釩(vanadium)
元素周期表第四周期VB族元素，為稀有高熔點(diǎn)金屬。元素符號(hào)V，原子序數(shù)23，相對(duì)原子質(zhì)量50.9415，常溫下為固體，粉末狀為灰色，致密狀為鋼灰色。
簡(jiǎn)史 1801年墨西哥礦物學(xué)家里奧(A．M．DelRio)在研究褐鉛礦時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種新元素，其化學(xué)性質(zhì)與鉻、鈾相似，它的鹽類在酸中加熱呈紅色，因而命名為“erythronium”，意即“紅元素”，但后來又誤認(rèn)為是堿性鉻酸鉛。1831年瑞典化學(xué)家西弗斯特姆(N．G．Sefstrom)在冶煉生鐵時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種新元素，其化合物美麗多彩，于是以瑞典女神“維納斯”(Vanadius)命名為(Vanadium)。1860年釩用作著色劑。1867年英國化學(xué)家羅斯科(H．E．Roscoe)用氫還原VCl：首次獲得較純的銀灰色金屬釩粉。1869年法國研究用釩作合金劑用于生產(chǎn)裝甲鋼板。1896年歐洲用釩作特殊鋼添加劑。1870年釩用作催化劑。1905年前后含釩合金鋼用作汽車工業(yè)的原料。1927年美國馬登(J．W．：Marden)和李奇(M．N．Rich)用電爐鈣熱還原法制得工業(yè)金屬釩。
中國釩工業(yè)起步于20世紀(jì)50年代，1958年恢復(fù)并擴(kuò)建錦州鐵合金廠提釩車間，以承德大廟含釩鐵精礦為提釩原料。1960年以后中國的其他提釩廠相繼建成投產(chǎn)，70年代攀枝花鋼鐵公司建成投產(chǎn)，從此中國的釩工業(yè)便進(jìn)入一個(gè)新的歷史時(shí)期。至80年代中國已成為世界主要產(chǎn)釩國之一，能生產(chǎn)各種釩制品。釩的推廣應(yīng)用也得到較快發(fā)展。
性質(zhì) 釩具有良好的可塑性和可鍛性，常溫下可制成片，拉成絲和加工成箔。但少量的雜質(zhì)，特別是間隙元素(如碳、氫、氧、氮)會(huì)明顯影響釩的物理性質(zhì)。如釩含氫0．01％即引起脆變，可塑性降低；含碳2.7％時(shí)其熔點(diǎn)升高到2458K。釩的熔點(diǎn)高，硬度大，電阻率高，呈弱順磁性，線脹系數(shù)小，釩的彈性模量、密度與鋼相近，可用作結(jié)構(gòu)材料。
釩是一種過渡元素，其原子的外電子層構(gòu)型為[Ar]3d34s2，5個(gè)電子都可參加成鍵，因此釩是變價(jià)元素，有-3和-1到+5共8種價(jià)態(tài)，其中以+5價(jià)的釩化合物最為穩(wěn)定。正五價(jià)釩的化合物具有氧化性，低價(jià)釩的化合物具有還原性，價(jià)態(tài)愈低的釩化合物的還原性愈強(qiáng)，所以V3+、V2+是強(qiáng)還原劑。釩容易同很多配位體形成配合物。
釩有9個(gè)同位素，其質(zhì)量數(shù)從46到54，51V是穩(wěn)定的天然同位素。釩的耐腐蝕性能僅次于鈮和鉭，室溫下釩不與空氣、水和堿發(fā)生作用，但在高溫下能與碳、硅、氮、氧、硫、氯、溴等大部分非金屬元素生成化合物。釩耐海水腐蝕，亦耐鹽酸、稀硫酸和堿溶液的腐蝕。釩在室溫下除與氫氟酸緩慢反應(yīng)外，不與其他鹵氫酸起反應(yīng)。釩與含氧酸(熱濃硫酸、次氯酸、硝酸和王水)作用生成釩酸鹽。
化合物常見的釩化合物有氧化物、鹵化物、銨鹽、鈉鹽和含氧酸鹽等。這些化合物的性質(zhì)往往會(huì)受到釩價(jià)態(tài)變化的影響。
氧化物釩的氧化物主要有V205、V02、V203和V0。
