钒的生产情况与应用方向综述

钒的生产情况与应用方向综述一、钒的生产与消费

国外大多数钒生产的产品主要是氧化物（V2O5，V2O3等）、合金添加剂（钒铁、氮化钒、钒铝等），还有少量的钒酸盐（钒酸钠、钒酸铵、硫酸氧钒等）及金属钒等产品。生产钒的主要国家是中国、南非、俄罗斯、美国、澳大利亚等有大量钒资源的国家。1.南非海维尔德钢钒公司瑞士的爱斯塔Xstrata公司在南非的两个钒厂Vantech和Rhovan美国Stratcor（Strategicmineralscorp）的控股公司

VametcoMineralsCorp南非的钒企业产能名称产能（V2O5t/a）产品原料南非海维尔德钢钒公司25000V2O5、钒铁矿石和钒渣瑞士的爱斯塔Xstrata公司

钒技术（Vantech）6000V2O5、钒铁矿石Rhovan公司5900～6350V2O5矿石美国Stratcor的VAMETCO6250V2O3、VN、钒铁矿石或钒渣合计43150-43600

俄罗斯钒产能名称产能（V2O5t/a）产品原料下塔吉尔钢铁公司22-24万吨钒渣钒渣精矿丘索夫冶金厂7500钒渣、V2O5钒渣“钒-图拉冶金”股份公司16000V2O5、钒铁钒渣合计23500

美国钒公司钒化合物生产情况

位置生产能力/年产品

阿肯色州温泉

5455t钒氧化物

(V2O5、V2O4、V2O3、V6O13)、偏钒酸铵、其它钒产品尼加拉瀑布纽约500t三氯化钒

340t四氯化钒545t钒钛氯化物

世界其它钒企业产能名称产能产品原料美国战略矿物发展有限公司下属美国钒公司14000V2O5、钒酸盐等钒粘土矿，废催化剂或燃油灰渣等奥地利特雷巴赫化学工业公司6600V2O3、V2O5、钒铁钒渣澳大利亚稀有金属公司7000V2O5矿石捷克、德国、加拿大、日本等7000V2O5、钒铁等矿渣、废催化剂、燃油灰渣等合计34600

目前，世界钒的生产高度集中在南非海维尔德、瑞士嘉能可（XSTRATA）、俄罗斯图拉-丘索夫、中国攀钢-承钢、及美国战略矿物五大集团，产能占世界80%以上。而海维尔德和美国战略矿物又被俄罗斯耶弗拉兹控股公司(Evraz)控股，实际上是三家的竞争。世界主要钒生产商的产能，V2O5t/a主要生产厂家产能南非海维尔德25000美国战略矿物（STRATEOR）20000俄罗斯图拉-邱索夫（用下塔吉尔钒渣生产）23500(16000+7500)中国攀钢-承钢21000(9000+12000)瑞士嘉能可（XSTRATA）20000其它40000合计149500我国钒生产能力名称产能（V2O5t/a）攀枝花钢铁公司9000唐山钢铁公司-承德新新钒钛12000西昌新钢业有限责任公司3000南京滦浦钒业公司2500沈阳华瑞钒业有限公司5000锦州铁合金5000峨嵋铁合金3000攀枝花杜宇集团金江冶金化工厂5000四川卓越钒钛制品公司4000攀枝花米易兴辰钒钛铁合金有限公司5000攀枝花锦利工贸公司2500承德双丰钒钛集团公司3000其它：大连银鹰、上海九凌、葫芦岛钒厂6000合计65000我国除西藏、宁夏、海南外，几乎个省市都有钒的生产企业。我国石煤提钒还有百家以上的工厂。总产量V2O51.5~2万吨/a，全国总的V2O5生产能力已接近8万吨/a，还有些厂家在扩能或新建，因此我国钒生产能力已居世界第一位。

我国钒渣生产能力已经达到36万吨以上,产量居世界第一位。钒的产量

在2001年世界生产78690吨V2O5，85%钒用于生产高强低合金钢，用它来制工具和模具，10%做Al-Ti合金中的组分，用于航空工业，其余用之于化学工业。2002年世界生产V2O582686吨。2005年我国钒产量以V2O5计达到30000万吨，2006年达到4万吨，已经成为世界第一产钒大国。世界钒的消耗（tV2O5/a)

