钒提取技术1

钒提取技术钒提取技术1.钒的分布1.钒相关知识介绍钒在地壳中的含量在0.02~0.03%之间，钒在地壳中为第17常见的元素。钒主要赋存在磁铁矿、磷酸盐岩、含铀砂岩和粉砂岩矿床中，还有大量的钒赋存于铝土矿和含碳物质中（如石油、煤、油页岩和焦油砂中）。全球钒资源的98%来自于钒钛磁铁矿。产地：钒钛磁铁矿：俄罗斯、中国、南非、澳大利亚西部和新西兰；油类矿藏：委内瑞拉、加拿大阿尔伯托、中东和澳大利亚昆仕兰；美国的钒矿石和黏土矿。世界钒储量约15980万t。其中，南非占46%，独联体占23.6%，美国占13.1%，中国占11.6%，其它国家总和不足6%，具体见表1。图1钒的主要矿藏表1世界钒金属储量分布表地区金属量（万t）所占比例（%）备注南非78046.0俄罗斯40823.6美国31813.1主要在铀矿中中国16311.6不含石煤矿其它国家和地区875.7世界总计1656100钒提取技术可开采储量指利用现有的技术可以经济地提取的部分。保有储量指可以利用未开发的技术在将来进行提取的部分。钒的总蕴藏量为6300万，其中仅有1000多万吨属于可开采储量，而3110吨为可在将来开采的保有储量。表一为主要的可开采储量，它存在于俄罗斯、中国和南非钒钛磁铁矿中。可开采储量1020万吨%保有储量3109.4万吨%澳大利亚1.67.7中国19.69.6俄罗斯48.922.5南非29.440.2美国—12.9其他0.57.1表2可开采储量和保有储量世界钒矿现状：可开采量相对较少1.钒相关知识介绍1.钒的分布钒提取技术中国的钒钛资源中国钒资源极其丰富，是全球钒资源储量大国。全国10多个省市（区）都有钒矿物，但主要集中在四川攀枝花地区和河北承德地区，尤其是攀枝花地区的钒资源相当丰富。中国还拥有丰富的石煤钒资源，石煤钒矿的含钒量与世界非石煤钒矿资源总储量相当。1.钒的分布1.钒相关知识介绍钒提取技术攀西地区是中国矿产资源最富集的地区之一，有钒钛磁铁矿资源储量100亿吨，占全国铁矿资源储量近20%。其中，钒资源储量占全国储量的61%，占世界储量的11.6%，居中国第一、世界第三；五氧化二钒储量为1578万t，约占全国储量的55％，世界储量的11％。中国的钒钛资源1.钒的分布1.钒相关知识介绍钒提取技术河北承德地区：高铁品位钒钛磁铁矿(铁含量大于30％，V2O5含量大于0.7％)已探明储量2.6亿t，其中保有储量2.2亿t；低铁品位钒钛磁铁矿(铁含量大于10％，V2O5含量大于0.13％)已详细勘查确定的储量为29.6亿t，总共约占全国储量的40％。中国的钒钛资源1.钒的分布1.钒相关知识介绍钒提取技术2.钒矿类型矿物名称颜色分子式主要产地钒钛磁铁矿钒钾铀矿钒云母绿硫钒矿硫钒铜矿方硫铁镍矿磷酸盐钒矿钒铅矿钒铅锌矿铜钒铅锌矿黑灰黄棕深绿赤褐黄红棕樱红绿棕[Fe(Fe,V)2O4]或FeO·TiO2·FeO·(Fe,V)2O3K2O·2U2O3·V2O5·3H2O2K2O·2Al2O3(Mg,Fe)O·3V2O5·10SiO2·4H2OV2Sn(n=4～５)2Cu2SV2S6(Fe,Ni,v)S2Ca5(PO4)3·(Fe,Cl,OH)；Ca5(VO4)3·(Fe,Cl,OH)Pb5(VO4)3Cl(Pb,Zn)(OH)VO44(Cu,Pb,Zn)O·V2O5·H2O南非，俄罗斯，中国，美国，芬兰等美国美国秘鲁澳大利亚，美国秘鲁美国墨西哥，美国，纳米比亚纳米比亚，墨西哥，美国纳米比亚，墨西哥，美国钒矿及其矿物钒在自然界中分布很广，但分布极为分散，很难呈单一体存在，主要与其他矿物形成共生矿或复合矿；常和金属矿如铁、钛、铀、钼、铜、铅、锌、铝等矿共生，或与碳质矿、磷矿共生。在开采与加工这些矿石时，钒作为共生产品或副产品予以回收。1.