中国战略性矿产——钒-中国储能网

  中国储能网讯：钒在自然界中通常以矿物形式存在，它很少形成独立的矿物，而是主要赋存于钒钛磁铁矿、钾钒铀矿、磷酸盐岩、含铀砂岩和粉砂岩中。此外，还有大量的钒赋存于铝土矿和含碳物质中，如石油、煤以及黑色岩系伴生矿中。

  钒具有众多优异的物理性能和化学性能，有金属“维生素”之称，是高强度、高韧性合金的重要添加元素。钒可用于制造高性能的合金材料，如航空级钒铝合金，以及用于原子能反应堆的防护材料等高纯金属钒制品。

  钒电池（全钒氧化还原液流电池）是发展势头强劲的优秀绿色环保蓄电池之一，具有大容量、高效率、安全环保、生命周期内成本低等特点，是可再生能源储能、电网调峰、备用电源等领域的首选技术之一。随着国家“双碳”战略目标的提出，我国新能源产业进入新一轮高速发展期，钒电池储能技术成为解决新能源发电瓶颈的关键技术，发展前景广阔。

  钒在航空航天、国防军工等领域的应用，对于提升国家的国防实力和军事实力具有重要意义。

  一、钒的基本属性

  钒（V）是一种具有独特性质的稀有金属，它位于元素周期表的VB族，属于过渡金属元素。

图3 a高纯钒；b水硅钒钙石；c钒铅矿石；d钒钙铀矿

  （一）钒在自然界中的存在形态

  矿物形态：钒在自然界中并不常以纯金属的形式出现，而是多存在于一些特定的矿物中。例如，钒常常与钛、铁等元素结合，形成如钒钛磁铁矿这样的复合矿物。此外，钾钒铀矿、钒酸钾铀矿等也是钒的重要矿物来源。

图4 红钒铅矿

  化合物：钒还可以与其他元素结合，形成多种化合物。这些化合物在自然界中同样广泛存在，如钒酸盐、钒的氧化物等。这些化合物在地质过程中，如岩浆活动、风化作用等，都可能有钒的参与。

  （二）物理和化学性质

  1.物理性质

  可锻性：纯钒是一种相对柔软且可锻的金属，但当其含有氧、氮或氢等杂质时，则会变得脆硬。

  电导率：钒的电导率相对较低，仅为铜的电导率的十分之一左右，这使得它在电气应用方面受到一定的限制。

  2.化学性质

  氧化性：钒在空气中加热时，会与其中的氧气发生反应，生成不同颜色的氧化物。这些氧化物的颜色随温度和氧化条件的不同而有所变化，从黄色到绿色再到蓝色都有可能。

  反应性：钒还能与多种非金属元素（如卤素、硫等）以及许多金属元素形成化合物。这些化合物在化学工业、冶金工业等领域都有广泛的应用。

  二、资源分布与储量

  （一）全球资源分布

  全球钒资源分布相对集中，主要分布在中国、俄罗斯、南非和巴西等国家。这些国家不仅拥有丰富的钒矿储量，而且在钒的生产和出口方面也占据重要地位。

  中国：中国是全球钒资源储量最大的国家，拥有丰富的钒矿资源。中国的钒资源主要分布在四川、湖北、陕西等地，这些地区的钒矿储量大、品位高，具有极高的开采价值。

  俄罗斯：俄罗斯的钒资源也十分丰富，主要分布在其广阔的领土上。俄罗斯的钒矿储量和产量在全球都占有重要地位。

  南非：南非是非洲地区钒资源最为丰富的国家之一，其钒矿储量和产量在全球也具有一定的影响力。

  巴西：巴西的钒资源主要集中在一些特定的地质构造中，虽然储量相对不如中国、俄罗斯等国家丰富，但在全球钒资源市场中仍占有一席之地。

图5 世界钒资源分布图

  （二）中国资源分布

  中国的钒资源分布广泛，但主要集中在四川、湖北、陕西等地。这些地区的钒矿资源具有储量大、品位高、开采条件好等特点。

  四川：四川省是中国钒资源最为丰富的省份之一，主要分布在攀枝花、西昌等地区。这些地区的钒矿主要以钒钛磁铁矿的形式存在，储量大、品位高，是中国重要的钒生产基地。

  湖北：湖北省的钒矿资源也十分丰富，主要分布在一些特定的地质构造中。这些钒矿主要以石煤型钒矿为主，虽然品位相对较低，但储量大，仍具有一定的开采价值。

  陕西：陕西省的钒矿资源主要集中在一些山区和丘陵地带。这些地区的钒矿主要以黑色页岩型钒矿为主，品位和储量都较为可观。

图6 中国矿产资源分布示意图（钒）

  （三）储量与开采情况

  全球储量：根据美国地质调查局等权威机构的数据，截至2021年底，全球已探明的钒资源储量约为2400万吨至2600万吨（金属量），其中中国的储量占比最高，达到37%至39.58%，其次是澳大利亚、俄罗斯和南非等国家。

  中国储量：截至2021年底，中国已探明的钒资源储量约为950万吨，占全球总储量的三分之一以上。这些储量广泛分布于中国的19个省份，主要集中在四川、湖北、陕西等地。

  开采情况：近年来，随着全球经济的发展和工业化进程的加速，对钒的需求不断增加。中国作为全球最大的钒生产和消费国，其钒矿开采量也逐年增加。然而，由于钒矿资源的有限性和开采难度的增加，中国的钒矿开采量增速逐渐放缓。同时，为了保护环境和可持续发展，中国政府也加强了对钒矿开采的监管和管理，推动钒矿产业的绿色转型和升级。

