簡述國內(nèi)釩資源開發(fā)利用情況

王晨雪

（新疆有色金屬研究所，新疆烏魯木齊 830026）

釩是一種重要的有色金屬，屬戰(zhàn)略物資，金屬釩具有較好的耐腐蝕性能，在空氣中不易被氧化，且在氣、鹽、水中耐腐蝕的性能要比大多數(shù)不銹鋼好[1]，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、合金、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域。至今沒有單獨(dú)存在的釩礦，主要賦存于磁鐵礦、磷酸鹽巖、含鈾砂巖和粉砂巖礦床中，常與其它金屬礦物伴生。當(dāng)開采加工這些金屬礦石時，釩是以副產(chǎn)品或共生產(chǎn)品進(jìn)行回收處理。世界各國工業(yè)上生產(chǎn)釩的原料，是以釩鈦磁鐵礦在冶煉過程中的副產(chǎn)物釩渣為主。我國作為釩資源大國，磁鐵礦、鋁土礦、石油、煤、油頁巖、石煤和焦油砂等富含有機(jī)碳的物質(zhì)中釩呈現(xiàn)較高的含量，原料差異使提釩的工藝也有所不同。國內(nèi)外現(xiàn)行的提釩技術(shù)，存在高污染、高成本、長流程、低回收率的缺點(diǎn)，應(yīng)用范圍受到限制，本文從提釩原料、提釩工藝、釩制品應(yīng)用三個方面，對目前國內(nèi)釩資源的開發(fā)利用狀況進(jìn)行簡述。

1 提釩原料

1.1 釩鈦磁鐵礦

釩礦是以釩鈦磁鐵礦為主要儲存形式的資源[2]。這種含釩鋼渣主要有兩種生產(chǎn)方式：（1）轉(zhuǎn)爐法：生鐵水在轉(zhuǎn)爐內(nèi)吹煉，氧化釩后使其進(jìn)入爐渣，以達(dá)到釩鐵分離的目的；（2）霧化法：鐵水通入壓縮空氣霧化成細(xì)小液滴，壓縮空氣中的O2氧化液滴中的釩，該法優(yōu)點(diǎn)是處理能力較大，存在的問題是渣中的鐵含量過高。以上兩種方式產(chǎn)生的釩渣物相結(jié)構(gòu)基本一致，均為釩鈣氧化物、鎂-方鐵石、硅釩酸鈣、鐵、硅酸三鈣等。

1.2 石煤釩礦

石煤釩礦屬于我國特有的釩礦，在我國資源儲量豐富，但礦物物相組成復(fù)雜，常以四種價(jià)態(tài)存在，金屬賦存狀態(tài)和賦存價(jià)態(tài)變化多樣，在礦物中部分取代Si（Ⅳ）和Al（Ⅲ）。鈦釩石榴石、鉻釩石榴石、砷硫釩銅礦、金屬有機(jī)絡(luò)合物和釩葉啉，也屬石煤類的礦物。

1.3 廢釩催化劑

在石油生產(chǎn)中，重油和輕油的精煉脫硫用釩作催化劑。報(bào)廢的催化劑成為提釩原料，因其在脫硫的過程中，以V3S4形式沉積在催化劑上，可累積達(dá)到30%左右的高含量。日、德、美、俄都曾對這種廢催化劑提釩進(jìn)行過廣泛研究。

1.4 其它原料

其它含釩資源在國外還常見有回收殘?jiān)Y源，如石油和石油相關(guān)產(chǎn)品中回收的殘?jiān)锈C。釩鈾礦、鋁土礦、鍋爐灰等也含有釩，這些都可以回收利用成為二次資源。

2 提釩工藝

2.1 酸浸-堿溶法提釩

先用酸使含釩鋼中的釩以VO2+、VO2+的形態(tài)浸出，再加堿中和，在弱堿性條件下加入氧化劑使釩氧化成五價(jià)離子[3]，并使其沉淀制成粗釩，粗釩經(jīng)堿溶生成五價(jià)釩的鈉鹽，除去雜質(zhì)硅后，再用銨鹽二次沉釩得偏釩酸銨，偏釩酸銨經(jīng)煅燒后可得到高純V2O5。該工藝常用于低釩鋼渣提釩。

2.2 鈉化焙燒法提釩

鈉化焙燒法基本原理是在含釩礦物中加入NaCl或NaHCO3作為添加劑[4]，通過高溫焙燒-水浸-沉淀-焙燒得到V2O5。此法也可用硫酸浸出焙燒產(chǎn)物。該工藝已用于石煤和低釩鋼渣提釩中。

2.3 鈣化焙燒法提釩

將鈣鹽作熔劑添加到含釩固廢中造球、焙燒，使釩氧化成不溶于水的釩酸鈣鹽，再加酸調(diào)pH值，除雜后再沉釩，煅燒沉淀得到V2O5。此法較環(huán)保、利于綜合回收利用，但對焙燒物有選擇性，使用范圍受限。

2.4 溶劑萃取法提釩

能夠萃取釩的萃取劑很多，如N263、N235、TBP、P204 與含釩離子溶液混合接觸，發(fā)生陰離子或陽離子交換，而由于萃取劑具有的選擇性萃取作用，只選擇萃取某一種元素離子，實(shí)現(xiàn)釩與雜質(zhì)元素的分離。萃釩有機(jī)相經(jīng)反萃取制成反萃液，再沉淀，煅燒得高純V2O5。此法適用各種原料，優(yōu)點(diǎn)是回收率高、萃取劑可回收利用、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品純度高；缺點(diǎn)是工藝路線較長、萃取條件苛刻和操作不穩(wěn)定。

