釩冶金

前言

釩的發(fā)現(xiàn)已有近200年的歷史，發(fā)現(xiàn)之初就以其水溶液的絢麗多彩而著稱(chēng)，以致于發(fā)現(xiàn)者借用瑞典女神Vanadis為象征，將它命名為Vanadium。釩在地殼中的蘊(yùn)藏量并不低，與銅、鋅等處于同一水平，但資源分散，常與其他金屬共生，分離提取困難，且成本昂貴。早期人們只將它作為顏料，曾嘗試將其制成黑色油墨，但性能并不理想。直到100年后發(fā)現(xiàn)，將其加入鋼中，而且只需少量，例如在合金中加入0.1％的釩，則可顯著提高合金的力學(xué)性能，并增加塑性、改進(jìn)耐磨和耐腐蝕等性能。自此以后，隨著釩資源的擴(kuò)大，提取技術(shù)的改進(jìn)，產(chǎn)量逐漸提高，用途曰益擴(kuò)展，遍及各個(gè)方面，包括冶金、化工、石油、汽車(chē)、飛機(jī)、航天、能源、電子等領(lǐng)域。但其最主要的用途，仍為）臺(tái)金工業(yè)，其中85％用以煉制合金鋼。釩資源多與其他礦物共生，只在秘魯發(fā)現(xiàn)過(guò)單一的硫化礦，但儲(chǔ)量有限，到20世紀(jì)中葉即已枯竭，此后主要靠鉑釩礦，與鉑作為聯(lián)產(chǎn)物供應(yīng)市場(chǎng)，主要源產(chǎn)地為美國(guó)的科羅拉多州。20世紀(jì)末隨著核原料市場(chǎng)的萎縮，這條生產(chǎn)鏈也處于不景氣狀態(tài)。目前釩的主產(chǎn)地為南非大裂谷、俄羅斯的烏拉爾地區(qū)以及我國(guó)的四川攀枝花地區(qū)，主要的資源是釩鈦磁鐵礦，產(chǎn)釩量占全世界總產(chǎn)量的90％以上。從20世紀(jì)中期開(kāi)始，人們發(fā)現(xiàn)委內(nèi)瑞拉的石油燒渣中有含量很高的釩，例如燃油鍋爐灰、燃油飛灰中五氧化二釩含量高的可達(dá)10％以上，遠(yuǎn)高于礦石中的含量。

內(nèi)容概要

釩作為一種重要的有色金屬，已被廣泛用于冶金、化工、航天、能源、電子等各個(gè)領(lǐng)域。本書(shū)作者將理論和實(shí)際相結(jié)合，介紹了釩金屬及其化合物的發(fā)現(xiàn)、提取、開(kāi)發(fā)、回收、應(yīng)用等方面的內(nèi)容，展示了釩金屬提取及應(yīng)用領(lǐng)域的最新科技和生產(chǎn)成果。    本書(shū)屬于《現(xiàn)代有色金屬冶金科學(xué)技術(shù)叢書(shū)》中的一冊(cè)，可供廠礦、企業(yè)、科研等單位從事釩的冶金、提取、加工、生產(chǎn)及釩制品研制和應(yīng)用工作的有關(guān)人員使用和參考，也可作為高校相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)用書(shū)。

