钒的氢硫碳氮化合物及钒铁钒铝合金的性质及其化学反应(详细版)

三氧化二钒（钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池）原创邹建新崔旭梅教授等1 三氧化二钒的制备方法简介三氧化二钒是一种比五氧化二钒更高效的合金添加剂，其制取一般是利用钒的中间产品，例如五氧化二钒(V 2O5)、偏钒酸氨(NH4VO3)和多聚钒酸铵等作为原料来制取。

三氧化二钒的制取方法大致可归纳为两类。

一类是不外加还原剂的钒酸铵(如偏钒酸铵和多钒酸铵等)热分解裂解法；另一种是外加还原剂的直接还原法。

钒酸铵热分解裂解法是利用钒酸铵在加热时释放出的氨进一步裂解产生的初生氢对V + 5还原,得到产品VO3。

而直接还原法则是利用外加还原剂，如C、CO、CH4、H 2、NH3以2及金属钒等对V+5进行还原，最终得到产品V2O3。

目前国内外三氧化二钒生产企业主要是采用外加还原性气体(一般是天然气或工业煤气)还原多钒酸铵（简写为APV）制取三氧化二钒，具有成本低，效率高，产品质量好等优点。

目前世界上只有德国、奥地利、南非和中国攀钢具有工业上大量生产三氧化二钒的能力。

2 三氧化二钒生产基本原理单独考虑用纯一氧化碳或氢气还原五氧化二钒，在标准状态下的吉布斯自由能变化列于表5.3.1中。

ϑ以多钒酸铵(六钒酸铵、十钒酸铵、十二钒酸铵等)为原料，用气体(氢或一氧化碳)进行还原有如下的反应发生：（1）一氧化碳还原反应(NH4)2V6O16+6CO＝3V2O3+6CO2+2NH3+H2O(NH4)6V10O28+10CO＝5V2O3+10CO2+6NH3+3H2O(NH4)2V12O31+12CO＝6V2O3+12CO2+2NH3+H2O（2）氢还原反应(NH4)2V6O16+6H2＝3 V2O3+7 H2O+2 NH3(NH4)6V10O28+10H2＝5 V2O3+13 H2O+6 NH3(NH4)2V12O31+12H2＝6 V2O3+13 H2O+2 NH3需要指出，当APV分解出氨后，氨会分解出氢气：2NH3→3H2+N2ϑG＝33472-76.15T∆15ϑG＝0时，T＝440K (166℃)∆15标准状态下，当温度达到166℃时，分解出的氢气仍可以起到还原剂的作用。

钒的简介（V3版本）市场管理部2009 年 9 月 16 日目录一、钒的资源分布和市场前景1. 钒资源分布2. 钒的市场前景3、国家开发钒产品的鼓励政策二、钒的基本介绍1. 钒的定义2. 钒的传说3. 钒的简史4. 钒的物理性质5. 钒的氧化物6. 钒的化合物的用途7. 钒的化学特性8. 元素描述9. 元素来源10. 元素用途11. 钒的应用范围12. 钒-提炼方法13. 元素辅助学习资料三、钒主要产品介绍1. 偏钒酸铵2. 五氧化二钒3. 钒铁三、五氧化二钒客户资料（V2版本）（见EXEL表）参考资料如下：1.《2008年中国钒铁市场报告》（见PDF）一、钒的资源分布和市场前景1. 钒资源分布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块岩矿，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。

世界钒钛磁铁矿的储量很大，并且集中在少数几个国家和地区，包括：独联体、美国、中国、南非、挪威、瑞典、芬兰、加拿大、澳大利亚，并且集中分布在南非洲、北美洲等地区。

根据1988年美国矿业局统计资料表明，世界钒储量基础为1.6亿吨（以钒计）。

按目前的开采量计算，世界现探明的钒资源可供开采150年。

从储量基础看，南非占46%，独联体占23.6%，美国占13.1%，中国占11.6%，其它国家的总和不足6%。

截止2007年年底，全国保有钒的资源储量为3825万吨。

此外，还有预测资源量139.4万吨。

钒矿主要资源是钒钛磁铁矿和沉积型钒矿（一般称为石煤型钒矿），主要赋存钒钛磁铁矿中，且集中分布在四川的攀枝花市、河北承德市。

沉积型钒矿在我国分布很广，据国家有关部门统计，我国沉积型钒矿中钒的总储量为钒钛磁铁矿中钒总量的7倍。

全国有21个省拥有钒的查明资源储量，但主要集中分布在以下省区：四川1906万吨，占全国资源总量的49.8%；陕西400万吨，占10.5%；湖南391万吨，占10.2%；湖北256万吨，占6.7%；安徽231万吨，占6%；广西203万吨，占5.3%；甘肃139万吨，占3.6%。

