现代工业中, 90%以上的钒通过钒钛矿及其矿渣通过焙烧、浸出等手段进行提取。其余的钒以化合物的方式存在于铝土矿、磷酸盐矿和含铀砂矿中。其中,钒铁和金属钒主要应用于钢铁冶金和航空航天行业,含钒化合物应用于化工和电池行业。首先,钢铁冶金行业中,少量钒的添加即可有效地提高钢铁的强度、韧性、延展性、耐热和耐磨性等,其占钒总用量的 85%。有色冶金行业中,金属钒可用于生产钒钛合金。其次,约有 10%的钒应用于化学工业,大部分以化合物或聚合物的形式充当催化剂使用。另外,钒元素作为材料添加剂,可用于硬质合金、磁性、超导及核反应堆材料等。而钒的氧化物及其化合物充当着色剂可有效应用在玻璃和陶瓷工业。最后,作为新型领域,钒还用于生产钒电池、稀土钒、钒纳米和钒薄膜材料等高科技材料。
1 钒在钢铁行业的应用
钒在各个领域中应用广泛,但生产的 85%的钒应用在钢铁冶金及其相关领域。所用合金钢中,均能见到钒的踪迹,钒具有多价态,因此可以充当脱氧剂,且钒具有立方体结构,在钢铁中起到骨架作用,强化钢的强度。少量的钒即可有效地细化钢组织和精粒,降低过热敏感性;提高韧性、强度和服役性能;增加淬火钢的回火稳定性。钒在钢中主要以合金形式存在,含钒合金主要包括铁基合金和非铁基合金,而铁基合金占大部分,其中钒铁在铁基合金中用量最大。现阶段,生产出来的钒铁合金有钒硅钙、钒硅铁、钒锰铁、氮化钒铁、钒钛硅等,而非铁基系列的含钒合金主要有钒铝合金、钒碳与钒氮合金等 。
2 钒在航天工业的应用
航工航天工业中,钛合金应用非常广泛,通常应用于发动机、太空舱骨架、火箭发动机外壳及蒸汽锅轮机叶片等方面,而金属钒和铝是其中的关键元素。钒铝合金具有良好的延展性、很好的强度、耐腐蚀、轻盈等很多优点,因此,航空航天中 90%的合金均为钒铝合金。世界上生产钒铝合金的主要企业包括:美国有色合金公司、战略矿物公司、雷丁合金公司,德国的 GFE公司以及俄罗斯的 VSMPO公司等。主要生产钒铝 65合金,美国雷丁和德国 GFE全球份额 80%。而国内生产钒铝合金的企业主要包括宝钛、承德天大以及锦州铁合金等,主要生产钒铝 55合金,大多数产品为民用。目前,国际航空航天中以钒铝 65合金最为广泛,与传统钒铝 55合金相比,有害杂质低,氧化膜和氮化膜少,成分均匀性更优。
文章编号:1008-4800(2021)01-0072-02
3 钒在化工行业(催化剂)的应用
化工及相关行业中,钒基催化剂是非常重要的氧化催化剂,其催化机理是基于钒的配位作用。硫酸工业生产中, V2O5是重要的二氧化硫氧化的钒系固体催化剂;通过在活性炭中填充五氧化二钒,可有效提高脱除烟气中的硫氮氧化物;五氧化二钒亦可以用作有机物 (如顺酐和苯酐等 )氧化反应的催化剂 ;聚合反应是将简单化合物转变为高聚化合物,钒可作为聚合反应催化剂,催化聚合产生无规交替共聚物,也可得到乙烯和丙烯单元均匀分布的乙丙橡胶 [7]。另外,钒系催化剂还用于烷基化反应、氨化反应、氧化脱氢反应及醋酸生产等方面 [8]。目前,工业钒系催化剂中, 1/3用于硫酸生产, 1/3用于乙丙橡胶合成,其余主要用于顺酐和苯酐生产、选择性催化还原 (SCR)氮氧化物等 。用于氨合成方面的钒基催化剂大部分处于实验室研发阶段,中国科学院已开发了一种钒基氨合成与氨分解催化剂。
文章摘自:李鹏《钒的应用研究综述》