1 背景
1.1 钒的性质及应用
钒是高熔点金属之一，呈浅灰色。

密度5.96克/厘米3。

熔点1890±10℃，沸点3380℃，化合价+2、+3、+4和+5。

其中以5价态为最稳定，其次是4价态。

电离能为6.74电子伏特。

有延展性，质坚硬，无磁性。

具有耐盐酸和硫酸的本领，并且在耐气-盐-水腐蚀的性能要比大多数不锈钢好。

于空气中不被氧化，可溶于氢氟酸、硝酸和王水。

我国是钒资源比较丰富的国家，钒矿主要分布在四川的攀枝花和河北的承德，大多数是以石煤的形式存在。

大约80%的钒和铁一起作为钢里的合金元素。

只需在钢中加入百分之几的钒，就能使钢的弹性、强度大增，抗磨损和抗爆裂性极好，既耐高温又抗奇寒，在汽车、航空、铁路、电子技术、国防工业等部门，到处可见到钒的踪迹。

此外，钒的氧化物已成为化学工业中最佳催化剂之一，有“化学面包”之称。

其应用如下：
（1）、用作合金元素，例如：
1）运用在医疗器械中的特别的不锈钢
2）运用在工具中的不锈钢
3）与铝一起作为钛合金物运用在高速飞机的涡轮喷气发动机中
4）含钒的钢经常被用在轴、齿轮等关键的机械部分中
（2）、在其它领域的应用：
1）钒吸收裂变中子的半径很小，因此被用在核工业中
2）在炼钢过程中钒被用来导致碳化物的形成
3）在给钢涂钛的时候钒往往被作为中介层
4）钒与镓的合金可以用来制作超导电磁铁，其磁强度可达175,000高斯
5）在制造缩苹果酸酐和硫酸的过程中钒被用来做催化剂
6）五氧化二钒（V
2O
5
）被用来制做特殊的陶瓷作为催化剂
1.2 五氧化二钒及金属钒的制备方法
（1）工业上金属钒的制备方法:
工业上常以各种含钒矿石为原料制备钒。

如在钒炉渣中加入NaCl，经空气
焙烧后，先生成NaVO
3。

2V
2O
5
+ 4NaCl + O
2
NaVO
3
+ 2Cl
2
从烧结块中用水浸出NaVO
3，经酸中和，制得V
2
O
5
的水合物。

产物经脱水后，
用金属热还原法制得钒。

V
2O
5
+ 5Ca 2V + 5CaO
也可采用镁还原三氯化钒(VCl
3
)的方法制备。

2VCl
3 + 3Mg 3MgCl
2
+ 2V
（2）五氧化二钒的制备方法工业上有两种常见的制备方法。

1) 直接法：将含钒的钒磁铁精矿与纯碱(Na
2CO
3
)按比例混匀，经高温焙烧并浸取
焙烧物，制得偏钒酸钠溶液。

该溶液在加热搅拌下，用HCl或H
2SO
4
中和，水解
后即可析出红色含大量水分的无定形沉淀-V
2O
5。

2) 间接法：将含钒的钒磁铁精矿经高温冶炼，制得含钒生铁。

接着用空气吹炼，
使之形成富钒渣(主要成分为FeO，V
2O
5
)。

粉碎富钒渣并除去金属铁后，与一定
量的NaCl及纯碱混匀，在氧气充足的气氛下，于1073
~
1173K焙烧3h。

反应如下：
2(FeO·V
2O
5
) + 1/2O
2
Fe
2
O
3
+ 2V
2
O
5
Na
2CO
3
Na
2
O + CO
2
↑
2NaCl + 1/2O
2 Na
2
O + Cl
2
↑
Na
2O + V
2
O
5
2NaVO
3
用稀钒溶液浸取生成物，富集的偏钒酸钠用酸(HCl或H
2SO
4
)中和，并在
pH=1.5
~
2时，加热至沸腾。

剧烈搅拌使之水解并析出红棕色沉淀。

2NaVO
3 + H
2
SO
4
+ nH
2
O V
2
O
5
·nH
2
O↓+ Na
2
SO
4
产物经煅烧可得工业级V
2O
5。

若要获得纯净的V
2
O
5
，可用Na
2
CO
3
溶解工业级
V 2O
5
，在常温下加入过量的NH
4
Cl，不断搅拌，即可析出白色或淡黄色的偏钒酸氨
晶体。

