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  :元素符号 V,银白色金属,在元素周期表中属VB族,原子序数23,原子量50.9414,体心立方晶体,常见化合价为+5、+4、+3、+2。钒的熔点很高,常与铌、钽、钨、钼并称为难熔金属。有延展性,质坚硬,无磁性。具有耐盐酸和硫酸的本领,并且在耐气、耐盐、耐水腐蚀的性能要比大多数不锈钢好。于空气中不被氧化,可溶于氢氟酸、硝酸和王水。


  一.含量分布

  钒的踪迹遍布全世界。在地壳中,钒的含量并不少,平均在两万个原子中,就有一个钒原子,比铜、锡、锌、镍的含量都多,但钒的分布太分散了,几乎没有含量较多的矿床。在海水中,在海胆等海洋生物体内,在磁铁矿中,在多种沥青矿物和煤灰中,在落到地球的陨石和太阳的光谱线中,人们都发现了钒的踪影。钒是地球上广泛分布的微量元素,其含量约占地壳构成的0.02%,获取相对容易。

  世界上已知的钒储量有98%产于钒钛磁铁矿。除钒钛磁铁矿外、钒资源还部分赋存于磷块岩矿,含铀砂岩,粉砂岩,铝土矿,含碳质的原油、煤、油页岩及沥青砂中。

  世界钒钛磁铁矿的储量很大,并且集中在少数几个国家和地区,包括:独联体、美国、中国、南非、挪威、瑞典、芬兰、加拿大、澳大利亚,并且集中分布在南非洲、北美洲等地区。根据1988年美国矿业局统计资料表明,世界钒储量基础为1.6亿吨(以钒计)。按目前的开采量计算,世界现探明的钒资源可供开采150年。从储量基础看,南非占46%,独联体占23.6%,美国占13.1%,中国占11.6%,其它国家的总和不足6%。

  在南非,钒通常在钒磁铁矿的矿层中产生。这些矿层的平均品位为1.5%。据估计,南非钒储量约为1250万吨,世界第一。

  矿物有钒酸钾铀矿、褐铅矿和绿硫钒矿、石煤矿等。中国是钒资源比较丰富的国家,钒储量为2055万吨(以V2O5计)主要赋存钒钛磁铁矿中,且集中分布在四川的攀枝花市、河北承德市。攀枝花钒储量为1295万吨,占中国钒储量的63%。

  元素在海水中的含量0.0016ppm

  元素在太阳中的含量0.4ppm

  地壳中含量160ppm。

  二.制备方法

  纯的金属钒一般是用钾在高压下将五氧化二钒还原而得到的。大多数钒是其它矿物加工时的副产品。

  铝热还原法是将五氧化二钒和纯铝放在反应弹进行反应,生成钒铝合金。钒合金在2063K的高温和真空中脱铝,可制得含钒94%~97%的粗金属钒。

  三.应用领域

  1.工业用途

  在钢中加入百分之几的钒,就能使钢的弹性、强度大增 ,抗磨损和抗爆裂性极好,既耐高温又抗奇寒,难怪在汽车、航空、铁路、电子技术、国防工业等部门,到处可见到钒的踪迹。此外,钒的氧化物已成为化学工业中最佳催化剂之一,有“化学面包”之称。主要用于制造高速切削钢及其他合金钢和催化剂。把钒掺进钢里,可以制成钒钢。钒钢比普通钢结构更紧密,韧性、弹性与机械强度更高。钒钢制的穿甲弹,能够射穿40厘米厚的钢板。但是,在钢铁工业上,并不是把纯的金属钒加到钢铁中制成钒钢,而是直接采用含钒的铁矿炼成钒钢。

  钒具有众多优异的物理性能和化学性能,因而钒的用途十分广泛,有金属“维生素”之称。最初的钒大多应用于钢铁,通过细化钢的组织和晶粒,提高晶粒粗化温度,从而起到增加钢的强度、韧性和耐磨性。后来,人们逐渐又发现了钒在钛合金中的优异改良作用,并应用到航空航天领域,从而使得航空航天工业取得了突破性的进展。随着科学技术水平的飞跃发展,人类对新材料的要求日益提高。钒在非钢铁领域的应用越来越广泛,其范围涵盖了航空航天、化学、电池、颜料、玻璃、光学、医药等众多领域。

  钒“现代工业的味精”,是发展现代工业、现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料。钒在冶金业中用量最大。从世界范围来看,钒在钢铁工业中的消耗量占其生产总量的85%。与此同时,钒在化工、钒电池、航空航天等其它领域的应用也在不断扩展,且具有良好发展前景。

  钒在钢铁工业中主要用作合金添加剂,钢铁工业的发展变化对预测钒的需求至关重要。也就是说,钢铁对钒的需求趋势决定了钒工业的命运。

  中国钢产量大约6亿吨,平均每吨钒的消费强度增加10g,折合五氧化二钒约为1.1万吨。而在美国,碳素钢和高强度低合金钢是钢铁工业中钒用量最大的钢种,占钢铁工业钒用量的60%以上,其次是高合金钢。

