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世界钒的生产与使用

英国Kent TN16 1AQ,国际钒技术委员会
介绍
钒作为元素周期表钒族元素中的一员,其原子数为23,, 熔点为1887°C,沸点为3337°C。纯钒呈现为闪亮的白色,质地坚硬,为体心立方结构, Å。钒在地壳中为第17位常见的元素,且很少以单质的形式直接使用。然而钒确实是一种很有价值的合金元素,可以添加于钢中、铁中,并以钛-铝-钒合金的形式用于航天领域。钒的化合物也十分有用,可以被广泛地用来生产如催化剂、化妆品、染料、以及电池等。
基于钒的广泛用途,以提取和使用钒为目的的全球产业也随之得以发展。该产业几乎存在于世界的各个大陆上,本文的目的就在于提供一些有关钒的资源、生产以及使用方面的背景信息。
资源
如前所述,钒在地壳中为第17常见的元素,它广泛地分布在世界各个地方。图1所示为一些钒的较重要的蕴藏地。钒主要蕴藏在中国、俄罗斯、南非、澳大利亚西部和新西兰的钛铁磁铁矿中,委内瑞拉、加拿大阿尔伯托、中东和澳大利亚昆仕兰的油类矿藏中,以及美国的钒矿石和黏土矿中。
图1. 钒的主要矿藏
目前,钒在钛铁磁铁矿中的蕴藏量最大,%;其次是在油类矿藏中。到目前为止,还没有对美国的钒矿石和黏土矿、北欧的钛铁磁铁矿以及巴西和智利矿藏中的钒进行大规模的提取。
表一列出了钒在世界上的可开采储量和保有储量。可开采储量指利用现有的技术可以经济地提取的部分。而保有储量则指可以利用未开发的技术在将来进行提取的部分。钒的总蕴藏量为6300万,其中仅有1000多万吨属于可开采储量,而3110吨为可在将来开采的保有储量。表一为主要的可开采储量,它存在于中国、俄罗斯和南非钛铁磁铁矿中。
 
表一可开采储量和保有储量
 
可开采储量
1020万吨%
保有储量
%
澳大利亚


中国


俄罗斯


南非


美国
—

其他


 
值得一提的是,按目前钒的使用速度计算,可开采储量可以维持近300年。
 
钒的提取
在大多数情况下,钒的初级产品是在伴随着其它金属和油类的提取或使用而生产出的副产品。钒的这类产品通常为氧化物形式,V2O3或V2O5。图2对三种重要的钒的提取工艺进行总结。
在钒的提取工艺中,最重要的一条路线是像中国的攀枝花、南非的海威尔德以及俄罗斯的下塔吉尔这些综合钢厂那样,从炼铁和炼钢中生成的中间渣中以V2O5的形式提取钒。在这些钢厂的炼铁工艺中,铁矿石中的钒经过熔炼被溶入铁水中。铁水经过氧化、成渣,形成了含有10%至25%的V2O5的渣,最后再经过提钒铁水被送至炼钢工艺。含10-25% V2O5的钒渣接着经过焙烧/浸出工艺的处理生产出为钒酸盐或氧化钒的最终产品。世界上50%到60%的钒初级产品生产厂均采用这种工艺。
生产钒的初级产品的第二个重要路线是,在焙烧/%的矿石进行直接处理生产出钒酸盐或钒的氧化物。世界上有五六家公司采用这种工艺生产钒的初级产品,它们主要分布在南非和澳大利亚,其产量约占世界初级钒产品生产厂产量的25%