釩電池之釩的性質(zhì)及用途簡介

釩是一種神奇的金屬，化合價(jià)有2+、3+和5+，金屬單質(zhì)釩很少，其主要形態(tài)有：VO（氧化

釩），V2O3（三氧化二釩），V2O5（五氧化二釩），F(xiàn)eV（釩鐵）及偏釩酸銨等，工業(yè)上使用最多的是

V2O5和FeV，主要用于冶金的添加劑，增強(qiáng)鋼鐵的強(qiáng)度和韌性。

一、性質(zhì)

1、釩的性質(zhì)

釩（Vanadium），化學(xué)符號V，元素周期表中序數(shù)為23，原子量為50.94。釩是銀白色略帶藍(lán)色的金屬，具有延展性；含有氧、氮、氫時(shí)則變脆、硬。釩在較高的溫度下與原子量較小的非金屬形成穩(wěn)定的化合物；在低溫下有良好的耐腐蝕性。釩進(jìn)入合金后可增強(qiáng)合金的強(qiáng)度，降低熱膨脹系數(shù)。

釩在地殼中的豐度約為0.02%，比銅、鋅、鎳、鉻都高。按地殼中元素豐度排列第13位。可以說，在地殼中含有非常豐富的釩金屬。但釩金屬有一個(gè)特點(diǎn)，很難形成獨(dú)立的礦床，伴生性非常明顯，因此在自然界非常分散，通常和其他金屬伴生，如：釩鈦磁鐵礦。因此，不太容易單獨(dú)對釩金屬進(jìn)行開采和提煉，釩產(chǎn)品多作為冶金業(yè)的副產(chǎn)品生產(chǎn)。

2、五氧化二釩的性質(zhì)

五氧化二釩（V2O5）為褐色固體，有兩種形態(tài)：粉狀和片狀，因在富氧和缺氧的加熱條件下而得到不同的形態(tài)。

五氧化二釩有毒性。在國際化學(xué)劇毒品名錄中排名第43位。其毒性主要是對呼吸道有刺激，引起鼻粘膜充血。如果過多的吸入了粉狀的五氧化二釩，有頭昏、惡心等感覺，擤鼻涕時(shí)可能會帶有血絲。如果五氧化二釩中毒，離開了現(xiàn)場癥狀自然緩解，休息一兩天一般自然恢復(fù)，不需治療。在國內(nèi)沒有對五氧化二釩毒性檢測的規(guī)程，但中華人民共和國國標(biāo)中也明確列示其為劇毒物質(zhì)，生產(chǎn)過程需要在省級安監(jiān)部門辦理安全生產(chǎn)許可證。

3、偏釩酸銨

偏釩酸銨（NH4VO3）為白色結(jié)晶體，既是一種獨(dú)立的產(chǎn)品，也是制造五氧化二釩的上一道工序的中間產(chǎn)品，其性質(zhì)與五氧化二釩相似，其生產(chǎn)也需要辦理安全生產(chǎn)許可證。

4、釩鐵的性質(zhì)

工業(yè)上使用的釩，主要是元素釩。五氧化二釩（V2O5）中，釩的原子量僅占56%，其余為氧原子量。所以冶金上的添加劑不是直接采用V2O5，而是使用釩鐵（FeV）。V2O5經(jīng)過加工，脫去V2O5中的氧原子，就可以生產(chǎn)釩鐵。在FeV中，釩的原子量可以到達(dá)65%—85%。

5、三氧化二釩的性質(zhì)

三氧化二釩的性質(zhì)與五氧化二釩的性質(zhì)相似，主要是為了增加釩原子在分子中的比例而研制的一種高科技生產(chǎn)技術(shù)，目前主要是攀鋼鋼釩等少數(shù)企業(yè)所掌握。

二、釩的用途

世界上金屬釩的生產(chǎn)成本高，產(chǎn)量很少，除了少數(shù)特殊用途外，工業(yè)上釩的使用形態(tài)主要為五氧化二釩（V2O5）和釩鐵FeV。

1、在鋼鐵中的應(yīng)用

在我國90%左右的釩用于鋼鐵工業(yè),釩在鋼中應(yīng)用主要是通過添加釩來提高強(qiáng)度和韌性。在結(jié)構(gòu)鋼中加入0·1%的釩,可提高強(qiáng)度10%~20%,減輕結(jié)構(gòu)重量15%~25%,降低成本8%~10%。高強(qiáng)度的含釩鋼可減輕金屬結(jié)構(gòu)重量的40%－50％，成本則比普通結(jié)構(gòu)鋼低15％－30％。以鋼筋為例，我國目前還在大量使用Ⅱ級鋼筋，Ⅲ級高強(qiáng)度鋼筋所占的比例僅為10％.左右。而國際通用的鋼筋是460Mpa的Ⅲ級鋼筋，歐洲已經(jīng)在使用500Mpa的鋼筋。

由于釩鋼具有強(qiáng)度大,韌性、耐磨性及耐蝕性好的特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于輸油(氣)管道、建筑、橋梁、鋼軌和壓力容器等工程建設(shè)中。下圖是釩在各領(lǐng)域的應(yīng)用比例：

2、在合金中的應(yīng)用

釩和鈦組成重要的金屬合金TI-6A1-4V、用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)、宇航船艙骨架、特種、軍艦的水翼和引進(jìn)器、蒸汽渦輪機(jī)葉片、火箭發(fā)動機(jī)殼等。此外，釩合金還應(yīng)用于磁性材料、硬質(zhì)合金、超導(dǎo)材料(如V3Ga)及核反應(yīng)堆材料等領(lǐng)域。

3、釩電池

釩在電池中是以釩的氧化物形式作正極，如把V2O5和V6O13用作鋰電池的正極。釩電池的優(yōu)點(diǎn)是可在常溫下安全使用，電解液和電池使用壽命均長，制造成本低。日本電池用V2O5的消費(fèi)量約為5000t/a，約占世界V2O5總消費(fèi)量的10%。

此外，在美國、澳大利亞和我國的攀鋼、承鋼也在研究釩在蓄電池中的應(yīng)用，如果未來釩電池能夠推廣，將是釩金屬的另一個(gè)需求增長極。

4、釩在化學(xué)工業(yè)的應(yīng)用

在化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用的釩制品主要有深加工產(chǎn)品V2O5(98％－99.99％)，NH4VO3(偏釩酸銨)、NaVO3及KVO3等它們分別應(yīng)用丁催化劑、陶瓷著色劑、顯影劑、干燥劑及生產(chǎn)高純氧化釩或釩鐵的原料。美國開發(fā)出一種新型釩催化劑，用于制硫酸、提煉石油和化工生產(chǎn)中。

5、釩在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用

除了以上的應(yīng)用領(lǐng)域外，釩還在玻璃、陶瓷、醫(yī)學(xué)等方面有比較廣泛的用途。