鹵化物釩鹵化物的化學(xué)穩(wěn)定性隨釩原子價(jià)增加而減弱；相同價(jià)態(tài)的釩的鹵化物，其化學(xué)穩(wěn)定性從氟化物到碘化物逐漸減弱。
銨鹽 主要有偏釩酸銨(NH4VO3)、釩酸銨[(NH4)3VO4或2(NH4)20•3V205•nH20]、多釩酸銨等，其中以偏釩酸銨最為重要。偏釩酸銨為白色或淺黃色晶體，加熱到473K開始分解，密度為2304kg/m3。偏釩酸銨在富氧空氣中于523K溫度下分解成NH3和V205；在空氣中于523～613K溫度下分解成(NH4)2O•3V205及V204•5V205，于693～713K溫度下分解成NH3和V205；在583～598K溫度的純氧氣氛中氧化得V205。偏釩酸銨在氫氣中加熱至473K生成(NH4)2O•3V205，在593K溫度下生成(NH4)2O•V204•5V205，在673K溫度下生成V2013和V203，在1273K溫度下則生成V204。偏釩酸銨在CO2、N2與Ar氣氛中于623K溫度下生成(NH4)2O•V204•5V205，于673～773K溫度下生成V6013。通水蒸氣并達(dá)到498K溫度時(shí)偏釩酸銨生成(NH4)2O•3V205。
鈉鹽 釩鈉鹽中如V205-Na20二元系相圖中的化合物有NaV6015、Na8V24063、NaV03，Na4V207、Na3V04。NaV03-V205系相圖中較為常見的有偏釩酸鈉(NaV03)、焦釩酸鈉(Na4V2O7)、正釩酸鈉(Na3V04)以及多釩酸鈉等鹽類。
含氧酸鹽 釩的含氧酸鹽，除堿金屬和堿土金屬釩酸鹽易溶于水外，其他鹽類溶解度小。釩的含氧酸鹽常見的有鈉鹽、銨鹽、鈣鹽、鐵鹽等。從釩的聚集狀態(tài)分類，可分為正釩酸鹽(V043-)、焦釩酸鹽(V2074-)、偏釩酸鹽(V03-，V40124-)及多釩酸鹽(V40124-，V60162-，V100182-，V120312-)等。
釩合金及添加劑 較常用的釩合金有釩鐵、釩鋁以及鉬釩鋁合金、硅錳釩鐵合金、碳化釩、氮化釩等專用合金添加劑。各國的釩鐵合金標(biāo)準(zhǔn)不完全一樣。通常有含釩40％～80％等六種牌號(hào)。有含釩55％、65％、75％、85％四種釩鋁合金。鉬釩鋁合金一般含釩23％～25％，含鉬24％～26％，含鋁48％～53％。硅錳釩鐵一般含釩>42％，含硅<7％，含錳<4.5％。碳化釩一般含釩82％～86％，含碳10.5％～14.5％。氮化釩含釩78％～82％，含碳10％～12％，含氮6％以上。
毒性 釩及其化合物具有一定的毒性，毒性一般隨釩的價(jià)態(tài)升高而增大。皮膚遇釩易發(fā)生過敏反應(yīng)。工業(yè)接觸易引起呼吸道疾患，出現(xiàn)陣發(fā)性干咳伴咯血和眼鼻喉的刺激癥狀，血紅蛋白和紅細(xì)胞先暫時(shí)增加而隨后下降，發(fā)生貧血，有時(shí)出現(xiàn)眼結(jié)膜炎，嚴(yán)重喉部刺激，頑固的干咳，彌漫的雙肺羅音和支氣管痙攣，有時(shí)出現(xiàn)皮膚搔癢等癥狀?？扇苄遭C進(jìn)入循環(huán)血液中，70kg體重的健康人致死劑量?jī)H為30mgV205(即1婦體重為O.43mg)，部分釩化合物的閾限值為：V205粉塵O.5mg/m3，煙塵或超細(xì)粉末為O.1mg/m3。釩對(duì)動(dòng)物神經(jīng)生理的影響(包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能失調(diào)和心血管病變)也是不能忽視的。釩對(duì)動(dòng)物的代謝作用無明顯影響，口眼少量某些釩鹽時(shí)產(chǎn)生的毒性不大，還可降低青年人和動(dòng)物的膽固醇；靜脈注射則毒性很大。釩的急性接觸和吸收高濃度釩會(huì)引起血管收縮，導(dǎo)致身體某些部位充血、出血而損傷肝、腎、心和腦。釩在醫(yī)藥方面曾用作貧血癥、萎黃病、肺結(jié)核以及糖尿病的治療藥物。生活飲用水中容許最大含釩量在o.1mg/L以下。