書(shū)籍目錄

1  概論  1.1  釩的發(fā)現(xiàn)  1.2  釩工業(yè)的興起  1.3  釩工業(yè)的新進(jìn)展  參考文獻(xiàn)2  釩資源  2.1  釩資源概況  2.2  釩的礦物  2.3  釩的地質(zhì)化學(xué)“  2.4  釩資源的地理分布    2.4.1  非洲“    2.4.2  歐洲“    2.4.3  亞洲    2.4.4  北美洲    2.4.5  中南美洲    2.4.6  大洋洲  2.5  釩資源的儲(chǔ)量與儲(chǔ)量基礎(chǔ)  2.6  釩工業(yè)的生產(chǎn)概況    2.6.1  南非共和國(guó)    2.6.2  俄羅斯    2.6.3  中國(guó)    2.6.4  澳大利亞    2.6.5  美國(guó)  參考文獻(xiàn)3  釩及釩化合物的性質(zhì)  3.1  釩的物理性質(zhì)  3.2  釩的化學(xué)性質(zhì)  3.3  釩氧化物、氫氧化物的性質(zhì)    3.3.1  五氧化二釩    3.3.2  四價(jià)釩的氧化物    3.3.3  三價(jià)釩的氧化物    3.3.4  二價(jià)釩的氧化物    3.3.5  釩的過(guò)氧化物    3.3.6  釩的氫氧化物    3.3.7  不同價(jià)態(tài)的釩離子與化合物之間的關(guān)系  3.4  釩酸的性質(zhì)  3.5  釩酸鹽的性質(zhì)    3.5.1  五價(jià)釩酸鹽    3.5.2  四價(jià)釩的鈉鹽    3.5.3  三價(jià)釩的鈉鹽    3.5.4  二價(jià)釩鹽  3.6  釩的鹵化物及氧釩鹵化物    3.6.1  五價(jià)鹵化釩    3.6.2  四價(jià)的氟化釩    3.6.3  三價(jià)的氟化釩    3.6.4  二價(jià)的氟化釩    3.6.5  氧釩氟化物    3.6.6  四氯化釩    3.6.7  三氯化釩    3.6.8  二氯化釩    3.6.9  三氯氧釩    3.6.10  一氯二氧釩    3.6.11  二氯氧釩    3.6.12  一氯氧釩    3.6.13  四溴化釩    3.6.14  三溴化釩    3.6.15  二溴化釩    3.6.16  三溴氧釩    3.6.17  二溴氧釩    3.6.18  一溴氧釩    3.6.19  三碘化釩    3.6.20  二碘化釩    3.6.21  釩鹵素配合物及釩氧鹵素配合物  3.7  釩的硫化物  3.8  釩的晶隙間化合物    3.8.1  釩的氫化物    3.8.2  釩的氮化物    3.8.3  釩的碳化物  3.9  釩-氧類(lèi)水溶液化學(xué)  參考文獻(xiàn)4  釩的應(yīng)用  4.1  概述  4.2  釩在金屬材料中的應(yīng)用    4.2.1  釩在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用    4.2.2  釩在其他工業(yè)中的應(yīng)用  參考文獻(xiàn)5  釩冶金過(guò)程基礎(chǔ)  5.1  物理富集    5.1.1  釩鈦磁鐵礦的富集    5.1.2  鈦精礦及硫化物精礦的分離    5.1.3  其他類(lèi)型釩礦的富集分離  5.2  冶金工藝——鐵鋼冶煉、富集釩渣    5.2.1  鐵精礦高爐冶煉前處理    5.2.2  釩鈦磁鐵礦的高爐冶煉    5.2.3  釩鈦磁鐵礦的高爐鐵水——提釩煉鋼    5.2.4  非高爐冶煉法  5.3  化學(xué)工藝——鈉化焙燒  5.4  釩的濕法冶金工藝及設(shè)備    5.4.1  浸取    5.4.2  浸取設(shè)備    5.4.3  浸取液的凈化    5.4.4  溶劑萃取法    5.4.5  離子交換法    5.4.6  水解沉釩    5.4.7  銨鹽沉釩    5.4.8  釩酸鈣、釩酸鐵鹽沉淀法    5.4.9  釩沉淀物的后處理：分解一煅燒一熔片    5.4.10  沉釩方法的比較  5.5  生產(chǎn)過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題    