釩的開(kāi)發(fā)利用

釩的開(kāi)發(fā)利用

藍(lán)色信號(hào)是世界上具有戰(zhàn)略意義的稀缺金屬，藍(lán)色信號(hào)產(chǎn)品在航空航天等高科技領(lǐng)域得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。全球用于鋼鐵工業(yè)的釩制品占世界總應(yīng)用的85%以上。攀枝花釩資源相當(dāng)豐富,占中國(guó)釩資源的50%以上,占世界釩資源的19%左右。加釩重軌國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率為40%,所有釩制品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率超過(guò)80%。攀西地區(qū)還有豐富的冶金燃料和輔助材料資源,因而在中國(guó)大力開(kāi)發(fā)提釩技術(shù)、深加工產(chǎn)品和新應(yīng)用是有獨(dú)特的基礎(chǔ)和廣泛前景的。1總儲(chǔ)備與開(kāi)采目前世界釩制品的主要來(lái)源是擁有含鈦磁鐵礦的澳大利亞、中國(guó)、俄羅斯及南非(主要依靠從委內(nèi)瑞拉石油殘余物中回收釩)。根據(jù)專家對(duì)釩儲(chǔ)備估計(jì),若能節(jié)約地開(kāi)采,加上可能被利用的潛在儲(chǔ)備,世界大約有4130萬(wàn)噸。把總儲(chǔ)備與當(dāng)前33250噸的消耗水平相比,總儲(chǔ)備足夠未來(lái)使用幾個(gè)世紀(jì)。巴西、智利和馬來(lái)西亞擁有含少量釩的磁鐵礦。北美和澳大利亞昆士蘭州有含釩的油頁(yè)巖和瀝青砂。在加拿大艾伯塔,可從瀝青砂中提煉釩。美國(guó)阿肯色州的鋁粘土和科羅拉多州的鈾礦石可能再次成為釩的來(lái)源。在委內(nèi)瑞拉奧里諾科河(OrinocoRiver)沿岸貯藏的原油中含有釩,這就可能從燃燒這種燃料的電力廠的鍋爐灰和揚(yáng)塵物中提取釩。歐洲地區(qū)除俄羅斯外,很缺乏釩資源。中國(guó)在攀枝花地區(qū)已探明儲(chǔ)量中釩鈦磁鐵礦儲(chǔ)量占近100億噸。釩鈦磁鐵礦伴生有釩、鈦、鉻、鈷、鎳、鎵、鈧等多種有色和稀有金屬,V2O5儲(chǔ)量為1578萬(wàn)噸,約占中國(guó)釩儲(chǔ)量的62%,世界儲(chǔ)量的11%。2pvo5的國(guó)家世界各主要產(chǎn)釩國(guó)都在生產(chǎn)各種含釩制品和釩鋼。生產(chǎn)釩渣的國(guó)家主要是南非、俄羅斯、中國(guó)和智利。中國(guó)釩渣的總生產(chǎn)能力僅次于俄羅斯,占世界第二位。生產(chǎn)V2O5的國(guó)家主要有南非、俄羅斯、美國(guó)、中國(guó)和日本等。目前中國(guó)V2O5生產(chǎn)能力已達(dá)每年1.7萬(wàn)噸,居世界第4位。中國(guó)是世界三大產(chǎn)釩國(guó)之一,而攀鋼又是全球三大釩產(chǎn)品生產(chǎn)商之一。攀鋼年產(chǎn)釩鈦磁鐵礦1200萬(wàn)噸。攀枝花新鋼釩股份有限公司以釩為代表的系列有釩渣、V2O5、V2O3、高釩鐵、氮化釩等。公司含釩鋼種類很多,以重軌為代表的型材系列及以熱軋板卷為代表的系列鋼等200多個(gè)品種。1998年至2000年公司釩制品產(chǎn)量及其增長(zhǎng)率列于表1。3高強(qiáng)度低合金鋼釩在鋼鐵工業(yè)中主要用作添加劑,全球85%左右的釩用于鋼鐵工業(yè),其中碳素鋼占20%,高強(qiáng)度低合金鋼(HSLA)占25%,合金鋼占20%,工具鋼占15%。由于其強(qiáng)度大而廣泛應(yīng)用于輸油(氣)管道、建筑、橋梁、鋼軌和壓力容器等工程建設(shè)中。