国家地区2000200120022003200420052006西欧17570180001800018500

东欧2880450045001200

美国16129135001260015000

南美1180250025002300

日本8000910090007500

韩国3950318031802600

俄罗斯5600320036006400

中国57007100880012200138841893020000其它3200750072007200

合计661297048071280743007607078240

80000钒的应用范围应用领域占总量比例/%主要用途使用产品钢铁90

其中：碳素钢25钢筋FeV高强合金钢30建筑、石油管道FeV高合金钢20铸件。石油管配件FeV工具钢15高速工具、耐磨件FeV钛合金5喷气发动机零件、飞行器机体V-Al化学制品5催化剂、颜料等V2O5及化合物二、钒技术发展方向

2.1.三氧化二钒生产技术的推广

目前生产五氧化二钒的技术基本成熟，发展方向主要是从降低生产成本和环保上下功夫。为了降低生产钒铁的成本，对于生产钒铁的厂家应该用生产三氧化二钒来代替五氧化二钒，理论上可降低生产钒铁的还原剂40%，而生产三氧化二钒凡是有煤气的厂家都可以生产，用煤气还原多钒酸铵不仅环境污染小，减少了五氧化二钒的熔化制片工序，同时可大幅度提高钒的回收率。生产方法简单易行，便于推广。三氧化二钒不仅可冶炼钒铁，也是生产氮化钒的首选原料。与生产钒铁比又可以提高钒的回收率和降低生产成本。2.2.提钒生产废水的综合治理由于提钒废水含有高氨氮，尽管国内外研究了不少处理方法，如吹脱法、折点氯化法、催化湿式氧化法、离子交换法等。但目前还没有一种较好的，经济的处理办法，这已成为各钒厂非常重视的老大难问题。以德国GfE公司处理废水的方法为例：GFE的废水回收投资600万马克。废水用二氧化硫还原使Cr6+→Cr3+，再用氢氧化钠中和，沉淀出Cr(OH)3渣，过滤干燥后外售。SO2还原有红外线监测，只使铬还原而不致使五价钒还原，以利与下道工序回收钒。然后蒸发结晶出十水硫酸钠。母液返回浸出利用，做到废水零排放，此套废水处理方法及设备虽然比较先进，但占地面积大，处理的成本高(每生产一吨V2O5扣除回收的价值后，还要多用几百马克)。攀钢目前采用了类似工艺，蒸发浓缩得到十水硫酸钠后将废水循环利用，达到了零排放，但也是运行成本较高。因此对废水处理研究出经济有效的方法是今后研究的重点问题。2.3钒功能材料的开发2.3.1钒氧化还原液流电池

1999年Pinnacel公司与住友公司共同开发了450kW、1MWh的电站调峰钒电池系统，250Kw、520kWh钒电池在日本已经投入商业化运营。2001年日本住友公司建设的钒电池系统见表。

住友电工自2001年建设的钒氧化还原液流电池系统用户配置地点配置用途时间InstituteofAppliedEnergyHorikappu风力发电站AC170kW×6h风力涡轮功率输出2001.3ObayashiCorp.高尔夫球场AC1.5kW×1h平衡负载（光伏系统）2001.4DC30kW×8h调峰2001.4(Italy)CESI研究中心（Malin）AC42kW×2h调峰2001.11SumitomoDenasetsuCo.,Ltd.办公大楼AC100Kw×8h调峰平衡负载2001.2TottonSANYOElectricCo.,Ltd.液晶半导体厂AC3000kW×1.5sUPS平衡负载2001.4AC1500kW×1h调峰2001.4KwanaseiGakuinUniversityKoheSanda校园AC500kW×10h调峰2001.7钒电池在国内研究概况：中国工程物理研究院1995年

率先在国内进行了钒电池的研制，先后研制出500W、1000W的钒电池样机。目前已经具备了组装10Kw级的钒电池系统的能力。攀枝花钢铁公司1999年起，分别与中国工程物理研究院、中南大学等等位合作对钒电池的活性物质的制备等方面获得两项发明专利。此外，国内很多单位也在钒电池的研发方面做了很多工作，比如：北京大学、北京地质大学、东北大学、大连化学物理研究所、哈尔滨工业大学、清华大学等。至今我国的研究仍然处于优化改进阶段，距离产业化及应用还有一定距离。