2.5 離子交換法提釩

此法在國外研究較早，根據(jù)含釩溶液性質(zhì)選擇離子交換劑、調(diào)整pH 值，目標(biāo)元素釩離子則被吸附在離子交換柱上，其它元素離子通過離子交換柱，從而實(shí)現(xiàn)釩與其它雜質(zhì)元素的分離；之后離子交換柱經(jīng)過洗脫液，使釩轉(zhuǎn)入溶液中，經(jīng)沉釩工藝制成高純V2O5。

3 釩制品的應(yīng)用領(lǐng)域

釩制品主要用于鋼鐵、合金、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域[4-6]。

3.1 在鋼鐵中的應(yīng)用

釩與鋼有密切的關(guān)系，鋼中添加釩能使鋼具有特殊的屬性和性能，在我國90%左右的釩都用于鋼鐵工業(yè)。釩鋼在強(qiáng)度、韌性、耐蝕性及耐磨性等方面性能優(yōu)異，應(yīng)用于工程建設(shè)中，如結(jié)構(gòu)鋼、橋梁鋼、油井氣井鉆探用鋼、汽車工業(yè)的鍛造鋼；制造成強(qiáng)度很高的釩鋼緊固件，可經(jīng)受由氫引起的延時失效；而釩用于制造工具鋼時，發(fā)展了的粉末冶金工藝，使釩化合物出現(xiàn)的偏析現(xiàn)象降至最??；釩用于制造離心鑄滾，可以延長其使用壽命。

3.2 在合金中的應(yīng)用

釩在非鋼鐵方面的重要應(yīng)用是制造航空航天工業(yè)用的鈦基合金。釩和鈦組成的金屬合金可用于火箭飛機(jī)發(fā)動機(jī)、導(dǎo)彈、軍艦的水翼、蒸汽渦輪機(jī)葉片、宇宙飛船艙骨架和引進(jìn)器等。釩合金還應(yīng)用于制造磁性材料、硬質(zhì)合金、超導(dǎo)材料及核聚變反應(yīng)堆。我國鋁釩合金的產(chǎn)量不足，還需從國外進(jìn)口，市場潛力巨大。釩還可代替Fe-Ni-Cr合金中的鉬來提高含氯高硫煤用氣化設(shè)備的高溫抗蝕性。

3.3 在化工中的應(yīng)用

釩在化工方面主要應(yīng)用于催化劑如制造硫化橡膠和生產(chǎn)硫酸，以及抑制電廠廢氣中的氧化亞氮。化工類主要的釩制品有深加工V2O5（98～99.99%）產(chǎn)品，NH4VO3（偏釩酸銨）、NaVO3及KVO3等，也用于著色劑、顯影劑、干燥劑等。

3.4 在電池中的應(yīng)用

鋰離子電池正極材料主要有鋰、鎳、鈷、錳組成，鈷鎳價(jià)格高，釩的價(jià)格低，若制成鋰釩氧化物，取代鈷鎳成本低、效率高、安全性高，可能成為再生能源儲能備用電源等領(lǐng)域的首選技術(shù)[7]。釩二次電池（即全釩液流電池）作為新型清潔能源已實(shí)用化，前景十分廣闊。釩二次電池使用硫酸氧釩作電解質(zhì)，使用碳作正、負(fù)極，電解液中的釩離子在電極之間充放電，由于釩電池將電子貯存在容器內(nèi)的電解液中，蓄電量可由容器的大小決定。

3.5 在醫(yī)藥中的應(yīng)用

釩能提高人體內(nèi)心肌高能磷酸化合物的含量，改善心肌功能，有明顯降血壓效果。釩還對糖尿病并發(fā)癥有治療作用，可作為抗糖尿病用藥。釩也能減輕腎腫大癥狀，使尿蛋白明顯減少，腎功能得到改善。對白內(nèi)障的恢復(fù)也有一定作用。

3.6 其他應(yīng)用

釩可制造釩-鋯藍(lán)顏料和釩酸鉍黃顏料。二氧化釩薄膜和超細(xì)粉體可制造電學(xué)和光學(xué)開關(guān)裝置、光學(xué)轉(zhuǎn)換涂層、光盤介質(zhì)材料、太陽能控制材料、涂層、熱敏電阻材料等。

4 結(jié)論和展望

預(yù)計(jì)未來我國將成為世界上最具潛力的釩產(chǎn)品市場，我國釩資源豐富多樣，未來釩產(chǎn)業(yè)將有廣闊發(fā)展前景。但仍有些問題不可忽視，目前我國對釩礦資源開發(fā)利用水平較低，技術(shù)創(chuàng)新能力不強(qiáng)，工藝設(shè)備落后，浪費(fèi)較多，為此應(yīng)提高技術(shù)研發(fā)能力，加強(qiáng)國家戰(zhàn)略儲備資源保護(hù)。此外對二次資源來說，很多工業(yè)的生產(chǎn)過程中，都會產(chǎn)生大量的含釩固體廢棄物，應(yīng)積極地加以回收利用，變廢為寶，從而創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，使我國釩礦產(chǎn)業(yè)步入健康可持續(xù)發(fā)展的軌道。