5.5.1  常見(jiàn)的技術(shù)難題    5.5.2  釩生產(chǎn)廠成功的關(guān)鍵因素  參考文獻(xiàn)6  濕法冶金提取釩的工藝過(guò)程舉例  6.1  釩鈦磁鐵礦(TFM)直接生產(chǎn)五氧化二釩    6.1.1  芬蘭    6.1.2  南非    6.1.3  從冶金釩渣提取V2O5  6.2  自含釩鈾礦提釩    6.2.1  鈉鹽焙燒工藝    6.2.2  直接酸浸    6.2.3  溶劑萃取分離鈾、釩    6.2.4  美國(guó)鈾、釩聯(lián)合提取流程  6.3  石煤提釩    6.3.1  我國(guó)石煤提釩的現(xiàn)狀    6.3.2  石煤提釩技術(shù)的進(jìn)展  6.4  其他原料提釩    6.4.1  從氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中回收釩    6.4.2  從石油燃灰中回收釩    6.4.3  從廢催化劑中回收釩  參考文獻(xiàn)7  釩鐵(鐵合金)的冶煉  7.1  釩鐵冶煉原理  7.2  電硅熱法    7.2.1  原料及配料    7.2.2  冶煉操作  7.3  鋁熱法生產(chǎn)釩鐵  7.4  氮化釩與碳化釩的生產(chǎn)  參考文獻(xiàn)8  金屬釩的制取  8.1  釩化合物的還原反應(yīng)熱力學(xué)  8.2  釩氧化物的鈣熱還原法    8.2.1  反應(yīng)熱力學(xué)    8.2.2  反應(yīng)步驟  8.3  釩氧化物的鋁熱還原法    8.3.1  物理化學(xué)    8.3.2  還原步驟    8.3.3  鋁熱還原法生產(chǎn)裝置  8.4  釩氯化物的鎂熱還原法    8.4.1  物理化學(xué)    8.4.2  VCl4的鎂熱還原過(guò)程    8.4.3  VCl4的鎂熱還原過(guò)程    8.4.4  VCl2的鎂熱還原法  8.5  其他金屬還原劑對(duì)氯化釩的還原法  8.6  氯化釩的碳熱還原法    8.6.1  物理化學(xué)    8.6.2  碳熱法多步還原過(guò)程  8.7  釩化合物的氫還原  參考文獻(xiàn)9  粗釩的精煉——制備高純釩  9.1  熱真空處理    9.1.1  蒸餾    9.1.2  脫氫    9.1.3  脫氮    9.1.4  脫氧    9.1.5  碳、硅的脫除  9.2  釩的高溫真空精煉    9.2.1  真空燒結(jié)過(guò)程    9.2.2  釩的感應(yīng)熔煉    9.2.3  電弧爐熔煉    9.2.4  電子束熔煉(Electron beam melting，EBM)  9.3  釩電解精煉    9.3.1  電解池    9.3.2  鋁熱還原釩的電解精煉    9.3.3  鈣熱還原釩的電解精煉    9.3.4  碳熱還原釩的電解精煉  9.4  碘精煉法  9.5  固態(tài)電子傳遞  9.6  小結(jié)  參考文獻(xiàn)10  環(huán)境保護(hù)與展望  10.1  釩與自然界    10.1.1  地殼、土壤    10.1.2  大氣    10.1.3  水體    10.1.4  動(dòng)植物區(qū)系  10.2  釩工業(yè)中的環(huán)境治理問(wèn)題    10.2.1  氣體污染源    10.2.2  廢水    10.2.3  固體廢棄物  10.3  釩的毒性與環(huán)境安全指標(biāo)  10.4  釩與人類(lèi)健康  10.5  釩冶金的可持續(xù)發(fā)展    10.5.1  美國(guó)的釩資源    lO.5.2  生產(chǎn)及過(guò)程流失    10.5.3  釩鐵、非鐵合金、化學(xué)品生產(chǎn)過(guò)程中釩的流失    10.5.4  非冶金來(lái)源排入大氣的釩  參考文獻(xiàn)11  附錄  11.1  世界各國(guó)釩生產(chǎn)廠、礦、企業(yè)概況  11.2  含釩鐵基合金材料舉例  11.3  