2.3.2钒基固溶体贮氢合金贮氢合金可在适当的温度压力下可逆地吸收和释放氢，可以储存比本身体积大1000倍以上的氢气，可解决传统用氢气瓶及液态贮氢存在的不安全、能耗高、经济差、贮氢量小等问题。广泛应用在燃料电池、电动车、镍氢电池、贮氢和输送氢等方面。世界上已经应用的贮氢合金主要有稀土系AB5型，贮氢量小于1.3%；钛锆系AB2型，贮氢量小于2.0%。其他类型的贮氢合金由于成本高或吸、放氢条件苛刻难以应用。钒是唯一在常温下吸、放氢的金属，吸氢量理论上可达到3.8%。许多国家对钒基固溶体BBC型贮氢合金研制了很多品种，由于是用金属钒作为合金元素，金属钒价格昂贵，制作成本太高限制了其应用。四川大学开发钒基固溶体贮氢合金，目前已经开发出吸氢量大于3.3%，放氢量大于2.3%，放氢温度小于100℃的较为理想的钒基贮氢合金。正在开发用氧化物制取这种合金的技术，用这种合金来取代金属钒制造贮氢合金，将会大大降低制取成本，成功之后将会给这种贮氢合金的应用带来广阔的前景。2.3.3光学转换涂层研究发现采用在环境温度变化时，其光学透过性能会发生变化。这也是钒资源利用的一个重要方向。在钒的功能材料中，溶胶-凝胶技术制备的VO2涂层是很有发展前途的一种材料，其应用前景广阔，利用其相变后光学、电学等特殊性质可用于太阳能控制材料、红外辐射测温计、热敏电阻、热致开关、可变反射镜、红外脉冲激光保护膜、光盘介质材料、全息存储材料、点致变色显示材料、滤色镜、热致变色显示材料、非线性或线性电阻材料、温度传感器、可调微波开关装置、红外光学调制材料、高灵敏度应变传感器、透明导电材料、抗静电涂层等方面。

美国OCLI公司在1988年就已经着手研究一种快速阻挡脉冲激光辐射的复合膜系，关键在于采用了一种具有光学透过率突变性能的功能陶瓷材料二氧化钒薄膜。美国匹斯堡的威斯汀豪斯公司研究成功一种实用的、具有高度复现性的非真空方法进行的表面涂层VOX，基底是由烷氧基钒制备的溶胶-凝胶原料溶液内旋转或浸渍来沉积薄膜，可均匀地涂覆大面积和弯曲的表面，沉积厚度可达到1μm，当航空航天飞机在需要减弱红外光时，可使用透明又能转换成不透明的氧化钒薄膜，在受热时能阻止红外光和电磁辐射透过。因此，开发钒氧化物涂层是很有前途的应用领域。

2.3.4钒的发光材料钒磷酸钇铕Y(VO4)PO4:EU3+和钒酸钇铕YVO4:Eu3+都是高效的红色发光材料，曾被应用作为彩色电视荧光粉的红色组分，现在仍然广泛地用在高压汞蒸气放电荧光灯中，作为调整色度的发光材料。掺Eu3+离子的钒酸盐LnVO4:Eu3+（Ln=La、Y）通过调变阳离子的成分和含量，可使钒酸盐LnVO4:Eu3+发出不同波长的光。含钒的发光材料将有广阔的应用前景。发光材料已广泛地应用于科技、工业、农业以至人们地日常生活中，例如照明用荧光灯和各种特殊光源，阴极射线管和电视荧光屏，电离辐射探测晶体，X射线荧光屏和增感屏，以及各种电致发光平板、数字、符号和图象显示器等。发光橡胶、发光塑料类产品、发光树脂树脂产品、发光涂料、发光油墨产品、长余辉蓄能夜光材料等。可以预言，发光材料必将在21世纪得到广泛的应用。2.3.5

钒颜料钒酸铋黄颜料：由于传统的黄色颜料铬酸铅、镉黄等含有铬、铅、镉等重金属含有毒性，在环保要求越来越严格情况下，许多国家已经禁止使用，钒酸铋黄色颜料是环保型颜料，成为镉黄、镉黄的替代品。钒酸铋具有优良的颜料性能，用于塑料、橡胶、陶瓷、油漆、印刷油墨等方面，尤其在是黄色汽车漆、汽车修补漆、高级建筑涂料方面应用。钒酸铋示温颜料：将Bi2O3和V2O5、Mg(OH)2、CaO混合按上述类似工艺制得BiVO4—0.1MgO和BiVO4—0.1CaO。它们比单纯的BiVO4好，具有可逆性。25℃黄色或亮黄色；140℃橙红色；350℃橙红色到粉红色，但没有明确的转变温度。BiVO4—0.1MgO和BiVO4—0.1CaO开始熔融温度分别为844和853℃。

钒锆蓝色料：钒锆兰是锆基陶瓷釉用的色料，广泛用于卫生陶瓷、日用陶瓷和搪瓷工业中。显色稳定，高温稳定性好，颜色鲜艳，耐化学腐蚀，能与许多其它种类色料混合配色，应用范围广泛。能产生兰、绿、黄色，作蓝色着色剂。