  2.钒电池

  钒电池是目前发展势头强劲的优秀绿色环保蓄电池之一(它的制造、使用及废弃过程均不产生有害物质),它具有特殊的电池结构,可深度大电流密度放电;充电迅速;比能量高;价格低廉;应用领域十分广阔:如可作为大厦、机场、程控交换站备用电源;可作为太阳能等清洁发电系统的配套储能装置;为潜艇、远洋轮船提供电力以及用于电网调峰等。

  钒电池成本与铅酸电池相近,它还可制备兆瓦级电池组,大功率长时间提供电能,因此钒电池在大规模储能领域具有锂离子电池、镍氢电池不可比拟的性价比优势。钒电池生产工艺简单,价格经济,电性能优异,与制造复杂、价格昂贵的燃料电池相比,无论是在大规模储能还是电动汽车动力电源的应用前景方面,都更具竞争实力。

  3.医疗用途

  钒是人体必需的微量元素在人体内含量大约为25mg。

  钒是正常生长可能必需的矿物质,钒有多种价态,有生物学意义的是四价和五价态。四价态钒为氧钒基阳离子,易与蛋白质结合结合形成复合物,而防止被氧化。五价态钒为氧钒基阳离子,易与其他生物物质结合形成复合物,在许多生化过程中,钒酸根能与磷酸根竞争,或取代磷酸根。钒酸盐以被维生素C、谷胱甘肽或NADH还原。其在人体健康方面的作用,营养学界,医学界至今仍不是很清楚,仍处在进一步发掘的过程中,但可以确定,钒有重要作用。一般认为,它可能有助于防止胆固醇蓄积、降低过高的血糖、防止龋齿、帮助制造红血球等。每天会经尿液流失部分钒。

  钒在人体内含量极低,体内总量不足1mg。主要分布于内脏,尤其是肝、肾、甲状腺等部位,骨组织中含量也较高。人体对钒的正常需要量为100μg/d。

  钒在胃肠吸收率仅5%,其吸收部位主要在上消化道。此外环境中的钒可经皮肤和肺吸收入体中。血液中约95%的钒以离子状态(VO2+)与转铁蛋白结合而送输,因此钒与铁在体内可相互影响。

  钒对骨和牙齿正常发育及钙化有关,能增强牙对龋牙的抵抗力。钒还可以促进糖代谢,刺激钒酸盐依赖性NADPH氧化反应,增强脂蛋白脂酶活性,加快腺苷酸环化酶活化和氨基酸转化及促进红细胞生长等作用。因此钒缺乏时可出现牙齿、骨和软骨发育受阻。肝内磷脂含量少、营养不良性水肿及甲状腺代谢异常等。

  人类摄入的钒只有少部分被吸收,估计吸收的钒不足摄入量的5%,大部分由粪便排出。摄入的钒于小肠与低分子量物质形成复合物,然后在血中与血浆运铁蛋白结合,血中钒很快就运到各组织,通常大多组织每克湿重含钒量低于10ng。吸收入体内的80%-90%由尿排出,也可以通过胆汁排出,每克胆汁含钒为0.55-1.85ng。

  四.危害与防护措施

  1.环境危害

  钒在天然水中的浓度很低,一般河水中为0.01~20ppb,平均为1ppb。海水含钒量为0.9~2.5ppb。尽管水体中可溶性的钒含量很低,但是水中悬浮物含钒量是很高的。悬浮物的沉积导致水中钒向底质迁移,并使水体得到净化。土壤中的钒主要以VO3-阴离子状态存在。土壤的氧化性越高、碱性越大,钒越易形成VO3-离子。当土壤的酸度增大时,VO3-离子易转变成多钒酸根复合阴离子。它们都容易被粘土和土壤胶体及腐殖质固定而失去活性,钒在土壤中的迁移性较弱。

  2.对人体危害

  金属钒的毒性很低。钒化合物(钒盐)对人和动物具有毒性,其毒性随化合物的原子价增加和溶解度的增大而增加,如五氧化二钒为高毒,可引起呼吸系统、神经系统、胃肠和皮肤的改变。

  3.危害防治

  皮肤接触:脱去污染的衣着,用肥皂水及清水彻底冲洗。眼睛接触:立即翻开上下眼睑,用流动清水冲洗15分钟。就医。吸入:脱离现场至空气新鲜处,用水漱洗鼻咽部的粉尘。就医。食入:误服者就医。对症治疗。

  五.储存运输



  储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。应与氧化剂、酸类、食用化学品分开存放,切忌混储。配备相应品种和数量的消防器材。储区应备有合适的材料收容泄漏物。


  六.国内钒行业发展建议

  1、拓展钒的应用领域,发展高技术钒产品,加快钒在电池、超导等高技术行业的应用研发。

  2、引导企业发展钒产品深加工。从政策上或相关行业(如建筑行业)标准上,加大力度鼓励高钒钢的使用,推动高钒钢技术的升级,向国际水平靠拢。

  3、加强国内钒产业的监管与整合力度,从规模与环保上设定行业准入门槛。对那些不合法的投机者,进行严厉打击,以保护矿脉的完整性与可开采性,确保市场秩序。
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