简述国内钒资源开发利用情况

王晨雪

（新疆有色金属研究所，新疆乌鲁木齐 830026）

钒是一种重要的有色金属，属战略物资，金属钒具有较好的耐腐蚀性能，在空气中不易被氧化，且在气、盐、水中耐腐蚀的性能要比大多数不锈钢好[1]，广泛应用于钢铁、合金、化工、医药等领域。至今没有单独存在的钒矿，主要赋存于磁铁矿、磷酸盐岩、含铀砂岩和粉砂岩矿床中，常与其它金属矿物伴生。当开采加工这些金属矿石时，钒是以副产品或共生产品进行回收处理。世界各国工业上生产钒的原料，是以钒钛磁铁矿在冶炼过程中的副产物钒渣为主。我国作为钒资源大国，磁铁矿、铝土矿、石油、煤、油页岩、石煤和焦油砂等富含有机碳的物质中钒呈现较高的含量，原料差异使提钒的工艺也有所不同。国内外现行的提钒技术，存在高污染、高成本、长流程、低回收率的缺点，应用范围受到限制，本文从提钒原料、提钒工艺、钒制品应用三个方面，对目前国内钒资源的开发利用状况进行简述。

1 提钒原料

1.1 钒钛磁铁矿

钒矿是以钒钛磁铁矿为主要储存形式的资源[2]。这种含钒钢渣主要有两种生产方式：（1）转炉法：生铁水在转炉内吹炼，氧化钒后使其进入炉渣，以达到钒铁分离的目的；（2）雾化法：铁水通入压缩空气雾化成细小液滴，压缩空气中的O2氧化液滴中的钒，该法优点是处理能力较大，存在的问题是渣中的铁含量过高。以上两种方式产生的钒渣物相结构基本一致，均为钒钙氧化物、镁-方铁石、硅钒酸钙、铁、硅酸三钙等。

1.2 石煤钒矿

石煤钒矿属于我国特有的钒矿，在我国资源储量丰富，但矿物物相组成复杂，常以四种价态存在，金属赋存状态和赋存价态变化多样，在矿物中部分取代Si（Ⅳ）和Al（Ⅲ）。钛钒石榴石、铬钒石榴石、砷硫钒铜矿、金属有机络合物和钒叶啉，也属石煤类的矿物。

1.3 废钒催化剂

在石油生产中，重油和轻油的精炼脱硫用钒作催化剂。报废的催化剂成为提钒原料，因其在脱硫的过程中，以V3S4形式沉积在催化剂上，可累积达到30%左右的高含量。日、德、美、俄都曾对这种废催化剂提钒进行过广泛研究。

1.4 其它原料

其它含钒资源在国外还常见有回收残渣资源，如石油和石油相关产品中回收的残渣含有钒。钒铀矿、铝土矿、锅炉灰等也含有钒，这些都可以回收利用成为二次资源。

2 提钒工艺

2.1 酸浸-碱溶法提钒

先用酸使含钒钢中的钒以VO2+、VO2+的形态浸出，再加碱中和，在弱碱性条件下加入氧化剂使钒氧化成五价离子[3]，并使其沉淀制成粗钒，粗钒经碱溶生成五价钒的钠盐，除去杂质硅后，再用铵盐二次沉钒得偏钒酸铵，偏钒酸铵经煅烧后可得到高纯V2O5。该工艺常用于低钒钢渣提钒。

2.2 钠化焙烧法提钒

钠化焙烧法基本原理是在含钒矿物中加入NaCl或NaHCO3作为添加剂[4]，通过高温焙烧-水浸-沉淀-焙烧得到V2O5。此法也可用硫酸浸出焙烧产物。该工艺已用于石煤和低钒钢渣提钒中。

2.3 钙化焙烧法提钒

将钙盐作熔剂添加到含钒固废中造球、焙烧，使钒氧化成不溶于水的钒酸钙盐，再加酸调pH值，除杂后再沉钒，煅烧沉淀得到V2O5。此法较环保、利于综合回收利用，但对焙烧物有选择性，使用范围受限。