應(yīng)用 釩具有優(yōu)良的合金性能和催化性能，廣泛用于鋼鐵工業(yè)和化學(xué)工業(yè)。世界上90％的釩用于鋼鐵工業(yè)，5％用于化學(xué)工業(yè)，其余用于有色金屬合金和其他方面。釩加入鋼中，形成碳化釩、氮化釩質(zhì)點(diǎn)，使鋼彌散強(qiáng)化，抑制奧氏體晶粒長大，起到提高鋼性能作用。鋼中加入釩O.05％～O.1％，強(qiáng)度可提高10％～20％，并使鋼的鑄造性能和焊接性能變得更好，減輕機(jī)件重量。含釩1％～5％的高速工具鋼除具有較高的耐磨性外，還具有較好的塑性和韌性。釩在化學(xué)工業(yè)中主要用作制造各種催化劑及陶瓷顏料。釩在有色金屬合金中的應(yīng)用主要用來生產(chǎn)釩鋁合金。釩鋁合金具有較高的屈服強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，用作飛機(jī)和宇航飛行器的材料。釩在這方面的用量正逐年增長，美國目前已上升到釩總耗量的7％～10％。此外，單晶釩可用作電子工業(yè)的材料。
資源 釩礦床根據(jù)其成礦原因可分為巖漿分泌礦床、含釩熱液礦床、風(fēng)化堆積殘留礦床和沉積礦床等。釩的地殼豐度為136×10-4％，海水含釩1×10-7％。在釩礦中釩主要與鐵、鈦、鈾、鉬、銅、鉛、鋅、鋁等或與碳質(zhì)巖礦、磷礦等伴生。近來也發(fā)現(xiàn)有含釩量較高的石油礦。
釩釩鈦磁鐵礦是生產(chǎn)釩的主要資源，可以綜合利用其中的釩、鐵和鈦。世界主要的釩礦床有南非德蘭士瓦中部布什維爾德的釩鈦磁鐵礦，儲(chǔ)量約20億t；前蘇聯(lián)烏拉爾和卡契卡納爾；芬蘭奧坦梅基和木斯塔瓦拉；美國懷俄明鐵山；中國四川攀枝花地區(qū)和河北承德等地的釩鈦磁鐵礦。
其他釩資源有釩鈾礦、釩酸鹽礦、磷巖、瀝青石、石油、石墨礦含釩云母以及中國長江中下游的川、鄂、湘、贛、浙、黔、桂等省儲(chǔ)量極為豐富的石煤礦。目前世界已探明的釩資源量為436萬t，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量為1662萬t。
提取冶金 從含釩原料制取金屬釩主要包括釩提取和金屬釩制取兩大環(huán)節(jié)。有時(shí)為了制取高純金屬釩還需增加金屬釩精煉環(huán)節(jié)。釩再生也屬釩提取冶金的范疇。釩提取冶金原則流程如圖。在釩提取冶金過程中，以釩提取環(huán)節(jié)為最重要。釩提取是從含釩原料制取釩化合物的過程。由于釩精礦較少，釩的主要原料為釩鈦磁鐵礦，因此從釩鈦磁鐵礦煉鐵制得的含釩鐵水中提取釩的工藝，在釩提取冶金中占有重要地位。這種工藝是釩鈦磁鐵礦先進(jìn)入煉鐵高爐，釩被還原進(jìn)入鐵水，含釩鐵水再經(jīng)吹煉制得釩渣；然后從釩渣中提釩。釩渣和各種含釩物料一般都經(jīng)過焙燒、浸出和溶液凈化處理，獲得較純的含釩溶液。再從較純的含釩溶液中制取V205、V203。、偏釩酸銨、釩酸鈣、釩酸鐵等釩化合物。釩提取獲得的釩化合物除部分V205作為生產(chǎn)金屬釩原料外，大多作為產(chǎn)品出售。用鈣、鋁或碳還原V205制取粗金屬釩，粗金屬釩再經(jīng)精煉便可獲得純金屬釩。V205大量用作生產(chǎn)釩鐵的原料，釩鐵是合金鋼生產(chǎn)的重要合金添加劑。
立志成為全球生產(chǎn)功能陶瓷粉體、新型儲(chǔ)能材料、高溫合金、鋁合金添加劑的知名企業(yè)。