美國(guó)采用粉末冶金冷加工方法開(kāi)發(fā)出耐腐蝕高釩工具鋼,其性能特別優(yōu)異,適用于作各種應(yīng)用的工具。3.1釩在橋梁上的作用到2000年我國(guó)釩鋼應(yīng)用量已經(jīng)達(dá)到120萬(wàn)噸/年,即含釩鋼應(yīng)用年增長(zhǎng)10%。釩在鋼中應(yīng)用主要是通過(guò)添加釩來(lái)提高強(qiáng)度和韌性。釩對(duì)鋼材的微結(jié)構(gòu)和性能有許多不同的作用。例如在高碳鋼里,釩形成堅(jiān)硬的碳化物,達(dá)到模具和機(jī)床所要求的耐磨能力。在高溫下,碳化物不會(huì)變軟。因而燃?xì)鉁u輪引擎的軸承也使用這種鋼材;在低碳鋼里,釩在加工的高溫下形成精細(xì)的沉淀物,從而提高了在低溫下的強(qiáng)度和韌性。故含釩鋼可用于橋梁,建筑和管道;釩在焊接鋼里,可以穩(wěn)定快速冷卻形成的堅(jiān)韌的鐵素體相,提高焊件在低溫下的韌性;釩在高溫作業(yè)的鋼材里,產(chǎn)生的精細(xì)一碳化釩沉淀物在溫度超過(guò)500℃仍非常穩(wěn)定。3.2鋰離子電池再充放電釩在電池中是以釩的氧化物形式作正極,如把V2O5和V6O13用作鋰電池正極。日本鹿島發(fā)電、三菱化學(xué)、三菱重工、三菱電機(jī)和三菱貿(mào)易五家公司在開(kāi)發(fā)釩二次電池(即全釩離子電池),該種電池已經(jīng)實(shí)用化。它用V2O5+H2SO4作液體電解質(zhì),用碳作正極和負(fù)極,電解液中的釩離子和電極通過(guò)授受電子進(jìn)行充放電。電池蓄電量大小取決于電解液貯存容器的大小。初期開(kāi)發(fā)的電池輸出功率僅10kW,1996年下半年開(kāi)發(fā)出200kW的電池。1997年以后開(kāi)發(fā)出3000至數(shù)萬(wàn)千瓦的大容量電池。電池優(yōu)點(diǎn)是可在常溫下安全使用,電解液和電池使用壽命均長(zhǎng)。制造成本低,為80萬(wàn)日元/kW以下,低于鈉離子電池的150萬(wàn)日元/kW。日本電池用V2O5的消費(fèi)量為約5000t·a-1,約占世界V2O5總消費(fèi)量的10%。美國(guó)也在開(kāi)發(fā)釩電池,例如美國(guó)研制出一種混合型非晶氧化釩,用作再充鋰電池的電極。該種釩氧化物的表示式為:LixMyVzO(x+5z+ny)/2,式中M為一種金屬,0<x<3,0<y<3,1<z<4,n=2或3。認(rèn)為該種材料作電極,其性能是很好的。美國(guó)使用V2O5材料制做鋰離子電池,先生產(chǎn)β-LixV2O5組成的正極,其具體做法是將V2O5與鋰鹽反應(yīng),使所有V2O5轉(zhuǎn)變成LixV2O5,通過(guò)此種電化學(xué)反應(yīng)制成含鋰和和V2O5的正電極。此種電極性能優(yōu)良。3.3釩制成為低能源發(fā)電產(chǎn)品的主要試劑在化工中主要應(yīng)用的釩制品有深加工產(chǎn)品V2O5(98%~99.99%),NH4VO3(偏釩酸銨)、NaVO3及KVO3等。它們分別應(yīng)用于催化劑、陶瓷著色劑、顯影劑、干燥劑及生產(chǎn)高純氧化釩或釩鐵的原料。美國(guó)開(kāi)發(fā)出一種新型釩催化劑,用于制硫酸、提煉石油和化工生產(chǎn)中。在防腐劑方面,美國(guó)研制出一種新型釩腐蝕抑制劑,使用的材料是V2O5。該種抑制劑主要用于抑制腐蝕的燃料混合物。在上述材料應(yīng)用方面,中國(guó)國(guó)內(nèi)年需求量300~500t,大部分靠進(jìn)口。