釩（V）是一種過渡金屬元素。1830年瑞典化學家尼爾•加布裡埃爾•西弗斯特姆（Nil Gabriel Sefstrom）在研究鑄造生鐵時，發現了這種性質類似鉻和鈾，但又與鉻和鈾存在不同之處，具有炫麗顏色的新元素，並以瑞典美麗女神弗雷婭•維拉斯（Freya Vanadis）的名字命名為釩（vanadium）。人們對釩的研究進展緩慢，直到1867年，才首次分離出較純的金屬釩，此後分別製得釩的多種氧化物和氯氧化釩，如V₂O5、V₂O4、V₂O₃、V₂O₂、VOCl₃、VOCl₂和VOCl等。
稀有金屬釩在發展新興產業、國防軍工和傳統產業升級中具有不可替代的重要作用， 是各發達國家競相競爭的戰略儲備資源。
進入20世紀，釩在鋼鐵工業的重要作用被廣泛認識。1903年英國首次生產出含釩的合金鋼，釩的加入提高了鋼的強度並改善鋼的結構；1905年美國將性質優良的含釩合金鋼引入汽車工業。1905年在南美洲祕魯的瀝青巖（asphaltite）中發現高品位硫化釩礦（綠釩硫礦，patronite，VS4），並投入生產，標誌著釩工業的形成。與此同時，含釩鐵礦作為一種釩資源，也相繼得到開採，以這種含釩鐵礦為原料，採用馮•賽思（Von Seth）和克里斯蒂安娜•斯皮格威克（Christiania Spigerverk）的工藝方法可以生產出富釩渣，1938年德國大規模從這些富釩渣中提取釩，用於生產釩鐵和麵向化學工業生產V₂O5。
20世紀中期，釩工業在各方面取得了突飛猛進的發展，包括釩資源、釩的提取技術、釩的應用領域和釩應用技術。20世紀60年代後，釩鈦磁鐵礦作為一種新的釩資源出現，繼而其他釩資源包括美國的阿肯色州（Arkansas）釩土礦和愛達荷州（Idaho）磷酸鹽礦，中國、挪威和智利的釩鈦磁鐵礦，中國的釩頁岩，法國的鋁礬土，印度、匈牙利和加拿大的瀝青頁岩中的釩也開始得到開發。另外，在原子能工業原料鈾的強化提取過程中，釩作為一種副產物成為釩資源的新來源，如美國科羅拉多的釩鈾礦等。石油中的釩，如委內瑞拉的原油中含釩高達0.14%，原油燃燒後的飛灰中含釩高達40%，近年來已成為一種重要的釩資源。含釩催化劑的循環利用也成為釩資源來源的一個重要組成部分。
表 釩的主要應用領域及用量
釩資源的不斷擴展，新的釩提取技術也不斷湧出，並引進原子能等新興工業的一些分離提取技術，形成了加鹽焙燒、酸浸、水浸、溶劑萃取、離子交換、氨鹽沉釩等技術，這些技術使釩的產量和純度得到極大提高。從20世紀50年代開始，美國、英國、德國等國，在鈣熱還原法、鋁熱還原法和鎂熱還原法的基礎上，採用熱真空精煉和電子束懸浮精煉技術，製備出純度達99.9%的高純釩。20世紀70年代以來，高純金屬釩的製備技術逐漸成熟並得到廣泛推廣。當前，釩的最大用途在於煉製合金鋼，主要生產含釩高強度的合金鋼及其他新型的含釩合金（如Ti6Al4V）。從20世紀60年代開始，含釩的鈦合金開始廣泛用於航空、航天工業。隨著原子能和核工業的發展，在快速增殖反應堆和熱核反應堆中，使用含釩的結構材料，如含V 80%、含Cr 15%和含Ti 5%的合金可以滿足反應堆對結構材料性能的要求。此外，含釩的超導材料也因其優良的性質，得到了廣泛關注。美國、日本等國曾使用純釩製得的V₃Ga合金作為高效的超導材料。
中國的釩產品佔全球釩產品總量的 80%，是世界最大的釩生產、供應和消費國。
根據國際釩技術委員會（VANITE）公佈2011~2016年全球釩產量及消耗量的統計數據，全球主要釩生產國家或地區為中國、俄羅斯、南非、美洲，這與這些國家或地區豐富的含釩資源有關，環太平洋地區及印度釩產量較小。中國及其他亞洲國家、北美洲和歐洲等國家和地區為釩的主要消耗區域。2011~2014年全球釩產量及消耗量均呈上升趨勢，2014~2016年卻呈下降趨勢，釩產量與市場變化息息相關，而中國的釩產量及消耗量均佔全球的50%以上。