钒相关知识介绍重要的钒矿资源钒提取技术矿物名称化学组成晶体与色泽密度(g/cm3)品位V2O5%绿硫钒矿V2SX(X=4-5)单斜,深绿色2.819-25钒铅锌矿(Pb,Zn)(OH)VO4菱形,红棕色或黑色6.218钒铜铅矿(Cu,Pb)(OH)VO4菱形,橄榄绿或黑色5.5-6.218钒铅矿Pb5(VO4)3Cl六方形,黄褐或橙色6.8-7.119钾钒铀矿K2O.2UO3.V2O5.1-3H2O四方,黄色4.520钒云母K2O.Al2O3.2V2O3.6SiO2.2H2O单斜,深橄榄绿或绿褐2.8-2.921-292.钒矿类型钒矿及其矿物绿硫钒石铅钒矿钒云母1.钒相关知识介绍钒钛磁铁矿钒提取技术世界已知的钒矿储量为6000～7000万t。目前发现的含钒矿物有70多种，但主要的矿物有以下3种：（1）钒钛磁铁矿是钒的主要矿物资源，钒、铁、钛共生；钒主要以FeO·V2O3尖晶石形态存在，矿中含钒0.2%～2.7%；钒含量较高的矿石或精矿可直接作为提钒的原料，也可将其冶炼成铁水后，再氧化吹炼得到钒渣而提钒；世界大部分产钒国家中都从钒钛磁铁矿中提取钒。中国四川攀西地区、河北大庙、马鞍山地区是中国钒生产的主要基地。（2）钾钒铀矿钾钒铀矿是一种钾铀的钒酸络盐，化学式为K2O·2UO3·V2O5·1～3H2O，呈浅黄色或浅绿黄色，含V2O5=0.5%～1.5%。在提铀时可制得V2O5。（3）石油伴生矿这种矿寄生在原油中，可以燃烧后，从灰渣中提钒，中美洲国家拥有大量的石油伴生矿。这种资源已日益显示出其重要性。（4）石煤（炭质页岩）我国的石煤（遍布于湘、鄂、川、黔、桂、浙、皖、赣、粤、陕、晋、豫等二十余省，其中钒的含量约为0.2-1.1%（以V2O5计）。2.钒矿类型钒矿及其矿物1.钒相关知识介绍钒提取技术含钒矿床类型和品位国家或地区矿床类型回收元素品位V2O5％美国：科罗拉多砂矿U.V1.5爱达荷磷灰岩PV0.2-0.5西南非钒酸盐Cu,Pb,Zn,V0.7南非钒钛磁铁矿Fe,V1.5-2.0芬兰钒钛磁铁矿Fe,Ti,V0.47挪威钒钛磁铁矿Fe,Ti,V0.5苏联钒钛磁铁矿Fe,V0.1-0.12智利钒钛磁铁矿Fe,V0.3-0.4加拿大石油石油，V0.02法国铝土矿铝，V0.1日本钛铁矿V0.1-0.21.钒相关知识介绍钒提取技术元素周期表中ⅤB族元素常称为钒分族，该族只有V、铌（Nb）、钽（Ta）三种元素。1.原子结构VAr3d34s24p0132.1591.63NbKr4d35s25p0142.9691.6TaXe5d36s26p0143681.5元素结构r原子(pm)rM5+(pm)电负性从元素原子的价电子结构上分析可知，钒分族元素应有多种氧化态（+2、+3、+4、+5）；与钛分族相似从上到下，高氧化态稳定性增强，低氧化态稳定性降低。钒分族元素的最高氧化物M2O5是以酸性为主，所以人们常将其称为“酸土元素”。3.金属钒的性质1.钒分族元素概述1.钒相关知识介绍钒提取技术2.钒的性质3V+15HF+5HNO3＝3HVOF5+5NO+7H2O熔点1890±10℃，沸点3380℃，密度5.96g/cm3钒属立方晶格，银白色，Tf=1919℃（钒分族元素与钼、钨并称“难熔金属”），质地坚硬（莫氏硬度为7）。钒具有较好的耐盐酸、硫酸性，但能被氢氟酸、硝酸、王水等腐蚀，更易溶于氢氟酸和硝酸混酸中。在空气中，钒也可被熔融的碱、碱金属碳酸盐所溶解生成钒酸盐。（五氟钒酸）由于钒具有高沸点、硬度较高、化学性质较稳定等特点，常用其制造特种合金钢。例如：工具钢Fe－V合金（高硬度、高强度、高耐磨性）Ti－Al－V合金（高耐热性、高强度、高韧性）——航空材料3.金属钒的性质钒亦具有一定的耐液态金属（铀）和合金（钠、铅-铋等）的腐蚀能力，因此，钒包套材料与核燃料之间不发生明显的相作用与扩散作用，能可靠地防护核分裂产物，适合作钠冷却快中子反应堆的燃料包套和反应堆材料。1.钒相关知识介绍钒提取技术钒分族元素与钛分族元素类似，在常温下表面易形成致密的氧化膜，导致化学活性较低，化学性质较为稳定。在高温下可与C、Si、N、O、S、Cl、Br等大部分非金属元素生成化合物。