玻璃和油漆：在玻璃中添加五氧化二钒（0.02%）可消除对眼睛有伤害和造成织物颜色褪色的高能超紫外线。钒也用于调黄绿色玻璃，而添加氧化钒和氧化铯混合物可制得绿玻璃，用于测量UV辐射强度。氧化物和偏钒酸盐用于生产印刷油墨，可促使反应，形成树脂黑涂料。添加钒酸铵的性能，可产生快干油墨。少量五氧化二钒也用于织物印花业，钒有助于氧化苯胺，得到较浓而不褪色的黑色染料。2.3.6纳米钒氧化物催化剂V2O5是化学工业上使用的催化剂，它是硫酸、橡胶合成等重要化工反应的特效催化剂。虽然目前市场上已有相关产品，但从催化较度看，催化剂的比表面越大其催化的效果会越好。因此开发纳米级的钒氧化物催化剂仍有一定的意义。要想使V2O5催化剂达到纳米尺度，需要解决粉体制备、分散性的保持、催化活性和耐久度等一系列问题。另外开发钒氧化物在其它催化反应中的用途，也是一个值得注意的产品开发方向。

2.3.7钒酸钇(YVO4)

钒酸钇晶体是一种双折射晶体，接近玻璃的硬度、不潮解，加工镀膜容易等特点，因此钒酸钇晶体广泛用于激光通讯、激光测距、激光印刷、卫星测量、导航等各个领域。光学偏振器的材料。在光纤通讯中，每一个光源和光纤线路中每隔1km，需要有一个光隔离器，光纤通讯用户的第一分支，都需要一个环行器，而每个光隔离器和环行器，分别需要两片和三片钒酸钇晶体，因此对钒酸钇的需求量很大。钒酸钇的主要产地在中国，大部分在福州，每年向国外提供几十万片，价格是黄金的三倍，目前国内福建、浙江、广东、北京、吉林、山东、上海、湖南等地都能生产这种产品了。2.3.8提钒残渣做钒钛黑瓷生产钒钛黑瓷建筑装饰板、钒钛黑瓷单板太阳能热水器、钒钛黑瓷远红外辐射器、建筑暖气片、红外辐射地板、红外理疗设施等。我国汽车、家电、印刷、印染、食品等行业应用范围及规模巨大，有广泛的应用前景。

2.3.9航空航天用钒铝合金根据我国科技发展规划，褂国务院已经批准进行大飞机的研制，9年内运输机产业化、十年内民用大飞机（150～250座）产业化，而且在2020年我国还需要2000架大飞机。因此为合金开发了新的应用市场，攀钢已经研制出航空航天的钒铝合金，建议同步将之产业化满足国内市场的需要。

2.4新的提钒工艺—石灰提钒法

当控制pH值在2.5～3.0之间焦钒酸钙浸出率最高，因此在配料时控制CaO/V2O5的重量比为0.5-0.6，使之生成焦钒酸钙是最佳选择。工艺特点

（1）采用石灰或石灰石作添加剂，在回转窑氧化焙烧，生成钒酸钙，这样可避免传统的添加苏打焙烧法高温焙烧时炉料易粘结的问题，同时也避免了添加食盐或硫酸钠等钠盐分解释放出的有害气体对环境的污染问题。大大解放了焙烧设备的生产效率。同时提高了钒的氧化率。解放了对钒渣中氧化钙含量的严格限制。工艺特点

（2）钒渣和添加剂(石灰或石灰石)采用湿球磨和湿法磁选，减少粉尘对环境污染，有利于添加剂和钒渣的接触。

（3）将焙烧的熟料粉碎到0.074mm，加水打浆，液固比控制在4~5:1，用稀硫酸(H2SO45%-10%)溶液，调节pH在2.5~3.2，在不断搅拌条件下，浸出温度50~70℃，熟料中的钒90%以上浸入到溶液中，同时有锰和铁进入溶液中。工艺特点（4）沉钒采用传统的水解沉钒方法，产品纯度较苏打法高，五氧化二钒纯度达92%以上，磷含量0.010%~0.015%。产品中的杂质主要是锰和铁。（5）工艺的钒回收率比传统的苏打法高2%左右。

可直接生产含氧化钙高的钒渣(控制钒渣中CaO/V2O5为0.6左右)，称为“钙钒渣”，球磨后不用配添加剂直接焙烧。焙烧温度为900~930℃，氧化焙烧后的钒产物为钒酸钙，焙烧熟料采用稀硫酸连续浸出，水解沉钒。此方法特点是工艺简单，焙烧好控制、转化率高和浸出率高、消除了焙烧时有害气体的污染、及废水氨氮