化工及相关行业中，钒基催化剂是非常重要的氧化催化剂，
其催化机理是基于钒的配位作用。硫酸工业生产中，V 2O 5是重要的二氧化硫氧化的钒系固体催化剂；通过在活性炭中填充五氧化二钒，可有效提高脱除烟气中的硫氮氧化物；五氧化二钒亦
可以用作有机物(如顺酐和苯酐等)氧化反应的催化剂[6]；
聚合反应是将简单化合物转变为高聚化合物，钒可作为聚合反应催化剂，催化聚合产生无规交替共聚物，也可得到乙烯和丙烯
单元均匀分布的乙丙橡胶[7]
。
另外，钒系催化剂还用于烷基化反应、氨化反应、氧化脱氢反应及醋酸生产等方面[8]。
目前，工业钒系催化剂中，1/3用于硫酸生产，1/3用于乙丙橡胶合成，其余主要用于顺酐和苯酐生产、选择性催化还原(SCR)氮氧化物
等[9]。用于氨合成方面的钒基催化剂大部分处于实验室研发阶段，中国科学院已开发了一种钒基氨合成与氨分解催化剂[10]。
钒电池(全钒氧化还原液流电池)是一种高效储能和高效
输出的装置应用前景广泛，受到了世界各国科研人员的关注和深入研究，并建立了许多商业示范装置。国际上，加拿大VRB Power Systems 公司于2003年和2001年先后建造200kW/800kW ·h 和250kW/2MW ·h 的全钒液流储能电池系统。另外，日本住友电工公司与2005年和2012年先后建造4MW/6MW ·h 和1MW/5MW ·h 全钒液流电池储能系统示范项目。在我国，钒电池研发公司主要包括北京普能、北京金能燃料电池、上海林洋储能、南京国电南
瑞和大连融科储能等高科技公司[11]。
另外，中国科学院大连化学物理研究所于2006年成功研发10kW 全钒液流电池系统。锂离子电池具有储能大和循环次数高等优良特性。但是，制备锂离子电池的材料技术不成熟，成本高、低温下电池放 电效率差等缺点，制约了电池整体性能和真正商业化的发展。根据锂离子电池正极材料分类，主要包括锂镍、锂锰和锂钴氧化物电池。其中，锂镍氧化物电池制备工艺复杂，锂锰氧化物电池循环次数差，锂钴氧化物电池制备价格昂贵，限制了其大规模商业化。而钒系正极材料比容量高，制备成锂电池可实现高存放电，且价格相对低廉。
5 钒在材料领域的应用
稀土钒酸盐材料与其他材料有很大的不同，表现在光催化
活性、易导电光气敏感性和磁性等性能。原因在于其特殊的原
0 引言
现代工业中，90%以上的钒通过钒钛矿及其矿渣通过焙
烧、浸出等手段进行提取。其余的钒以化合物的方式存在于铝土矿、磷酸盐矿和含铀砂矿中。其中，钒铁和金属钒主要应用于钢铁冶金和航空航天行业，含钒化合物应用于化工和电池行业。首先，钢铁冶金行业中，少量钒的添加即可有效地提高钢铁的强度、韧性、延展性、耐热和耐磨性等[1]，其占钒总用量的85%[2]。有冶金行业中，金属钒可用于生产钒钛合金。其次，约有10%的钒应用于化学工业，大部分以化合物或聚合物的形式充当催化剂使用。另外，钒元素作为材料添加剂，可用于硬质合 金、磁性、超导及核反应堆材料等。而钒的氧化物及其化合物充当着剂可有效应用在玻璃和陶瓷工业。最后，作为新型领域，钒还用于生产钒电池、稀土钒、钒纳米和钒薄膜材料等高科技材料。
1 钒在钢铁行业的应用
钒在各个领域中应用广泛，但生产的85%的钒应用在钢铁
自动输入验证码冶金及其相关领域。所用合金钢中，均能见到钒的踪迹，钒具有多价态，因此可以充当脱氧剂，且钒具有立方体结构，在钢铁中起到骨架作用，强化钢的强度。少量的钒即可有效地细化钢组织和精粒，降低过热敏感性；提高韧性、强度和服役性能；增加
淬火钢的回火稳定性[3]
。钒在钢中主要以合金形式存在，含钒合金主要包括铁基合金和非铁基合金，而铁基合金占大部分，其中钒铁在铁基合金中用量最大。现阶段，生产出来的钒铁合金有钒硅钙、钒硅铁、钒锰铁、氮化钒铁、钒钛硅等，而非铁基系列的含钒合金主要有钒铝合金、钒碳与钒氮合金等[4]。
2 钒在航天工业的应用
航工航天工业中，钛合金应用非常广泛，通常应用于发动
