钒钛资源及利用现状

钒钛资源及利用现状Vanadium and titanium resources and theutilization of the status quo河北联合大学轻工学院08热能与动力工程2班尹娟Hebei United University Light Industry College 08 thermal energy and powerengineering class 2 Yin Juan摘要：介绍钒钛资源分布及利用情况，叙述钒钛的优点。

Abstract：Introduce the distribution and utilization of the resources of vanadium and titanium, and describe the advantages of vanadium and titanium industry.关键词：钒钛资源利用Key words: vanadium titanium resource utilization一、世界钒钛资源分布据统计，目前世界钒储量约15980万吨，其中南非占46%，俄罗斯及前独联体国家占23.6%，美国占13.1%，中国占11.6%，其他国家总和不足6%。

而世界钛基础储量约17.7亿吨，我国占37%以上。

我国钒钛资源主要分布在四川攀西地区和河北承德地区，其中攀西钒钛磁铁矿资源最为丰富，资源量为6.18亿吨，约占全国的95%，占全球的35%[1]。

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矿岩矿，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。

钛资源部分存在于金红石岩矿中。

世界金红石（包括锐钛矿）储量和储量基础分别为3330万t和16440万t，资源总量约2.3亿t（TiO2含量，下同），主要集中在南非、印度、斯里兰卡、澳大利亚。

世界钛铁矿（TiO2）储量和储量基础分别为2.743亿t和4.353亿t，资源总量约10亿t；主要集中在南非、挪威、澳大利亚、加拿大和印度。

中国以钒钛磁铁矿为主，金红石资源并不丰富。

1、钛资源钛在地壳中的丰度为0.56 %，按元素丰度排列居第9位；如果按储量，钛不是稀有金属。

钛资源十分丰富，分布很广，几乎遍布全世界。

现已发现TiO2含量大于1 %的钛矿物有140多种，但现阶段具有利用价值的只有少数几种矿物，主要是钛铁矿和金红石，其次是白钛矿、锐钛矿和红钛铁矿。

有关世界钛资源储量的统计和报道是多种多样的，不同来源的数据相差悬殊,造成差别的原因主要是统计时包括的矿物种类的不同。

目前发表的数据是指现阶段技术水平经济条件下具有利用价值的资源储量，主要是指钛铁矿（包含白钛矿）和金红石（包含锐钛矿）矿物资源储量；不包括现阶段不具有利用价值的钛矿物资源，如钛磁铁矿、钛铁晶石、钙钛矿和榍石等。

世界钛矿地质储量总计为5×108t~12×108t （以TiO2计），其中钛铁矿约占80 %，金红石（包括锐钛矿）约占20 %。

钛磁铁矿中的钛铁矿与磁铁矿紧密结合,无法选出含钛较高的钛矿物,因而认为这类钛磁铁矿在现阶段没有利用价值。

目前钛矿开采利用规模年需求约45×105t（以矿中TiO2计），按已发现的资源储量计算，可满足今后50年需求；现还不断地发现新的资源,因此可以预计在今后100年内不会发生钛资源危机；即使目前开采的钛铁矿和金红石资源枯竭了，还可以开采利用其它的含钛矿物[2]。