钒铁研究报告随着工业化的快速发展，钒铁的应用越来越广泛。

钒铁是一种含有钒元素的铁合金，它的主要用途是作为钢铁的添加剂，可以提高钢铁的强度和韧性。

此外，钒铁还可以用于制造合金钢、不锈钢等。

因此，研究钒铁的性质和制备方法对于现代工业的发展至关重要。

本报告主要介绍钒铁的性质、制备方法以及应用领域。

一、钒铁的性质钒铁是一种含有钒元素的铁合金，其化学式为FeV。

钒铁的主要成分是铁和钒，同时还含有少量的碳、硅、锰、磷等元素。

钒铁的外观呈黑色块状，具有金属光泽。

钒铁的密度为6.0~6.5 g/cm，熔点为1650℃左右。

钒铁具有良好的耐热、耐腐蚀和耐磨性能，可以用于制造高温合金、耐腐蚀合金和耐磨合金等。

此外，钒铁还具有良好的强度和韧性，可以用于制造高强度钢材和高韧性钢材等。

二、钒铁的制备方法钒铁的制备方法主要有炉渣还原法、电炉炼钢法和转炉炼钢法等。

1.炉渣还原法炉渣还原法是将钒铁矿石与焦炭等还原剂在高温下进行反应，生成钒铁的一种方法。

该方法主要有两种：碱性炉渣还原法和酸性炉渣还原法。

碱性炉渣还原法是在碱性条件下进行反应，可以得到高纯度的钒铁；酸性炉渣还原法是在酸性条件下进行反应，可以得到含有较多杂质的钒铁。

2.电炉炼钢法电炉炼钢法是将钢铁废料和钒铁矿石等原料放入电炉中进行熔炼，生成钒铁的一种方法。

该方法具有生产效率高、能耗低等优点，但是需要消耗大量的电能。

3.转炉炼钢法转炉炼钢法是将钢铁废料和钒铁矿石等原料放入转炉中进行熔炼，生成钒铁的一种方法。

该方法具有生产效率高、能耗低等优点，但是需要消耗大量的氧气和煤气。

三、钒铁的应用领域1.钢铁冶金钒铁是钢铁冶金中常用的添加剂之一，可以提高钢铁的强度和韧性。

钒铁还可以用于制造合金钢、不锈钢等。

2.耐火材料钒铁可以用于制造耐火材料，如高温合金、耐腐蚀合金和耐磨合金等。

这些材料具有良好的耐高温、耐腐蚀和耐磨性能，可以用于制造高温炉膛、化工设备和机械零件等。

3.化工领域钒铁可以用于制造氧化钒、硝酸铵等化工产品。

钒钛磁铁矿共（伴）生SM元素的提取原创邹建新李亮教授等1 钒钛磁铁矿中共（伴）生SM元素的状况典型钒钛磁铁矿中共生有铁、钒、钛三种主要有益元素，同时还伴生有钴、镍、铬、锰、铜、硫、镓、钪、稀土及铂族元素，主要富集在钛磁铁矿、钛铁矿和硫化物矿物之中。

矿石经过机械破碎、球磨可以达到以上三种有益矿物和脉石矿物的单体解离，再通过磁选、重选、浮选、电选等选矿工艺就可以将有用矿物分离出来，生产出钒铁精矿、钛精矿和硫钴精矿等三个矿产品。

钒铁精矿：以含铁钒为主，还含有铬、钛、镓、锰、铜、钴、镍等有益元素，是综合回收以上元素的原料，炼钢时采用转炉法提取钒渣，其它有益元素冶炼中部分进入铁水，成为半钢，为改善提高生铁和钢材的性能起了积极作用。

