓力下可逆地吸收和釋放氫，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、經濟差、貯氫量小等問題。廣泛應用在燃料電池、電動車、鎳氫電池、貯氫和輸送氫等方面。世界上已經應用的貯氫合金主要有稀土系AB5型，貯氫量小于1.3%；鈦鋯系AB2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用。四川大學開發(fā)釩基固溶體貯氫合金，目前已經開發(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，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用帶來廣闊的前景。2.3.3光學轉換涂層研究發(fā)現采用在環(huán)境溫度變化時，其光學透過性能會發(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-凝膠技術制備的VO2涂層是很有發(fā)展前途的一種材料，其應用前景廣闊，利用其相變后光學、電學等特殊性質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、可變反射鏡、紅外脈沖激光保護膜、光盤介質材料、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、可調微波開關裝置、紅外光學調制材料、高靈敏度應變傳感器、透明導電材料、抗靜電涂層等方面。

美國OCLI公司在1988年就已經著手研究一種快速阻擋脈沖激光輻射的復合膜系，關鍵在于采用了一種具有光學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、具有高度復現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-凝膠原料溶液內旋轉或浸漬來沉積薄膜，可均勻地涂覆大面積和彎曲的表面，沉積厚度可達到1μm，當航空航天飛機在需要減弱紅外光時，可使用透明又能轉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用領域。

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，曾被應用作為彩色電視熒光粉的紅色組分，現在仍然廣泛地用在高壓汞蒸氣放電熒光燈中，作為調整色度的發(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用前景。發(fā)光材料已廣泛地應用于科技、工業(yè)、農業(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、數字、符號和圖象顯示器等。發(fā)光橡膠、發(fā)光塑料類產品、發(fā)光樹脂樹脂產品、發(fā)光涂料、發(fā)光油墨產品、長余輝蓄能夜光材料等。可以預言，發(fā)光材料必將在21世紀得到廣泛的應用。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，耐化學腐蝕，能與許多其它種類色料混合配色，應用范圍廣泛。能產生蘭、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印刷油墨，可促使反應，形成樹脂黑涂料。添加釩酸銨的性能，可產生快干油墨。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的特效催化劑。雖然目前市場上已有相關產品，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中的用途，也是一個值得注意的產品開發(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、導航等各個領域。光學偏振器的材料。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，目前國內福建、浙江、廣東、北京、吉林、山東、上海、湖南等地都能生產這種產品了。2.3.8提釩殘渣做釩鈦黑瓷生產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、紅外理療設施等。我國汽車、家電、印刷、印染、食品等行業(yè)應用范圍及規(guī)模巨大，有廣泛的應用前景。

2.3.9航空航天用釩鋁合金根據我國科技發(fā)展規(guī)劃，褂國務院已經批準進行大飛機的研制，9年內運輸機產業(yè)化、十年內民用大飛機（150～250座）產業(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)了新的應用市場，攀鋼已經研制出航空航天的釩鋁合金，建議同步將之產業(yè)化滿足國內市場的需要。

2.4新的提釩工藝—石灰提釩法

當控制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。大大解放了焙燒設備的生產效率。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%。產品中的雜質主要是錳和鐵。（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