例如：T＜180℃，生成四氯化钒（VCl4）；T＞800℃，生成氮化钒（VN）；在800~1000℃，生成碳化钒（VC）。4M+5O22M2O4（钒也可形成VO2）Δ2M+H22MH（高温，形成的氢化物为金属型）M+CMC（钽也可形成Ta2C）高温6M+5N22M3N5（钒只形成VN）ΔΔM+2SMS2（钒也可形成V2S5）Δ2M+5X22MX5（钒只有VF5、VCl4、VBr3）Δ⑴与非金属反应3.钒的化学性质1.钒相关知识介绍钒提取技术⑵与酸、碱反应3M+15HF+5HNO3＝3HMOF5+5NO+7H2O（还可形成其它含氟酸）钒分族金属在室温下因易钝化，很难与非氧化性酸及苛性碱作用，也不与水作用。但能被氢氟酸、强氧化性酸(如硝酸、王水)腐蚀，更易溶于氢氟酸和硝酸混酸中。2M+10NaOH2NaMO3+5H2↑+4Na2O熔融（Nb、Ta形成Na8M6O19）钒分族金属能与熔融的苛性碱作用，生成相应的含氧酸盐、氧化钠和氢气。偏钒酸钠VOOONa-+3.钒的化学性质1.钒相关知识介绍钒提取技术4.钒的产品二元化合物：氮化钒（VN）、碳化钒(VC)、硅化钒(VSi2)等钒氧化物：一氧化钒（VO、V2O2）、三氧化二钒（V2O3）、二氧化钒(VO2、VO4)、五氧化二钒（V2O5）含氧酸盐：钒酸钠（Na3VO4）、钒酸钙（Ca3(VO4)2）、钒酸铵、钒酸镁、钒酸铁、钒酸锰等合金：钒铁合金、钒钛合金、镍钴基合金、铌钽合金等黄色蓝色绿色紫色1.钒相关知识介绍钒提取技术钒可以形成多种氧化物（如：VO、V2O3、VO2、V2O5等），其中五氧化二钒最稳定。五氧化二钒可以通过偏钒酸铵热分解制得，也可通过三氯化氧化钒水解制得。4.钒的化合物⑴五氧化二钒2VOCl3+3H2O＝V2O5+6HCl五氧化二钒是以酸性为主的两性氧化物，既可溶于碱溶液，也可溶于强酸。V2O5+6NaOH＝2Na3VO4+3H2O（钒酸钠）V2O5+2H+＝2VO2++H2O1.钒相关知识介绍钒提取技术钒(Ⅴ)具有强氧化性。当五氧化二钒溶解在盐酸中，钒(Ⅴ)能被还原为钒(Ⅳ)状态。V2O5+6HCl＝2VOCl2+Cl2↑+3H2O当干燥的硫化氢通过加热的五氧化二钒，并以五氧化二磷为干燥剂，可得到三氯氧化钒。V2O5+6HCl(g)2VOCl3+3H2OΔP2O5五氧化二钒是一种重要的催化剂，主要用于硫酸工业中接触法合成SO3等。2SO2+O22SO3V2O5420-450℃五氧化二钒属于高毒类化学品，对呼吸道及皮肤有损害作用。钒触媒1.钒相关知识介绍钒提取技术⑵四氯化钒四氯化钒[VCl4]正四面体构型，粘稠的红褐色液体（熔点为-28℃、沸点为154℃），遇潮湿空气或水分解，冒白烟。VCl4+2H2O＝VO2+4HCl四氯化钒的热稳定性较差，在沸点下发生分解，生成三氯化钒和氯气。2VCl42VCl3+Cl2Δ四氯化钒在有机合成中，可使酚偶联；在橡胶工业中，可催化乙烯的聚合反应。C6H5OH+2VCl4＝HOC6H4-C6H4OH+2VCl3+2HCl四氯化钒属腐蚀品，对眼睛、鼻、咽喉、肺有刺激作用，会引起咳嗽、呼吸短促、眼睛损害。1.钒相关知识介绍钒提取技术⑶偏钒酸铵偏钒酸铵[NH4VO3]白色或淡黄色结晶粉末，熔点200℃，微溶于冷水、热乙醇和乙醚，溶于热水及稀氢氧化铵；空气中灼烧时变成五氧化二钒。Δ2NH4VO3V2O5+2NH3+H2O偏钒酸铵主要用作化学试剂、催化剂、催干剂、媒染剂，在陶瓷工业中广泛用作釉料；也是制取五氧化二钒的原料。偏钒酸铵属毒害品，其粉尘能刺激眼睛、皮肤和呼吸道，对肝脏、肾脏有损害。皮肤接触偏钒酸铵可引起荨麻疹，口服可致死亡，吸入会引起咳嗽、胸痛、痛、口中金属味和精神症状，严重者可致死。1.钒相关知识介绍钒提取技术钒的应用范围应用领域占总量比例（%）主要用途使用产品碳素钢25钢筋FeVHSLA高强度低合金钢25建筑，石油管道FeV高合金钢20铸件，石油管配件FeV工具钢15高速工具钢