钛精矿：以含钛为主，兼含有铁锰、钪等有益元素。

钛精矿是生产钛白粉、高钛渣的原料，同时可以综合回收铁，制取铁红、铁粉。

钪是一种高度分散元素，在选冶过程中主要向钛精矿中富集。

分析表明，原矿中含钪25.4～28.3克/吨，钛铁矿中为101克/吨，钛磁铁矿中25克/吨，而高炉冶炼高钛渣的烟尘中富集到132克/吨。

硫钴精矿：以含铁、钴、镍、硫、铜等元素为主，其它元素都有分布，硫化物矿物也是硒、碲、铂族元素的载体矿物，是综合回收钴、镍、铜、硫、铁、硒、碲、铂族元素等的重要原料。

钒钛磁铁矿是世界少有的多金属共生矿，有20多种有价元素达到提取标准。

伴生在钒钛磁铁矿中除了钒和钛，还有钴、镍、镓、钪、铂族和金等。

采用高炉流程冶炼钒钛磁铁矿实现铁、钒和钛的回收，其它有益元素如：镓、钪和锌等未实现回收，造成了资源的浪费。

稀有元素多伴生在钒钛磁铁矿物中，微且分散，一般从提取有色、黑色主体金属的副产物中回收。

它们主要赋存于各种废液和废渣中。

2 钒钛磁铁矿中主要伴生SM元素用途随着人们对SM的认识和研究的逐步深化，特别是近十年来SM的应用在各个领域崭露头角。

单独使用SM的情况较少，往往掺杂于其它有色金属制备出一系列化合物或合金，如半导体材料，电子光学材料，新型节能材料，特殊合金及有机金属化合物等，是支撑当代电子计算机，通讯，宇航，能源，医药卫生及军工等高新技术的重要基础材料之一。

钒铁冶炼（钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池）原创邹建新崔旭梅李俊翰教授等1 钒铁冶炼方法及特点(1)以还原剂来区分：通常分为硅热法、铝热法、碳热法三种。

(2)以还原设备区分：在电炉中冶炼的有电炉法（包括碳热法、电硅热法和电铝热法）。

不用电炉加热，只依靠自身反应放热的方法称为铝热法（即炉外法）。

(3)以含钒原料不同区分：用五氧化二钒、三氧化二钒、钒渣原料冶炼钒铁的方法。

(4)根据热源不同可分为：碳热法、电热法、电硅热法、金属热法。

不同方法，特点不同，一种是耗电能大，工序复杂，但产品质量稳定，还原剂价格低。

另一种是耗铝量大，回收率低，合金品位高，不用电能。

2 钒铁产品的牌号及成分钒铁牌号根据含钒量分为低钒铁：FeV35～50，一般用硅热法生产；中钒铁：FeV55～65；高钒铁：Fe70~80，一般用铝热法生产。

国内钒铁牌号及成分如表5.5.1，国际钒铁牌号及成分如表5.5.2。

80 FeV产品外观如图5.5.1。

（1）我国钒铁标准（GB 4139-2012）表5.5.1 我国钒铁牌号及成分标准表5.5.2 国际钒铁牌号及成分标准图5.5.1 80 FeV产品外观图5.5.2 冶炼钒铁的电弧炉3 金属热法冶炼钒铁的原理金属热法冶炼铁合金一般是用比较活泼的金属去还原比较不活泼的金属氧化物，并获得该金属与铁熔于一起，从而生成铁合金。

主要反应原理为：Me x O y+Al─→Al2O3+Me ϑH(Al)=Q kJ/mol∆298Me x O y+Si─→SiO2+Me ϑH(Si)=Q kJ/mol∆298Me x O y+Mg─→MgO+Me ϑH(Mg)=Q kJ/mol∆298Me x O y+Ca─→CaO+Me ϑH(Ca)=Q kJ/mol∆298上述Q值等于-301.39kJ时，该反应式能自发进行，反应放热能达到使炉料熔化、反应、渣铁分离的程度。

当然，要使Me的收率达到高的指标，这个值不一定是最佳的。

钒及钒生产工艺第一章钒的性质及应用一、钒的性质：钒是一种十分重要的战略物资，在钢铁、电子、化工、宇航、原子能、航海、建筑、体育、医疗、电源、陶瓷等在国民经济和国防中占有十分重要的位置。