2.4 溶剂萃取法提钒

能够萃取钒的萃取剂很多，如N263、N235、TBP、P204 与含钒离子溶液混合接触，发生阴离子或阳离子交换，而由于萃取剂具有的选择性萃取作用，只选择萃取某一种元素离子，实现钒与杂质元素的分离。萃钒有机相经反萃取制成反萃液，再沉淀，煅烧得高纯V2O5。此法适用各种原料，优点是回收率高、萃取剂可回收利用、生产成本低、产品纯度高；缺点是工艺路线较长、萃取条件苛刻和操作不稳定。

2.5 离子交换法提钒

此法在国外研究较早，根据含钒溶液性质选择离子交换剂、调整pH 值，目标元素钒离子则被吸附在离子交换柱上，其它元素离子通过离子交换柱，从而实现钒与其它杂质元素的分离；之后离子交换柱经过洗脱液，使钒转入溶液中，经沉钒工艺制成高纯V2O5。

3 钒制品的应用领域

钒制品主要用于钢铁、合金、化工、医药等领域[4-6]。

3.1 在钢铁中的应用

钒与钢有密切的关系，钢中添加钒能使钢具有特殊的属性和性能，在我国90%左右的钒都用于钢铁工业。钒钢在强度、韧性、耐蚀性及耐磨性等方面性能优异，应用于工程建设中，如结构钢、桥梁钢、油井气井钻探用钢、汽车工业的锻造钢；制造成强度很高的钒钢紧固件，可经受由氢引起的延时失效；而钒用于制造工具钢时，发展了的粉末冶金工艺，使钒化合物出现的偏析现象降至最小；钒用于制造离心铸滚，可以延长其使用寿命。

3.2 在合金中的应用

钒在非钢铁方面的重要应用是制造航空航天工业用的钛基合金。钒和钛组成的金属合金可用于火箭飞机发动机、导弹、军舰的水翼、蒸汽涡轮机叶片、宇宙飞船舱骨架和引进器等。钒合金还应用于制造磁性材料、硬质合金、超导材料及核聚变反应堆。我国铝钒合金的产量不足，还需从国外进口，市场潜力巨大。钒还可代替Fe-Ni-Cr合金中的钼来提高含氯高硫煤用气化设备的高温抗蚀性。

3.3 在化工中的应用

钒在化工方面主要应用于催化剂如制造硫化橡胶和生产硫酸，以及抑制电厂废气中的氧化亚氮。化工类主要的钒制品有深加工V2O5（98～99.99%）产品，NH4VO3（偏钒酸铵）、NaVO3及KVO3等，也用于着色剂、显影剂、干燥剂等。

3.4 在电池中的应用

锂离子电池正极材料主要有锂、镍、钴、锰组成，钴镍价格高，钒的价格低，若制成锂钒氧化物，取代钴镍成本低、效率高、安全性高，可能成为再生能源储能备用电源等领域的首选技术[7]。钒二次电池（即全钒液流电池）作为新型清洁能源已实用化，前景十分广阔。钒二次电池使用硫酸氧钒作电解质，使用碳作正、负极，电解液中的钒离子在电极之间充放电，由于钒电池将电子贮存在容器内的电解液中，蓄电量可由容器的大小决定。

3.5 在医药中的应用

钒能提高人体内心肌高能磷酸化合物的含量，改善心肌功能，有明显降血压效果。钒还对糖尿病并发症有治疗作用，可作为抗糖尿病用药。钒也能减轻肾肿大症状，使尿蛋白明显减少，肾功能得到改善。对白内障的恢复也有一定作用。

3.6 其他应用

钒可制造钒-锆蓝颜料和钒酸铋黄颜料。二氧化钒薄膜和超细粉体可制造电学和光学开关装置、光学转换涂层、光盘介质材料、太阳能控制材料、涂层、热敏电阻材料等。

4 结论和展望

预计未来我国将成为世界上最具潜力的钒产品市场，我国钒资源丰富多样，未来钒产业将有广阔发展前景。但仍有些问题不可忽视，目前我国对钒矿资源开发利用水平较低，技术创新能力不强，工艺设备落后，浪费较多，为此应提高技术研发能力，加强国家战略储备资源保护。此外对二次资源来说，很多工业的生产过程中，都会产生大量的含钒固体废弃物，应积极地加以回收利用，变废为宝，从而创造可观的经济效益和社会效益，使我国钒矿产业步入健康可持续发展的轨道。