釩制品產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)    11.3.1  V205    11.3.2  含釩生鐵    11.3.3  釩鐵    11.3.4  釩渣  11.4  礦產(chǎn)儲(chǔ)量分類(lèi)、分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)    11.4.1  礦產(chǎn)儲(chǔ)量分類(lèi)    11.4.2  礦產(chǎn)儲(chǔ)量分級(jí)    11.4.3  各級(jí)儲(chǔ)量條件    11.4.4  礦產(chǎn)資源與儲(chǔ)量分類(lèi)新標(biāo)準(zhǔn)  11.5  金屬硬度及強(qiáng)度換算、腐蝕速度單位換算    11.5.1  黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算    11.5.2  材料腐蝕速度單位換算  11.6  單位換算    11.6.1  電磁量單位的換算(一)    11.6.2  電磁量單位的換算(二)  11.7  元素周期表和磁性參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：釩的發(fā)現(xiàn)非常具有戲劇性，它被發(fā)現(xiàn)了兩次，演繹出一段曲折的故事。在產(chǎn)業(yè)革命的浪潮中，歐美大陸的科技創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)。剛剛進(jìn)入19世紀(jì)的1801年在墨西哥城的一所礦山學(xué)校任教的西班牙人德.里奧（Andres Manual Del Rio，1764-1849），在研究墨西哥Zimapan地區(qū)的褐鉛礦時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種新元素。這個(gè)消息迅即傳到了法國(guó)巴黎科學(xué)院。這種新元素的鹽類(lèi)用酸處理后，呈現(xiàn)紅色，所以當(dāng)時(shí)將它命名為Erythronium，其拉丁文的含義是紅色。1803~1804年之間，里奧先后將兩個(gè)褐鉛礦的樣本交到柏林自然博物館和巴黎的Collet Descotil實(shí)驗(yàn)室。1805年Collet Descotil實(shí)驗(yàn)室作出一個(gè)草率的結(jié)論，稱(chēng)該礦石中只不過(guò)含有鉻，并無(wú)新元素。此后里奧因釩的性質(zhì)與前不久被發(fā)現(xiàn)的鉻相似，對(duì)自己的發(fā)現(xiàn)也信心不足。1828年，德國(guó)學(xué)者Wohler.對(duì)存放在德國(guó)自然博物館的褐鉛礦樣品進(jìn)行研究，其結(jié)果與法國(guó)巴黎C-D實(shí)驗(yàn)室的結(jié)論相反，注意到褐鉛礦樣品的性質(zhì)并不與鉻相同，但他因病而中斷了研究，從而錯(cuò)過(guò)了證明釩元素的機(jī)會(huì)。到1830年，瑞典的醫(yī)生兼化學(xué)家西弗斯特姆（Nil Gabriel Sefst：Fom，1787-1854）從瑞典了aberg的鐵礦煉制的生鐵中，發(fā)現(xiàn)了一種新元素，其性質(zhì)既類(lèi)似鉻，又類(lèi)似鈾，但不同于鈾和鉻的是，這種新元素的水溶液有美麗的顏色，為此他給這種新元素以北歐女神維拉斯（FYeya Vanadis）的名義命名為Vanadium（釩）。稍后不久，瑞典科學(xué)家貝澤里斯（Jones Jakob Berzelius，1779-1848）證明了西弗斯特姆發(fā)現(xiàn)的新元素與德.里奧發(fā)現(xiàn)的是同一種元素，隨即轉(zhuǎn)告他的學(xué)生Wohler，對(duì)他錯(cuò)過(guò)機(jī)會(huì)表示惋惜。此后不久，德。里奧也重新確認(rèn)了他自己30年前的發(fā)現(xiàn)，但由于他的實(shí)驗(yàn)資料在送往法國(guó)的途中，因船舶事故丟失而無(wú)法提供證據(jù)。

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