钒是一种银灰色的过渡金属，硬度较高，具有良好的延展性。常温下化学性质较稳定，耐腐蚀（因表面形成氧化膜）。 可形成多种氧化态（+2、+3、+4、+5），其中+5价（如V₂O₅）最常见且化学活性强。与酸、碱反应的条件较苛刻（如浓硫酸或氢氟酸）。

应用领域

1.钢铁工业（占全球用量85%）： 作为合金元素（钒钢），显著提升强度、韧性和耐热性，用于工具钢、装甲、钢轨等。

2.航空航天： 钛-铝-钒合金（如Ti-6Al-4V）用于飞机发动机和机身部件。

3.能源存储： 全钒液流电池（VRFB）因其长寿命和大规模储能潜力成为研究热点。

4.化工催化剂： V₂O₅用于硫酸生产、脱硝催化剂（SCR技术）。

5.其他用途： 超导材料（如钒三镓）、色素（钒酸铋黄）、生物医学植入物涂层。

生物作用与毒性

1.生物作用： 某些海洋生物（如海鞘）的血细胞中含钒蛋白，功能类似血红蛋白。 可能参与人体糖代谢（模拟胰岛素效应，但证据有限）。

2.毒性： 高浓度钒化合物（如V₂O₅粉尘）对呼吸系统和皮肤有刺激性，需防护。

矿石冶炼烟道灰中回收钒是一项重要的资源综合利用技术，以下是钒回收的主要流程和技术要点：

1.烟道灰中钒的来源与特性

来源：主要来自钒钛磁铁矿冶炼、石煤提钒、石油焦燃烧等过程，钒以氧化物（如V₂O₅）或钒酸盐形式存在于烟道灰中。

成分特点：烟道灰通常含钒1%~10%，同时含有硅、铝、铁、钙等杂质，可能还含少量重金属（如铬、镍）。

2.钒回收工艺流程

(1)预处理

干燥与研磨：降低烟道灰湿度，提高后续反应的效率。

物理分离：通过磁选去除铁杂质，或浮选富集钒。

(2)浸出

酸浸法： 常用硫酸（H₂SO₄）或盐酸（HCl）在加热条件下（80~100℃）浸出，钒以VO²⁺或VO₃⁻形式进入溶液。

碱浸法： 采用NaOH或Na₂CO₃溶液，适用于钒以酸性氧化物形式存在的烟道灰。

(3)净化与富集

pH调节：加入铵盐（如(NH₄)₂SO₄）或调节pH至2~3，使钒选择性沉淀（如生成多钒酸铵APV）。

溶剂萃取：使用胺类萃取剂（如Alamine 336）从浸出液中分离钒。

离子交换：通过树脂吸附钒酸根离子（VO₃⁻或HVO₄²⁻）。

(4) 沉淀与煅烧

铵盐沉淀：加入NH₄Cl或(NH₄)₂SO₄生成偏钒酸铵（NH₄VO₃），再煅烧得到V₂O₅。

钙化焙烧：若烟道灰含钒较低，可添加CaCO₃焙烧，转化为水溶性钒酸钙。

(5)精炼

电解法：制备高纯钒（99.9%以上）。

铝热还原：将V₂O₅还原为金属钒。

离子交换树脂法以其高选择性、低能耗、绿色环保的特点，成为烟道灰提钒的优选技术，尤其适合处理成分复杂、钒浓度波动大的浸出液。以下是其核心优势

1.高选择性吸附：树脂功能基团（如季铵基、胺基）对钒酸根离子（如VO₃⁻、HVO₄²⁻）具有特异性吸附能力，可在高浓度杂质（Fe³⁺、Al³⁺、Si等）中选择性提取钒。

2.高效回收率与纯度：回收率：可达95%以上，远高于传统沉淀法（70%~85%）。 产品纯度：解吸后钒溶液纯度可达99%以上，可直接用于制备高纯V₂O₅或NH₄VO₃。

3.环保与低能耗

减少试剂消耗： 无需大量使用酸/碱或沉淀剂（如传统工艺需NH₄Cl、H₂SO₄），减少废水处理压力。

低排放：避免产生含重金属的污泥（如铁矾渣、钙渣）。

能耗低：常温操作，无需高温焙烧或电解。

4.工艺流程简化

一步富集：直接从浸出液中吸附钒，省去多级沉淀、萃取等复杂步骤。

连续操作：可采用固定床或流化床设备实现自动化控制，适合大规模生产。

5.经济性优势

运行成本低： 树脂再生仅需NaCl/NaOH溶液，试剂成本低于溶剂萃取（如有机胺）。 能耗比火法工艺（如钙化焙烧）降低50%以上。

资源利用率高：对低浓度钒（<1 g/L）的浸出液仍有效，减少资源浪费。