NaVO
3 + NH
4
Cl NH
4
VO
3
↓+ NaCl
将结晶过滤，并加热焙烧至773K，NH
4VO
3
会分解成较纯净的V
2
O
5
：
在实验室中一般直接用NH
4VO
3
为原料，经热分解制得V
2
O
5。

1.3 平果铝厂的赤泥中提钒的可行性分析
中铝广西分公司（平果铝业公司）第一期工程年产氧化铝三十万吨,已经投产多年,第二期三十万的氧化铝工程已建成投产。

在铝工业生产过程中,每产出一吨氧化铝,也产出1～1. 6 倍的固体废料———赤泥。

其赤泥成分如下（该数据由何小虎,韦莉,何书焱的《平果铝赤泥综合利用探讨和建议》一文提供）：
由表1可以看到，平果铝赤泥中主要元素是铁、硅、铝、钙,此外还含有较为贵重的钒、钛和稀有元素钪、稀土、钽、铌等金属。

赤泥中大量的元素是铁、铝、硅、钙,占渣量的77 %左右,其他元素除钛、钠稍高外,其中可综合回收利用的稀有元素为千分之几和万分之几。

铁、铝含量虽大,都未达到工业上要求的精矿品位,但在合理的工艺条件下都可以获得较好的回收。

铁铝是常用金属,两者占的比例较大,达50 %左右,因此在工艺上必须首先回收铁和铝,才有利于其它金属的回收。

我们下面所制定的提钒工艺也是基于这点考虑。

按每年赤泥产出量三十万吨计,它所含的金属量,按一般工艺所达到的回收率计算，每年能回收到的金属量列于表2 。

表2 表明,产出的金属量,相当于几个中小型冶化工厂的产量,不难看出赤泥
的回收在冶金工业中将占有一定的地位。

其中V
2O
5
的含量仅次于常用金属铁、铝，
及稀有金属钛。

结合表2和表3可以看出，元素钒在赤泥中虽不是大量存在，但钒的含量在稀有金属元素中属较高者，这为我们致力于赤泥中钒的回收提供可能。

目前，我国对赤泥的回收利用研究甚多，但多数未实现工业化。

平果铝业公司作为集矿山开采和氧化铝、电解铝生产于一体的特大型铝冶炼联合企业，近年来大力关注和扶助赤泥的回收利用研究，已经在赤泥中铝和铁的回收等方面取得成效。

赤泥的回收利用是一个大的资源库，所以，进行进一步的回收是必然的。

我们结合平果铝的实际，对其赤泥成分等状况作出分析，总结出钒的回收是有价值的，并且是可行的。

下面我们将重点介绍我们的工艺。

2赤泥中回收钒的工艺路线
由于赤泥是一种含有多种金属元素的铝冶金废料，它所含的金属元素主要是Fe、Al、Ca等，钒只是其所含的稀有金属的一部分。

由于钒的含量有限，所以由赤泥中直接提钒是不现实的。

前面也曾提到，可行的方法是利用提铝、提铁后的废料做原料来提钒。

结合目前赤泥回收的研究及工业化状况，我们选择利用磁选铁后的非磁性废料做原料提钒。

首先使原料里的钒全部转化成五氧化二钒，然后利用五氧化二钒的两面性生成偏钒酸铵，最后利用偏钒酸铵的热分解得到纯的五氧化二钒。

工艺流程制定如下：
磁选后的物料主要含有Ti、Zr、Ca、Si等元素，首先将物料进行空气焙烧，使的物料中的钒充分氧化。

氧化后的物料加稀盐酸和NH4Cl充分搅拌，使其它氧化物在酸性环境下溶解，同时生成偏钒酸铵沉淀。

固液分离后即得到偏钒酸铵固体。

在焙烧过程中，控制焙烧温度和时间是关键，尽量使得钒被充分氧化。

如过里面含有大量的碱，则考虑加酸焙烧。

加稀盐酸一方面是浸出碱性氧化物，另一方面可以配合NH4Cl沉钒。

同时盐酸也起到调节pH值的作用。

沉钒过程中pH控制是关键。