机、太空舱骨架、火箭发动机外壳及蒸汽锅轮机叶片等方面，而金属钒和铝是其中的关键元素。钒铝合金具有良好的延展性、很好的强度、耐腐蚀、轻盈等很多优点，因此，航空航天中90%的合金均为钒铝合金。世界上生产钒铝合金的主要企业包括：美国有合金公司、战略矿物公司、雷丁合金公司，德国的GFE 公司以及俄罗斯的VSMPO 公司等。主要生产钒铝65合金，美国雷丁和德国GFE 全球份额80%。而国内生产钒铝合金的企业主要包括宝钛、承德天大以及锦州铁合金等，主要生产钒铝55合金，大多数产品为民用[5]。目前，国际航空航天中以钒铝65合金最为广泛，与传统钒铝55合金相比，有害杂质低，氧化膜和氮化膜少，成分均匀性更优。
钒的应用研究综述
1,2* 向国洪3 王勇军3 王会芳1,2 刘雷1,2 李克忠1,2
(1.新奥科技发展有限公司，河北 廊坊 065001； 2.煤基低碳能源国家重点实验室，河北 廊坊 065001；
3.北京友进天瑞新能源技术股份有限公司，北京 100071)
摘要：钢铁冶金行业中，钒是一种重要的合金元素添加剂，可有效增加钢铁的强度、韧性和延展性，占钒用量的85%。航空航天工业中，钛合金中添加少量钒可起到强化剂和稳定剂的作用，用量约10%。
此外，钒在化工行业中主要作为催化剂和着剂使用，用量约5%。其他行业中，钒还被用于生产钒电池、钒纳米材料、钒薄膜等。关键词：钒合金；钒催化剂；钒电池；钒材料中图分类号：TF059
文献标志码：B
文章编号：1008-4800(2021)01-0072-02
DOI:10.19900/jki.ISSN1008-4800.2021.01.036
用量占总消耗量的85%。主要应用在汽车、建筑、桥梁、机械和国
防等各个方面。但目前钒钢中使用量最多的当属碳素钢。钛合金中，钒作为稳定和强化剂使用，可以很好地增加钛合金的延展和可塑性，广泛用于航空航天领域。我国在生产高级钒钛合金的技术有待提高，且随着航天事业的大力发展，高级钒钛合金钢需求量会大度增加。化学工业中，钒作为催化剂和着剂的作用会更加显著。此外，在原子能、超导材料、电子工业方面，由于金属钒耐腐蚀、易加工和良好相变等优点，被广泛使用。最后，随着未来技术的不断发展，钒作为蓄电池，其使用量会飞速增长。
参考文献：
[1]廖世明，白谈论.国外钒冶金[M].北京：冶金工业出版社，1985：6-7.
[2]锡淦，雷鹰，席歆，等.国外钒的应用概况[J].有金属，2002 (2): 13-21.
[3]张云华，侯仰华.合金的维生素－钒[J].化学教育，1998 (11): 1-3.
[4]王水刚.钒系列合金的生产[J].铁合金，2004 (3): 36-38.[5]万贺利，徐宝强，李东明，等.航空航天级钒铝中间合金的国内研究现状[J].昆明理工大学学报，2019, 44(2): 11-18.
电机转速传感器[6]王桂節.催化剂与催化作用[M].大连：大连理工大学出版社，2000：250-251.
[7]蔡小平，陈文启，关颖，乙丙橡胶及聚浠烃类热塑性弹性体[M].北京：中国石化出版社，2011.
[8]杨邵利，彭富昌，潘复生，等.钒系催化剂的研究与应用[J].材料导报，2019, 22(4): 53-56.
[9]杜光超.钒在非钢铁领域应用的研究进展[J].钢铁钒钛，2015 (2): 49-56.
[10]陈萍，郭建平，王培坤，等.一种钒基氨合成和氨分解催化剂及应用： 201611033696.3[P]. 2016-11-12.
[11]杨霖林，廖文俊，苏青，等.全钒液流电池技术发展现状[J].储能科学与技术，2013, 2(2): 140-145.
[12]陈昌国，王长江.贮氢材料钒基固溶体合金的研究进展[J].材料导报，2013, 21(11): 68-71.
[13]韩宾.射频磁控溅射法制备VO 2热致变镀膜玻璃及其表征[D].武汉：武汉理工大学，2008: 9-14
四球机[14]杨邵利，马兰，高士忠.钒在化工与材料领域的应用及发展[C]//国家科技部，中国科学院，中国工程院首届中国，等.(承德)钒钛产业创新与发展高端会议论文集.承德：首届中国(承德)钒钛产业创新与发展高端会议，2010: 201-208.
