钒电池之钒的性质及用途简介

钒电池之钒的性质及用途简介
 

　　钒是一种神奇的金属，化合价有 2+、 3+ 和5+ ，金属单质钒很少，其主要形态有：VO（氧化

钒）， V2O3（三氧化二钒），V2O5（五氧化二钒），FeV（钒铁）及偏钒酸铵等，工业上使用最多的是

V2O5和FeV，主要用于冶金的添加剂，增强钢铁的强度和韧性。

一、性质
　　1、钒的性质
　　钒（Vanadium），化学符号V，元素周期表中序数为23，原子量为50.94。钒是银白色略带蓝色的金属，具有延展性；含有氧、氮、氢时则变脆、硬。钒在较高的温度下与原子量较小的非金属形成稳定的化合物；在低温下有良好的耐腐蚀性。钒进入合金后可增强合金的强度，降低热膨胀系数。
    钒在地壳中的丰度约为0.02%，比铜、锌、镍、铬都高。按地壳中元素丰度排列第13位。可以说，在地壳中含有非常丰富的钒金属。但钒金属有一个特点，很难形成独立的矿床，伴生性非常明显，因此在自然界非常分散，通常和其他金属伴生，如：钒钛磁铁矿。因此，不太容易单独对钒金属进行开采和提炼，钒产品多作为冶金业的副产品生产。
　　2、五氧化二钒的性质
　　五氧化二钒（V2O5）为褐色固体，有两种形态：粉状和片状，因在富氧和缺氧的加热条件下而得到不同的形态。
　　五氧化二钒有毒性。在国际化学剧毒品名录中排名第43位。其毒性主要是对呼吸道有刺激，引起鼻粘膜充血。如果过多的吸入了粉状的五氧化二钒，有头昏、恶心等感觉，擤鼻涕时可能会带有血丝。如果五氧化二钒中毒，离开了现场症状自然缓解，休息一两天一般自然恢复，不需治疗。在国内没有对五氧化二钒毒性检测的规程，但中华人民共和国国标中也明确列示其为剧毒物质，生产过程需要在省级安监部门办理安全生产许可证。
　　3 、偏钒酸铵
　　偏钒酸铵（NH4VO3）为白色结晶体，既是一种独立的产品，也是制造五氧化二钒的上一道工序的中间产品，其性质与五氧化二钒相似，其生产也需要办理安全生产许可证。
　　4 、钒铁的性质
　　工业上使用的钒，主要是元素钒。五氧化二钒（V2O5）中，钒的原子量仅占56%，其余为氧原子量。所以冶金上的添加剂不是直接采用V2O5，而是使用钒铁（FeV）。V2O5经过加工，脱去V2O5中的氧原子，就可以生产钒铁。在FeV中，钒的原子量可以到达65%—85%。
　　5、三氧化二钒的性质
　　三氧化二钒的性质与五氧化二钒的性质相似，主要是为了增加钒原子在分子中的比例而研制的一种高科技生产技术，目前主要是攀钢钢钒等少数企业所掌握。
二、钒的用途
　　世界上金属钒的生产成本高，产量很少，除了少数特殊用途外，工业上钒的使用形态主要为五氧化二钒（V2O5）和钒铁FeV。
　　1、在钢铁中的应用
　　在我国90%左右的钒用于钢铁工业,钒在钢中应用主要是通过添加钒来提高强度和韧性。在结构钢中加入0·1%的钒,可提高强度10%~20%,减轻结构重量15%~25%,降低成本8%~10%。高强度的含钒钢可减轻金属结构重量的40%－50％，成本则比普通结构钢低15％－30％。以钢筋为例，我国目前还在大量使用Ⅱ级钢筋，Ⅲ级高强度钢筋所占的比例仅为 10％.左右。而国际通用的钢筋是 460Mpa的Ⅲ级钢筋，欧洲已经在使用 500Mpa的钢筋。
　　由于钒钢具有强度大,韧性、耐磨性及耐蚀性好的特点而广泛应用于输油(气)管道、建筑、桥梁、钢轨和压力容器等工程建设中。下图是钒在各领域的应用比例：

　　2、在合金中的应用
　　钒和钛组成重要的金属合金Ti-6A1-4 V、用于飞机发动机、宇航船舱骨架、导弹、军舰的水翼和引进器、蒸汽涡轮机叶片、火箭发动机壳等。此外，钒合金还应用于磁性材料、硬质合金、超导材料(如V3Ga)及核反应堆材料等领域。
　　3、钒电池
　　钒在电池中是以钒的氧化物形式作正极，如把V2O5和V6O13用作锂电池的正极。钒电池的优点是可在常温下安全使用，电解液和电池使用寿命均长，制造成本低。日本电池用V2O5的消费量约为5000t/a，约占世界V2O5总消费量的10%。
　　此外，在美国、澳大利亚和我国的攀钢、承钢也在研究钒在蓄电池中的应用，如果未来钒电池能够推广，将是钒金属的另一个需求增长极。
　　4、钒在化学工业的应用
　　在化学工业中应用的钒制品主要有深加工产品V2O5(98％－99.99％)，NH4VO3(偏钒酸铵)、NaVO3及KVO3等它们分别应用丁催化剂、陶瓷着色剂、显影剂、干燥剂及生产高纯氧化钒或钒铁的原料。美国开发出一种新型钒催化剂，用于制硫酸、提炼石油和化工生产中。
　　5、钒在其他领域中的应用
　　除了以上的应用领域外，钒还在玻璃、陶瓷、医学等方面有比较广泛的用途。