2、钒资源钒在地壳中的总含量排在金属的第22位，比铜、铅的含量多,估计为0 02%~0 03%。

含量虽然不少，但是很分散，至今没有发现单独的钒矿。

钒主要和一些金属矿共生，已找到含钒矿物有65种，其中主要有绿硫钒矿、钒铅矿、硫钒铜矿、钒钛铁矿和钛磁铁矿等。

已探明可供开采的世界钒资源总量约1 578万t。

钒资源最丰富的国家为南非、前苏联、中国、纳米比亚等。

目前产钒最多的国家为纳米比亚，消费最多的为美国。

中国以钒钛磁铁矿资源最为丰富，且已成世界钒市场的有力竞争者。

现在澳大利亚也打进了世界市场,但目前优势仍在南非，因为它的钒矿品位高,生产成本低，只有中国才能与之匹敌。

南非、俄罗斯、中国和新西兰的含钛磁铁矿将继续成为钒的主要来源。

钒的其他来源为碳质矿和沥青废料。

据美国矿山局资料报道，世界钒的矿石储量可以满足到21世纪许多年的需要[3]。

二、钒钛利用现状1、钒利用现状由于钒具有高熔点及容易变形加工的特性,其用途非常广泛,其中最重要的是做钢铁合金中的添加元素,制造化工高效催化剂、触媒剂。

钒现阶段主要应用于合金钢、化学制品、生物学、医学、电池产业等。

（1）钒的提取①使用金属萃取剂萃取钒铁合金原料中的钒，得到金属萃取剂与钒的合金以及降低了钒含量的钒铁合金；将金属萃取剂与钒的合金与降低了钒含量的钒铁合金分离；将金属萃取剂与钒的合金在真空下进行蒸馏，得到金属钒和金属萃取剂[4]。

②含钒磷铁为原料，与Na2CO3及CaX(如CaO)混合进行一次性焙烧，焙烧物用水浸取，浸取液中含钒，用除磷剂除去浸取液中磷后得到含钒精液，用精液进行提钒可得到高纯度之五氧化二钒[5]。

③先将含钒石煤原矿经焙烧所得的焙砂进行两段水浸,两段水浸的工艺条件均是：液固比为2～4、在80～95℃条件下搅拌20～40MIN、搅拌强度为200～260R/MIN;经固液分离后得两段水浸液和水浸渣；再按液固比为2～4将水浸渣倒入0.5～1WT%的盐酸或硫酸溶液中,在30～60℃条件下搅拌40～60MIN,搅拌强度为150～200R/MIN；然后经固液分离得酸浸液和酸浸渣[6]。

（2）钒的利用①合金钢行业钢铁中加入少量钒，可显著提高其强度，因此钒主要用于生产高强度低合金钢，20世纪70年代已占钒在钢铁应用中的40%以上。

其次为生产工具钢、结构钢等。

高强度低合金钢是指屈服限大于300N ／cm2的钢。

加入少量的钒，与碳、氮等形成碳化物、氮化物等能起到细化晶粒、消除夹杂增强延展性的作用。

高强度低合金钢发展很快，被广泛用于结构材料，当添加一些另外的合金元素时可在寒冷地带使用，如用于输油及天然气管道、汽车、桥梁及压力容器等。

合金钢主要有高合金钢和HSLA钢两种。

二者相比，HSLA钢中钒的消耗量大于高合金钢[7]。

自60年代以来,钒在钢铁工业中的应用急剧增加，到1988年已占钒消耗量的85%。

钒在钢铁方面的消耗比例为碳素钢20%，高强度低合金钢占25%，合金钢占20%，工具钢占15% [8]。

钒在钢铁工业中主要用作合金添加剂。

全球大约85%的钒用于钢铁工业。

②化学制品行业钒在化学工业及石油工业中广泛用作催化剂，如硫酸工业，聚氯乙烯、聚苯乙烯、合成醋酸、草酸、苯甲酸、邻苯二甲酸，石油工业中的裂化，乙烯、丙烯的聚合反应等。

③航空航天行业钛工业消耗的钒约占钒总量的10%，主要用于生产钛合金，用作飞机、火箭、宇航等高温结构材料，钒比铁要坚硬，常温下稳定，不易氧化，耐高温，耐酸碱腐蚀。

是高熔点金属，塑性好，有延展性，易加工成板、箔、丝、易焊接，传热性好，抗海水、酸、碱性腐蚀，对各种液体金属有良好的稳定性，980℃仍有足够的强度。

又因为其同位素衰变期短，不产生强衰变产物，对热中子俘获截面小，故用于液体钠冷却的快中子反应堆，作为包套材料。

磁性材料铁、钴、钒合金中，钒使其提高强度、可塑性及电阻、矫顽力。

钒加入多种合金均可使其强度、塑性有明显增加，如镍基、铜基、镍铜基合金。

④钒电池产业澳大利亚新南威尔士大学的Marria Syallas-Kazacos教授在1985年提出钒电池概念以来，经过二十多年的研究和发展，钒电池技术已经趋进成熟，逐步向产业化方向迈进。

