钒是一种稀有的、银灰色的过渡族金属。它的矿物一般与其它金属的矿物共生在一起。它一般被用在材料工程中作为合金的成分。
大约80%的钒和铁一起作为钢里的合金元素。含钒的钢很硬很坚实,但一般其钒含量少于1%。
四川攀枝花钒钛资源十分丰富,其中钒的储量占全国的62%,居世界第三位。我国从1978年开始出口钒渣、v2o5、钒铁。从此我国从钒进口国变为钒出口国。
1995年,攀钢将雾化提钒改为转炉提钒,建成了两座120吨设计能力11万t/a钒渣的转炉提钒炉,并投产。目前攀钢的钒渣生产技术,通过科技攻关,钒氧化率达到90%,半钢残钒达到0.05%,其生产能力达到14万吨,技术经济指标已经达到世界先进水平。
目前,攀钢本部高钒铁的生产能力已经达到4000t的生产能力,在钒铁品种上攀钢可生产各种牌号的钒铁,产品质量与技术经济指标处于国内先进水平。
1994年攀研院开发了用煤气还原多钒酸铵制取v2o3技术。在西昌分公司进行了半工业试验,取得成功并获得国家发明专利。此项技术与国外相比,国外是用天然气或氢气还原,而我们是用廉价的煤气还原,还原温度降低了200℃以上,降低了生产成本,不仅填补了我国三氧化二钒生产技术空白,而且在世界上处于领先的水平。
2004年攀钢已经建成了设计能力年产2000t氮化钒的生产车间,世界上氮化钒生产是美国独家垄断的技术,与美国相比,他们是用真空碳还原法生产的,而我们开发的技术是在常压下碳还原法生产的,美国是间断生产,攀钢是连续生产提高了生产效率,同时缩短了还原时间,攀钢技术已经打破了美国的技术封锁,处于世界领先水平。此项技术获得国家四个部委授予的优秀成果奖。申请了国家专利,已获批准。
近年来,攀研院开发了钒铝中间合金技术、高纯五氧化二钒制取技术、四氧化二钒生产技术、钒酸铵生产技术、球形多钒酸铵生产技术、间歇式浸出技术等等。为扩大钒产品品种及质量形成了整套技术。
钒在新能源方面有着广阔的发展前景。近几年我们也在钒的利用方面开辟了更多的空间。
一是全钒氧化还原液流电池。它是一种新型绿色环保电池。钒电池作为储能电源主要应用于电厂(电站)调峰以平衡负荷、大规模光电转换、风能发电的储能电源以及作为边远地区储能系统、不间断电源或应急电源系统。该电池是目前最有可能部分或全部取代铅酸电池之理想电源。如果全钒氧化还原电池技术投入商业生产有可能使全世界钒的需求量提高2~3倍。
1999年攀研院就开始了研发工作,主要研制钒电池的活性物质———硫酸氧钒的工作,获得成功,并于2002年申报了国家发明专利。其制备方法简单,不用还原剂,只用五氧化二钒、三氧化二钒与硫酸合成即可。为了进一步开发,与中科院物理所、中南大学合作开发电池的电极、隔膜等主要组成部分,目前正在试制电池样机,为今后奠定产业化的基础。
二是钒基固溶体贮氢合金。贮氢合金在适当的温度压力下可逆地吸收和释放氢,可以储存比本身体积大1000倍以上的氢气,可解决传统用氢气瓶及液态贮氢存在的不安全、能耗高、经济差、贮氢量小等问题。广泛应用在燃料电池、电动车、镍氢电池、贮氢和输送氢等方面。具有广阔的应用前景。世界上已经应用的贮氢合金主要有稀土系ab5型,贮氢量小于1.3%;钛锆系ab2型,贮氢量小于2.0%。其他类型的贮氢合金由于成本高或吸、放氢条件苛刻难以应用。
钒是唯一在常温下吸、放氢的金属,吸氢量理论上可达到3.8%。许多国家对钒基固溶体bbc型贮氢合金研制了很多品种,由于是用金属钒作为合金元素,金属钒价格昂贵,制作成本太高限制了其应用。2003年攀研院与四川大学合作开发钒基固溶体贮氢合金,目前已经开发出吸氢量大于3.3%,放氢量大于2.3%,放氢温度小于100℃的较为理想的钒基贮氢合金。攀研院正在开发用氧化物制取这种合金的技术,用这种合金来取代金属钒制造贮氢合金,将会大大降低制取成本,成功之后将会给这种贮氢合金的应用带来广阔的前景。
三是锂电池上的应用。目前广泛应用的锂电池的阳极是用钴酸锂制作的,如果用钒酸锂等钒酸盐代替昂贵的钴酸锂将会大大降低锂电池的生产成本,同时具有比容量高、容量速率高、循环寿命长等特点,可扩大钒的应用领域。目前攀研院已经开始这方面的研发工作,取得了一定效果。
此外,钒在纳米五氧化二钒、二氧化钒、钒酸钇晶体、颜料及变色材料等领域也有广阔的发展前景,在此不一一赘述。
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