此外,中國(guó)各公司計(jì)劃增加設(shè)備使NH4VO3和NaVO3年產(chǎn)量分別達(dá)到150和100t。在美國(guó),年消費(fèi)V2O5催化劑約450~680t,其中35%用于生產(chǎn)硫酸,35%用于石油精煉。V2O5在作催化劑方面,其具體過(guò)程是在制造硫酸時(shí)利用它把二氧化硫氧化成三氧化硫,可制成硫酸,硫酸是整個(gè)世界生產(chǎn)化肥的基本物質(zhì)。V2O5還用作石油化工生產(chǎn)用的催化劑。它作催化劑具有特殊的活性,其它元素難以代替。隨著化學(xué)工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,釩作催化劑的重要性將更加顯現(xiàn)出來(lái),應(yīng)用價(jià)值也將在更多行業(yè)中得到體現(xiàn)。中國(guó)化工級(jí)V2O5的化學(xué)成分列于表2。3.4ti-抗純釩材料釩在合金中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在鈦基合金上,譬如生產(chǎn)Ti-6Al-4V,Ti-6Al-6V-2Sn和Ti-8Al-1V-Mo等合金。Ti-6Al-4V合金是用于制造飛機(jī)和火箭的優(yōu)良高溫結(jié)構(gòu)材料,在美國(guó)很受重視,該種合金產(chǎn)量占所有鈦基釩合金產(chǎn)量的50%以上。美國(guó)每年用于鈦基釩合金的金屬釩達(dá)454t。另外,釩可用于磁性材料,硬質(zhì)合金,超導(dǎo)材料(如V3Ga)及核反應(yīng)堆材料等領(lǐng)域。在合金應(yīng)用領(lǐng)域,美國(guó)的開(kāi)發(fā)計(jì)劃是要在21世紀(jì)使加釩的航空航天級(jí)中間合金產(chǎn)品達(dá)到2000噸/年。3.5釩制水銀燈的用特性長(zhǎng)春醫(yī)藥集團(tuán)新藥研究開(kāi)發(fā)有限公司研制出新藥聯(lián)麥氧釩膠囊,它可治療糖尿病,該種釩化合物可以恢復(fù)機(jī)體對(duì)胰島素的敏感性,糾正胰島素低抗,既可以降低血糖又可以預(yù)防胰島素血癥所造成的心腦血管合并癥,比現(xiàn)在臨床常用降糖藥及胰島素先進(jìn),目前該種藥物已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化,具有取代目前降糖藥物的趨勢(shì)。我國(guó)現(xiàn)有糖尿病患者3000萬(wàn)人。如按每位患者每年的藥費(fèi)200~300元計(jì)算,全國(guó)此類病人全年藥費(fèi)支出60~90億元。據(jù)預(yù)測(cè),聯(lián)麥氧釩的市場(chǎng)每年約有幾十億元的總值。因此,該種加釩藥物具有廣闊的市場(chǎng)前景。釩可清除天然氣中有毒的硫化氫和礦物燃料發(fā)電廠廢水中有毒的氧化氮;釩可改善水銀燈燈光顏色,在水銀燈表面上涂一層氧化釩和氧化釔,可以改變光的顏色;V2O5可用來(lái)保護(hù)眼睛,避免太陽(yáng)紫外線傷害,如作望遠(yuǎn)鏡等儀器鏡片;加V2O5的玻璃用在居民樓玻璃上,居民也收到同樣保護(hù);在玻璃瓶材料中加進(jìn)V2O5,可吸收紫外線,避免藥品過(guò)早氧化或失效;釩鹽若用于裝飾陶瓷制品,可顯示出絢麗的橙色和蘭色色彩;把氧化釩與有機(jī)化合物反應(yīng),生產(chǎn)出一種新染料,把染料用于紡織品和皮革上,在強(qiáng)光下不會(huì)退色;釩可改善電視和計(jì)算機(jī)屏幕的顏色質(zhì)量,如把釩磷涂在屏幕涂料上,改善了紅光;釩可應(yīng)用于交通及工廠照明的燈上,如把釔釩熒光粉用于汞燈上;VO2的新應(yīng)用是在軍工領(lǐng)域作薄膜功能材料和在電子工業(yè)中作薄膜材料。