在泰国、日本、美国、南非、澳大利亚等地建成了kW-MW级的钒电池储能系统[9]，用于电站调峰、企业储能、给边远地区供电，通信系统备用电源等[10]。

钒电池在成本方面、使用寿命，环境影响等方面都具有许多优势，详情见下表1表1 VRB与其他储能电池的比较（1MW×8h储能系统）[12,13]⑤钒在陶瓷、玻璃和颜料中的应用钒在陶瓷工业上用作颜料[11]，称作陶瓷颜料。

在玻璃中添加五氧化二钒（0.02%V2O5）可以消除对眼睛有伤害和造成织物褪色的高能超紫外线。

钒也可用于调黄绿色玻璃，而添加氧化钒和氧化铯混合物可制得绿玻璃，该绿玻璃用于测量UV辐射强度。

⑥钒在生物体内的作用钒调节（Nak）-ATP酶、调节磷酰转移酶、腺苷酸环化酶、蛋白激酶类的辅因子，与体内激素，蛋白质，脂类代谢关系密切。

可抑制年幼大鼠肝脏合成胆固醇。

可能存在以下作用： 1.防止因过热而疲劳和中暑。

2.促进骨骼及牙齿生长。

3.协助脂肪代谢的正常化。

4.预防心脏病突发。

5.协助神经和肌肉的正常运作。

2、钛的利用现状（1）钛的提取①传统方法传统的钛冶炼工艺为克劳尔法[14]，采用金属钠或金属镁还原四氯化钛制得金属钛，因在钛的熔点以下生产，得到的金属钛呈海绵状，所以称为海绵钛。

克劳尔工艺有3个主要工序：富钛料的制取(如果采用金红石则可省略)，四氯化钛的制备和还原蒸馏生产海绵钛。

富钛料制取一般处理的是钛铁矿．目的是尽可能去除铁。

使钛组分富集；四氯化钛的制备是用氯气将富钛料中的钛组分由氧化物转化为氯化物，包括氯化和精制两部分：用金属镁蒸汽还原蒸馏四氯化钛，在900℃左右四氯化钛和镁蒸汽混合反应便可得到海绵钛。

克劳尔工艺不连续，流程长，工序多，并且常温下TICl4具有挥发性、腐蚀性，使得海绵钛生产成本高．限制了钛在各行业的应用。

②新方法为了降低金属钛的生产成本，相关人员探索研究了许多提取钛的新方法，主要有TiCh电解工艺、FFC工艺、OS工艺、预还原成型工艺(PRP)、QIT工艺、MER工艺、ITP(Armtrong)SE艺，目前被认为最有希望替代克劳尔法在未来钛冶金工业化生产中应用的是熔盐电解法[14]。

（2）钛的利用①钛合金的优点钛的强度大，纯钛抗拉强度最高可达180kg/mm2。

有些钢的强度高于钛合金，但钛合金的比强度（抗拉强度和密度之比）却超过优质钢。

钛合金有好的耐热强度、低温韧性和断裂韧性，故多用作飞机发动机零件和火箭、导弹结构件。

钛合金还可作燃料和氧化剂的储箱以及高压容器。

现在已有用钛合金制造自动步枪，迫击炮座板及无后座力炮的发射管。

②钛及钛合金在医学中的应用目前,钛及钛合金医用金属材料已在人工关节、人工骨、接头脚板、断骨固定器、脊骨矫正杆、骨髓内钉、人工心脏瓣膜、牙科植入物、头盖骨等方面获得了广泛的应用[16]。

医用植入物材料所必须的特性包括生物化学相容性与生物力学相容性。

前者主要是指这种材料必须没有细胞毒性、组织刺激性、免疫反应、过敏反应、遗传毒性、致癌性等。

力学相容性是指力学特性接近修复部的特性，即长期使用其功能也不发生变化。