中國既是釩的生產大國，也是消費大國，但是在當前釩工業技術領域，美國處於領先地位，主要表現在釩資源原料的多樣化（鈾釩礦、含釩黏土和磷酸鹽礦等）和釩產品的多樣化（包括V₂O5、VN、FeV、偏釩酸銨和鋁釩合金等），同時受到核工業和航空、航天工業的帶動，美國高純金屬釩的研究和生產也一直處於世界領先地位。釩鐵的生產過程是一個高耗能過程，近年來美國對這種高耗能的初級釩製品已基本停產，主要依靠進口來滿足本國工業生產的需求。俄羅斯有著豐富的釩鈦磁鐵礦資源，產品主要是釩鐵和五氧化二釩；德國、英國等國大多需要進口釩資源，以生產釩鐵；西班牙、瑞典等國有少量含釩礦物資源，主要生產釩鐵和釩酸銨等；加拿大主要從瀝青頁岩中提取釩，生產釩鐵和五氧化二釩，現在已加大對高純金屬釩的研究和利用，用於生產大容量的釩蓄電池；南非是世界上釩鈦磁鐵礦資源最豐富的國家，產品主要有釩鐵和五氧化二釩；贊比亞的含釩資源主要是釩酸鹽礦；祕魯高品位的硫釩礦已開發枯竭；在委內瑞拉，原油燃燒後的飛灰逐漸成為重要的釩原料，世界各國也均相繼開發出從燃燒飛灰中提取釩的技術。
中國的釩資源十分豐富，2015年V₂O5探明儲量為6125.7×104t，2016年V₂O5探明儲量增至6401.77×104t，主要為四川攀枝花地區和河北承德地區的釩鈦磁鐵礦，以及含釩頁岩。頁岩釩是中國特有的一種含釩資源，中國從20世紀60年代開始研究從頁岩中提取釩的技術，70年代開始進行工業生產，目前已形成多種頁岩提釩工藝技術。我國的釩產品主要為釩鐵和五氧化二釩。近年來由於釩電池、新材料等行業的發展，對釩產品純度的要求越來越高，含釩頁岩的鐵、鋁、磷等雜質含量相對較低，具有製備高純釩產品的天然優勢，已成為製備高純釩產品的重要含釩資源。
釩頁岩分離化學冶金
“十一五”以來，國家在釩的研究領域，特別是在複雜低品位釩頁岩資源的開發與利用上給予了持續科技投入和扶植，使其科學技術水平得到了長足進步。這一時期的科研工作，重點瞄準釩頁岩領域普遍存在的回收率低、資源無序消耗嚴重、高汙染排放等重大問題，針對不同釩頁岩類型，開發出回收率高、運行成本低、環境友好的頁岩釩生產工藝及裝備，並藉此建成了一批具有高起點、高配置水平的標誌性頁岩釩工程，實現了我國釩技術的整體跨越。
“十二五”以來，隨著釩頁岩利用技術的不斷髮展，越來越強烈地顯現出基礎理論與技術快速發展的不對稱性，許多實際生產中的現象難以得到合理解釋和正確認識。這一狀況，已經或正在嚴重影響著釩產業的發展進程。令人遺憾的是，目前還沒有一本專門描述釩頁岩分離化學冶金的理論書籍。作者針對釩頁岩分離冶金過程的基礎理論和技術基礎理論，以完善和建立理論體系為撰寫《釩頁岩分離化學冶金》（張一敏著. 北京：科學出版社,2019.03）一書目的，試圖對其實現重新認識和理論突破。
全書包括釩頁岩特性及結構化學，釩頁岩高溫固相反應與溶液化學，頁岩釩富集和雜質分離調控，高純釩化物的製備等，並對頁岩釩分離化學冶金形成的新工藝和技術進行適當篇幅描述。
作者及團隊長期的研究成果積累，為本次成書打下堅實基礎，而釩頁岩分離化學冶金所體現出的多學科交叉融合，無疑給本書的理論構建提供寬廣支撐，使得它充實、新穎，具有活力。毋庸諱言，釩頁岩利用是一個十分複雜的過程，一定還有很多需要攻克和解決的問題，這本書的出版絕不是最後和唯一。
本文摘編自《釩頁岩分離化學冶金》（張一敏著. 北京：科學出版社,2019.03）一書“前言”及作者供稿材料，標題為編者所加。
ISBN 978-7-03-060820-8
責任編輯：劉暢
本書系統介紹釩頁岩分離化學冶金過程的基礎理論和技術基礎理論。內容涉及釩頁岩的結構化學、高溫固相反應、溶液化學、雜質元素的分離調控， 以及頁岩釩化學冶金和高純釩化物製備等。重點總結作者及團隊在釩頁岩資源領域的重要理論研究成果，為釩頁岩的高效清潔利用提供科學理論與技術依據。
（本文編輯：劉四旦）
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