常温下钒的化学性质较稳定，但在高温下能与碳、硅、氮、氧、硫、氯、溴等大部分非金属元素生成化合物。

例如：钒在空气中加热至不同温度时可生成不同的钒氧化物。

在180℃下，钒与氯作用生成四氯化钒（VCl4）；当温度超过800℃时，钒与氮反应生成氮化钒（VN）；在800～1000℃时，钒与碳生成碳化钒（VC）。

钒具有较好的耐腐蚀性能，能耐淡水和海水的侵蚀，亦能耐氢氟酸以外的非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸）和碱溶液的侵蚀，但能被氧化性酸（浓硫酸、浓氯酸、硝酸和王水）溶解。

在空气中，熔融的碱、碱金属碳酸盐可将金属钒溶解而生成相应的钒酸盐。

此外，钒亦具有一定的耐液态金属和合金（钠、铅、铋等）的腐蚀能力。

钒有多种氧化物。

V2O3和V2O4之间，存在着可用通式V n O2n-1(3≤n≤9)表示的同族氧化物，在V2O4到V2O5之间，已知有V3O5、V3O7、V4O7、V4O9、V5O9、V6O11、V6O13等氧化物。

工业上钒氧化物主要是以V2O5、V2O4和V2O3形式存在，特别是V2O5和生产尤为重要。

它们的主要性质列于下表：二、钒的应用三、五氧化二钒的性质V2O5是一种无味、无嗅、有毒的橙黄色或红棕色的粉末，微溶于水（质量浓度约为0.07g/L），溶液呈黄色。

它在约670℃熔融，冷却时结晶成黑紫色正交晶系的针状晶体，它的结晶热很大，当迅速结晶时会因灼热而发光。

V2O5是两性氧化物，但主要呈酸性。

当溶解在极浓的NaOH中时，得到一种含有八面体钒酸根离子VO43-的无色溶液。

它与Na2CO3一起共熔得到不同的可溶性钒酸钠。

第二章五氧化二钒生产工艺方法概述五氧化二钒生产工艺大致历经了70年，通过几代人的不断总结、探讨，已初步形成了不同的生产工艺模式。

氮化钒合金生产（钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池）原创邹建新崔旭梅李俊翰教授等1 产品性能及用途碳化钒、氮化钒可用于结构钢、工具钢、管道钢、钢筋、普通工程钢以及铸铁中，是两种重要的钒合金添加剂。

钒产量的80％-90％用于钢铁工业，其主要原因是钒同碳、氯反应形成耐熔性碳、氮化物，根据钢的成分和钢处理过程的温度情况，这些化合物在钢中能起沉淀硬化和晶粒细化的作用。

因此，碳化钒、氮化钒合金在钒钢生产中起着日趋重要的作用。

已有的研究表明：碳化钒、氯化钒添加于钢中能提高钢的耐磨性、耐腐性、韧性、强度、延展性和硬度以及抗热疲劳性等综合力学性能，并使钢具有良好的可焊接性能，而且能起到消除夹杂物延伸等作用。

尤其是在高强度低合金钢中，氮化钒中含有碳，比碳化钒更有利于促进富氮的碳、氯化钒的析出，从而更有效地强化和细化晶粒，节约含钒原料，降低生产成本。

另外，碳化钒还可作为制取金属钒的原料。

由于氮化钒与碳化钒在制造上存在较大难度，尚处于发展阶段，目前只有美国、南非、中国等可以生产，国内仍处于进一步研发阶段。

氮化钒又称“NITROVAN”，是一种既含钒，又含氮和碳的复合合金，是一种优良的炼钢添加剂。

氮化钒铁通过细化晶粒和沉淀强化作用，大幅度提高钢的强度和改善钢的韧性等综合特性；加入氮化钒铁的钢筋具有成本低、性能稳定、强度波动小、冷弯、焊接性能优良、基本无时效等特点；加入氮化钒铁无需改变国内钢铁企业目前II级螺纹钢的生产工艺，对控温、控轧无特殊要求，尤其适合我国钢铁企业在现有生产设备和工艺条件下，迅速实现螺纹钢产品由Ⅱ级向Ⅲ级、Ⅳ级乃至Ⅴ级螺纹钢的升级换代。

氮化钒铁还广泛应用与薄板坯连铸连轧高强度带钢、非调质钢、高强度H型钢、高速工具钢、高强度管线钢等产品中，是通过微合金化提高钢的强度，改善和提高钢的韧性等综合性能的一条经济有效途径。

碳化钒熔点高、化学性能稳定性好，主要用来制造金属陶瓷、耐热合金和硬质合金。