在钢铁、有色冶金、化工、电子、储能、医药和航天航空等诸多国民经济领域有着广泛的应用。人类认识钒距今也不过200余年，我国是全球钒资源储存、生产和消费的第一大国，在实现钒资源高效利用的同时，钒在绿色能源领域发挥着越来越重要的作用。本文对钒的来源途径、钒及钒合金在国民经济领域的应用做了介绍，并简要展望了钒科技未来发展方向。随着我国提出建设民航强国战略构想以及“嫦娥计划”、“核电规划”等一系列高科技项目的实施，高端钒基新材料的应用前景将十分广阔。

钒是人及其他动物不可或缺的生命微量元素，是一种重要的稀有金属元素，同时因其在工业领域的重要作用，又有“金属维生素”、“现代工业味精”、“化学面包”之称。人类社会进入21世纪，全球钒产量（以V2O5计）已从2000年的7.87万t增长到2023年的22.26万t，同期钒消耗量从2000年的6.92万t增长到2023年的20.08万t。在“碳中和”、“碳减排”的大背景下，钒在太阳能光热转换、新型稀土光源、储氢金属材料及全钒液流储能电池等节能领域均得到了更多应用，钒已经成为具有绿色价值的金属，正式进入绿色“能源”金属的序列。构建能源“源–储–用”全链条高效转化和利用系统是推动社会高速、高质量和可持续发展的必要选择，钒在“源–储–用”三者的协调匹配中将发挥越来越重要的作用。

钒的来源途径

1.1 认识钒

人类认识钒距今也不过200余年。1801年墨西哥城的矿物学家节烈里瓦在钒酸铅矿石中发现了一种未知红色粉末，然而在进一步研究时却误认为该粉末是一种被污染的铬矿石。直到1830年，瑞典化学家塞夫斯特伦在被酸溶解后的铁矿残渣中再次发现了钒。1869年英国化学家亨利·罗斯科用氢气还原二氧化钒，人类才第一次制取纯净的金属钒。科学家几经“敲门”最终发现了钒，与古希腊神话美丽女神“凡娜迪丝”（Vanadis）的爱情故事相似，钒的化合物五颜六色、绚丽多彩，因此科学家将“凡娜迪丝”（Vanadis）这位美丽女神的名字赋予了它。

1.2 “钒”与“矾”的区别

早在高熵陶瓷的概念提出之前，多元化的成分设计钒”与“矾”同音不同义，日常生活中，人们容易将其混淆，其实二者完全不同。钒是一种拥有高熔点和高沸点的银灰色金属，同时还具备无磁性和质地坚硬的特点。钒在元素周期表中位于第四周期第五副族，属于第一排过渡族金属，在自然界中存在0、+2、+3、+4、+5多种价态。矾在中国古代写作“燔”，意为一种通过焚烧得到的产物，是一种具有玻璃质状态表面或光泽的硫酸盐水合物。主要分白矾（又称明矾）、绿矾（又名青矾）、黄矾和胆矾等，在古代主要用于医药、方术、染色、净水、食品加工等用途。

1.3 钒资源的分布

钒在自然界主要赋存于钒钛磁铁矿、磷酸盐岩、含铀砂岩和粉砂岩矿床中，至今尚未发现独立存在的钒矿物。据相关统计资料，2022年世界钒矿基础储量总计2556.5万t，中国钒矿基础储量占据世界第一，占比37.2%，世界各国钒矿储量分布见图1。中国钒资源主要赋存于钒钛磁铁矿和含钒石煤中，我国钒钛磁铁矿资源主要产区分布在四川和河北，石煤资源主要分布在陕西、河南、甘肃、湖北和湖南等地。

2.3 储能“银行”

全钒氧化还原液流电池，简称钒电池（Vanadium redox battery, VRB）由澳大利亚Skyllas-Kazacos在1985年首次提出，国内中科院大连化学物理研究所从2005年开始VRB的研究。钒电池储能系统由正、负极碳电极，正、负极电解液储能罐，离子交换膜组件等构成，其示意图如图5所示。钒电池具有可瞬间充电、大功率、大容量、安全性高等优点，能解决大规模新能源发电并网需要、合理配置储能系统，满足大容量电能的存储和转换对储能电池的特殊需求。因而钒电池“当仁不让”地成为新能源储能、电网调峰、备用电源等领域的首选，被形象的称为储能“银行”。据《中国钒电池行业发展白皮书（2022年）》预计，2025年钒电池新增规模将达到2.3 GW，2030年将达到4.5 GW，当年新增市场规模约405亿元。

图5 全钒氧化还原液流电池结构示意图

2.4 “化学面包”——钒系催化剂

催化剂是指本身不参与化学反应，但在其参与下却可以加速化学反应进行的物质。工业上最早使用昂贵的铂作为催化剂，1900年德国科学家埃恩首先发现钒可代替铂用于生产硫酸，之后钒盐作为“平民”催化剂得到了广泛应用。钒系催化剂是工业上最重要的氧化催化剂之一，常用钒系催化剂的活性组分包括钒的氧化物、氯化物和配合物等多种形式，以V2O5为主要成分的钒系催化剂几乎对所有的氧化反应均有效。钒系催化剂已广泛应用在硫酸制备、有机化工原料合成、烟气脱硫脱氮及环境催化等工业领域，因而钒又有“化学面包”之称。

2.5 生命的微量元素

钒于1876年进入了生命科学的研究领域，研究表明钒是人和动物不可或缺的一种微量元素，缺乏钒会导致生长发育受阻，死亡率增加，脾脏肿大，蛋白质代谢紊乱，红细胞的渗透性增加。现代医学认为钒的生物学功能多种多样，在糖代谢和胆固醇代谢中都有重要作用。深入研究钒的生物效应机理，发现钒化合物还具有抗炎作用和抗癌作用，利用高纯V2O5研制的相关药物已用于治疗糖尿病。

03结束语我国是全球钒资源储存、生产和消费的第一大国，钒已被广泛应用于钢铁、化工等领域，但钒资源开采浪费严重，高精技术领域如航空航天用钒铝合金等关键技术的研究应用还十分有限，尤其是在非钢铁领域的钒材料大规模工业化还需要提高。“双碳”目标下，在储能领域发展全钒液流电池产业已成为钒资源开发的一个主要方向。未来随着我国在关键材料、高性能电堆、大规模储能系统集成等方面的技术性突破，建设民航强国战略构想的提出，以及“嫦娥计划”、“核电规划”等一系列高科技项目的实施，高端钒基新材料在航空航天装备、海洋工程装备、新能源等技术含量高、产业价值高的领域应用前景将十分广阔。