纸币识别器[15]单凡，黄祥成.二氧化钒薄膜的光学特性及应用前景[J].应用光学，1996 (2): 39-42.
[16]徐灿阳.低价钒的氧化物的制备及其与LAS 微晶玻璃复合[D].浙江：浙江大学，2006.
[17]陈亚光.钒元素的化学和应用[J].化学教育，2017, 38(18): 1-5.
可控硅触发电路[18]黄慧敏.石煤中钒的酸法浸出与钒(Ⅳ)的分离[D].湖南：中南大学，2012.
作者简介：(1984-)，男，汉族，河北廊坊人，中级工程师，硕士，新奥科技发展有限公司，从事能源清洁利用方面的科研工作(通讯作者)。
子结构(d 电子和f 电子结构)，较大的原子磁矩和较强的自旋轨道等特性。因此，应用领域广泛，包括发光材料、光催化剂材料、化学传感材料和介电材料等。例如，发光材料中，YVO 4因其性能优异，制备成本相对低廉，已早早实现了工业化。利用稀土钒酸盐材料制成的光催化剂，可以在温和的条件下将含氯挥发有机物进行有效降解。
传统上，氢气只能使用气瓶和液态方式进行贮存，但存在安全性差、能耗高、贮存量少、成本高等缺点。作为一种新型能源材料，钒基固溶体贮氢合金可在较温和条件下，高效吸放氢
气，且贮氢量大，约本身体积的1000倍[12]。
因此，可广泛应用于贮氢和输送氢，在未来的氢能源汽车等方面应用前景广阔。作为一种热敏功能材料，VO 2具有很好的相变性质。由于其特殊的性能，应用范围广泛，主要包括光器件、光存储、光电
设备、智能玻璃等方面。由VO 2制成的薄膜，
具有体积小、质量轻，且造价低廉等优点而大量应用[13-15]。
作为太阳能控制材料，低温下可以透过红外辐射而高温下具有阻挡高辐射的能力，可有效改善室内温度。由于此材料电阻率对热辐射敏感，因此，可制成热敏电阻材料，如火灾报警器。且VO 2薄膜其独特的相变性质，因此，可制成光盘介质材料。众所周知，纳米材料是尺寸1～100nm 粒子材料。研究发现，纳米钒材料有着其他纳米材料无法替代的地位，在光学数据存储、光原件、光热开关、传感器等领域有广阔的应用场景。
其中，VO 2、
垂直母排V 2O 3和V 2O 5和复合钒纳米材料研究较多[16]。6 钒在其他领域的应用
另外，在医学方面、颜料领域(玻璃与陶瓷着)、核反应堆
钒合金材料等多个领域，钒有着无法替代的作用。医学方面，钒元素在人体的新陈代谢中至关重要。生物学中钒元素以四价和五价为主。钒在牙齿发育中起着不可替代的作用。且钒可以促进糖的代谢，促进血红细胞生长。其中，在降糖
领域的研究尤为活跃[17]
，
钒具有良好的类胰岛素作用，还可保护胰岛细胞，降低体内血糖。成本上，钒具有合成相对容易、价格较低廉的优势，例如，长春医药集团已经发出一种含钒化合物
的新药—连麦氧钒胶囊，
已经推向市场，降糖效果显著[18]。在颜料领域，钒主要用于制备铋黄及钒锆蓝颜料。铋黄无
毒且泽良好，是传统铬黄、镉黄等有毒颜料的理想替代品，因此，铋黄颜料有着广泛的市场前景，尤其钒锆蓝颜料在陶瓷业中应用较多。另外，印刷油墨离不开氧化物钒和偏钒酸盐钒，例如，利用偏钒酸镭，可生产快干油墨。因为钒对苯胺有氧化作用，因此可生产黑颜料。在核反应堆材料上，作
为聚变反应器的覆盖和屏蔽墙，离不开钒基合金。其优点是其他材料的无可替代性，包括中子俘获面积小，抗腐蚀，高温蠕变强度好等优点。且用于热核反应堆的包套材料，要求具有高温机械强度，可抵抗辐射引起的膨胀、易脆问题以及与氢、锂各种冷却剂的兼容性良好。例如：美、德
等国开发的V 15Cr 5Ti 和V 3Cr 1Si 两种合金，
具有高传导性和低膨胀系数等优点。
7 结语
现阶段，钒的主要用途是生产各种钒钢铁，包括硅钒铁、氮化钒铁、钒锰铁等，其具有强度高、韧性大、耐磨性等优点，使
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