钒的应用与发展前景

钒是一种稀有金属，钒是从英语的Vanadium音译过来的。钒的化学符号是V，它的原子序数是23。钒的化学性质十分稳定，在常温下不会被氧化。钒对食盐溶液及海水具有高度的耐蚀性。碱溶液及硫酸对它不起作用，氢氟酸、热的浓硫酸和硝酸以及王水能溶解钒。熔融的碱、碳酸钾、硝酸钾可溶解钒并形成钒酸盐。钒与硅和碳形成的硅化物和碳化物具有高的硬度及化学稳定性。 钒在933K（660℃）以上的温度中被氧化成五氧化二钒V2O5。钒的结构强度相当高，但极易燃、钒的化合物毒性很高、含钒的尘埃被吸入后会致肺癌。在氧化物中钒一般显+5价，但也有+2、+3和+4价的氧化物存在，不过它们比较容易过渡为+5价的氧化物。2价和3价的钒氧化物是碱性的，4价的氧化物是双性的，5价的氧化物是酸性的。 在自然界，钒的矿物一般与其它金属矿物共生在一起。钒一般以化合物形式存在，自然界中约有65种钒的化合物。在自然界中，矾土、石油、煤和油页岩中都含有不少钒。光谱分析发现，在太阳和一些恒星的表面也有钒。 钝金属钒是用钙在钢制容器内还原五氧化二矾的方法制得的。得到的金属钒微粒洗涤后于真空炉中熔成块，如此获得的金属含99．99％的钒。不过，大多数钒来自于其它矿物加工时的副产品。 主要应用 在我国，钒90％左右用于钢铁工业，钒在钢中的应用主要是通过添加钒来提高强度和韧性。在结构钢中加入0．1％的钒，可提高强度10％—20％，减轻结构重量15％—25％，降低成本8％—10％。由于钒钢具有强度大，韧性、耐磨性及耐蚀性好的特点而广泛应用于输油（气）管道、建筑、桥梁、钢轨和压力容器等工程建设中。2000年我国钒钢应用量已经达到120万t／a，含钒钢应用量年均增长10％。 钒和钛组成重要的金属合金Ti—6Al—4V，用于飞机发动机、宇航船舱骨架、导弹、军舰的水翼和引进器、蒸汽涡轮机叶片、火箭发动机壳等。此外，钒合金还应用于磁性材料、硬质合金、超导材料（如v，Ca)及核反应堆材料等领域。国内生产钒铝中间合金的企业有宝鸡有色金属加工厂和锦州铁合金厂，国内的钒铝合金产量不能完全满足国内需要，每年尚需从国外进口一部分，钒铝中间合金的市场发展潜力相当大。 在化工中主要应用的钒制品有深加工产品V205，(98％—99．99％)，NH4V03（偏钒酸铵）、NaV03及KV03等。它们分别应用于催化剂、陶瓷着色剂、显影剂、干燥剂及生产高纯氧化钒或钒铁的原料。V205作催化剂具有特殊的活性，其它元素难以代替。国内的粉状V205现主由石煤提取。由于国内相关企业规模小、产量低、且难生产高档产品。因此这部分高档产品现主要靠进口解决。 锂钒氧化物以其高容量，低成本（钒的价格较钴、锰低），无污染等优点已成为最具有发展前途的锂离子蓄电池正极材料及新型清洁能源——钒二次电池（即全钒离子电池）已经实用化，作为目前最有前途的新能量贮蓄系统之一，与其它二次蓄电池相比，它具有如下优点：(1)额定功率和额定能量是独立的，功率大小取决于电池堆，能量大小取决于电解液，因此可随意增加电解液量，来增加电池容量；(2)在充放电期间，钒电池也只是液相反应，不象普通电池那样有复杂的可引起电池电流中断或短路的固相变化；(3)电池的保存期限和储存寿命长，其工作寿命也可达到5—10a，明显优于其它类型的蓄电池；(4)可100％放电而不会损坏电池；(5)结构简单，材料便宜，更新维修费用低；(6)通过更换电解液，可实现“瞬间再充电”。2002年，国内钒钢龙头企业攀枝花钢铁公司以深化资源利用为目的，与中南大学合作介入了钒电池的研发。攀钢生产的VOS04和V203粉末可直接用于钒电池四价钒离子溶液的配制。 钒除有抗糖尿病作用外，同时它还对糖尿病并发症有一定的治疗作用。钒能改善心肌功能，并且对所致高血压有明显的治疗作用。同时钒可使肾肿大明显改善，尿蛋白明显减少，肾功能得到改善。此外对白内障的恢复也起到有益的作用。长春医药集团新药研究开发有限公司研制出的新药联麦氧钒胶囊，既可以降低血糖又可以预防胰岛素血症所造成的心脑血管合并症，比现在临床常用的降糖药及胰岛素更为先进，目前该种药物已经产业化，具有取代目前降糖药物的趋势。我国现有糖尿病患者3 000万人，因此，钒药物具有广阔的市场前景。 钒的盐类的颜色五光十色，有绿、红、黑、黄等。如二价钒盐常呈紫色；三价钒盐呈绿色，四价钒盐呈浅蓝色，四价钒的碱性衍生物常是棕色或黑色，而五氧化二钒则是红色的。这些色彩缤纷的钒的化合物，被制成鲜艳的颜料：如加到玻璃中，可制成彩色玻璃，也可以用于制造各种墨水。 此外，二氧化钒薄膜和超细粉体由于其自身独特的相变特性，可广泛应用于电学和光学开关装置、太阳能控制材料、光盘介质材料、涂层、热敏电阻等领域；北京烁光特晶科技有限公司研制出长距离光纤通讯用的钒酸钇晶体材料，具有双折射率大、透过率高、透光性好，是性能极佳的双折射晶体。 发展前景 预计未来中国将成世界最具潜力的钒产品市场，即使仅满足钢铁生产消耗钒产品一项，钒产品每年就须增产30％以上。不过，随着国内对钒产品需求量的不断扩大，国内钒产品产量的增速却难以满足需求的增速。2005年，我国就已从钒产品的出口国转变为净进口国。据有关预测，估计至2009年，我国钒产品的供求缺口将达26300吨。 我国的钒资源非常丰富，尤其是我国的独特钒矿——石煤的储量相当大，但因其品位低，开发利用难度大。近几十年来我国的石煤提钒技术已有很大的进步，在世界上也处于领先地位，但依然存在提取率低、产业化程度不高、环境污染严重等问题。所以，开发高效环保的石煤提钒新技术、新工艺具有很广的研究前景。