例如美國(guó)2002年研制出一種VO2微粒(Vanadiumdioxidemicroparticles),其表示式為V1-xMxO2,式中0.1>x>0.05,M為摻和金屬,該種微粒主要用于金屬材料表面涂層。美國(guó)在2000年使用VO2研制出二氧化釩微型熱敏電阻傳感器。中國(guó)北京研制出長(zhǎng)距離光纖通訊急需的釩酸釔晶體材料,2001年7月由爍光特晶科技有限公司正式投產(chǎn)。純釩酸釔晶體是性能極佳的雙折射晶體,具有雙折射率大、透過(guò)率高、透光波段范圍寬、抗潮解和易加工等特點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于光纖傳輸?shù)臒o(wú)源器件中。幫助解決光纖長(zhǎng)距離傳輸?shù)男盘?hào)放大問(wèn)題,提升信號(hào)強(qiáng)度,補(bǔ)償傳輸損耗。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,我國(guó)需要大量釩酸釔晶體。實(shí)現(xiàn)釩酸釔晶體產(chǎn)業(yè)化,將大大促進(jìn)我國(guó)人工晶體材料的發(fā)展,在不久的將來(lái)我國(guó)將使其在研制和應(yīng)用方面都繼續(xù)保持國(guó)際領(lǐng)先水平。4釩鐵價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)格局世界釩的消費(fèi)國(guó)主要是美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)和日本。釩的消費(fèi)在80年代末達(dá)到高潮。從90年代初起,國(guó)際上釩價(jià)直線下降,釩市場(chǎng)處于疲軟狀態(tài)。最大需求國(guó)美國(guó)的年需求量在4000t上下波動(dòng)。現(xiàn)在從世界市場(chǎng)看,釩價(jià)依然沒(méi)有上揚(yáng)。1998年初V2O5為6.8美元/磅,而年底時(shí)已猛減至2.7美元/磅。在1998年以前,V2O3的價(jià)格最高曾達(dá)到過(guò)30多美元/kg。1999年,釩價(jià)又開(kāi)始大幅下滑,最低曾一度跌至6.5美元/kg。這一價(jià)格一直保持到2001年初。在國(guó)內(nèi),釩鐵合金市場(chǎng)自1999年到2001年初同樣呈下跌趨勢(shì)。2001年年底全國(guó)釩鐵市場(chǎng)價(jià)格有所上揚(yáng),FeV(50%)合金的市場(chǎng)零售價(jià)目前已上漲至5~6萬(wàn)元/t。釩鐵價(jià)格于2001年11月曾達(dá)到了頂峰的256~260元/kg。遼寧等地有的廠家把價(jià)格從前一周的3.7萬(wàn)元/t急速提升到下周的4.25萬(wàn)元/t以上,漲幅超過(guò)10%;國(guó)內(nèi)NH4VO3釩鹽市場(chǎng)價(jià)為8~15萬(wàn)元/t,NaVO3市場(chǎng)價(jià)為6~8萬(wàn)元/t。在2001年全年里,只有攀鋼在國(guó)際釩制品價(jià)格大幅下滑的不利形勢(shì)下,保持了良好的出口勢(shì)頭。全年出口釩制品4500多t。國(guó)際市場(chǎng)分析專家認(rèn)為,釩制品市價(jià)大幅波動(dòng)乃兩個(gè)原因所致:其一,俄羅斯V2O5出口減少和南非增產(chǎn)不多導(dǎo)致煉鋼原料釩鐵市場(chǎng)供應(yīng)短缺;其二,1999~2001年下半年釩價(jià)的疲軟態(tài)勢(shì)依然是