  三、生产与消费

  （一）生产情况

  中国是全球最大的钒产品生产国，拥有多家大型钒产品生产企业，如攀钢钒钛、河钢承德等。

  生产规模：中国的钒产品生产规模庞大，且随着技术的不断进步和市场的扩大，生产规模还在持续增长。大型钒产品生产企业如攀钢钒钛、河钢承德等，拥有先进的生产设备和工艺，能够稳定生产高品质的钒产品。

  产量变化：近年来，中国的钒产品产量呈现出稳定增长的趋势。根据统计，2017年至2021年，中国钒矿产量由4万吨增至7.3万吨，复合年均增长率达16.2%。尽管在2022年由于全钒液流电池的装机容量较小，钒产品需求拉动力较小，导致产量小幅下滑至约7万吨，但预计2023年将增长至8.4万吨。

图7 2023年钒合金主要产品产量统计

  （二）消费结构

  中国的钒产品消费领域广泛，主要包括钢铁、钒电池、航空航天等。

  钢铁行业：钢铁行业是钒产品的最大消费领域，约占全球钒消费量的90%。在中国，这一比例同样很高。钒在钢铁中主要用于细化晶粒、增加钢的强度和韧性，提高钢的耐磨性和使用寿命。随着钢铁工业的不断发展和对高品质钢材需求的增加，钒在钢铁行业中的消费量将持续增长。

  钒电池：钒电池因其安全性高、容量大、循环寿命长、能量效率高等优势，成为最具发展潜力的长时电化学储能系统。近年来，随着新能源和储能技术的不断发展，钒电池的应用范围也在不断扩大。预计未来几年，钒电池对钒产品的需求量将快速增长。

  航空航天：钒及其合金在航空航天领域也有广泛应用，主要用于制造发动机叶片、涡轮盘等高温部件。然而，由于航空航天领域的市场规模相对较小，因此钒在该领域的消费量有限。

  （三）进出口情况

  出口量：中国的钒产品出口量相对稳定，但近年来有所下降。这主要是由于国际市场上钒产品的供应增加，导致市场价格下降，影响了中国的出口竞争力。不过，随着全球对高品质钒产品需求的增加，中国钒产品的出口量有望恢复增长。

  进口量：中国的钒产品进口量相对较少，且近年来波动较大。这主要是由于中国拥有丰富的钒矿资源，能够满足国内大部分需求。然而，在某些特定时期，如国内钒产品供应紧张或国际市场价格较低时，中国也会适当增加进口量。

  价格变化：近年来，中国钒产品的价格呈现出波动上涨的趋势。这主要是由于全球钒资源供应紧张、生产成本上升以及新能源和储能技术的快速发展等多重因素共同作用的结果。预计未来几年，随着全球对高品质钒产品需求的增加和环保政策的不断加强，中国钒产品的价格将继续保持上涨态势。

  四、技术与应用

  （一）勘查与开采技术

  当前钒矿勘查与开采的主要技术与方法包括地质勘探、采矿技术和矿石处理技术。

  地质勘探：主要利用地质学、地球物理学和地球化学等方法，对钒矿进行勘查和评价。通过地质调查、遥感解译、地球物理勘探（如重力勘探、电法勘探、磁法勘探等）和地球化学勘探（如土壤测量、水系沉积物测量等）等手段，了解钒矿的分布规律、储量规模、矿石类型和品位等特征，为采矿提供科学依据。

  采矿技术：主要包括露天开采和地下开采两种方式。露天开采适用于矿体埋藏较浅、规模较大的钒矿床，通过剥离覆盖层、开采矿石和废石排放等工序，实现矿石的开采和加工。地下开采则适用于矿体埋藏较深、规模较小的钒矿床，通过掘进巷道、开采矿石和支护等工序，实现矿石的开采。

  矿石处理技术：主要包括破碎、磨矿、选矿和冶炼等工序。破碎和磨矿是将矿石破碎至一定粒度，便于后续选矿和冶炼。选矿则是通过物理或化学方法，将矿石中的钒与其他元素分离，得到钒精矿。冶炼则是将钒精矿进行冶炼，得到金属钒或钒的化合物。

  近年来，随着技术的不断进步和环保要求的提高，钒矿勘查与开采技术也呈现出一些新的进展和趋势。例如，采用先进的地球物理勘探和地球化学勘探技术，可以更加准确地了解钒矿的分布规律和品位特征；采用高效、节能、环保的采矿技术和矿石处理技术，可以提高钒矿的开采效率和资源利用率，减少对环境的影响。

  （二）冶炼与加工技术

  钒的冶炼与加工过程主要包括冶炼技术和加工技术两部分。

  冶炼技术：钒的冶炼技术主要有火法冶炼和湿法冶炼两种。火法冶炼是通过高温熔炼的方式，将钒从矿石中提取出来。湿法冶炼则是通过酸浸、碱浸等化学方法，将钒从矿石中溶解出来，再通过离子交换、萃取等工序进行分离和提纯。其中，钠化焙烧提钒是含钒原料提钒应用较多的工艺，其基本原理是以食盐或苏打为添加剂，通过焙烧将多价态的钒转化为水溶性五价钒的钠盐，再对钠化焙烧产物直接水浸，可得到含钒及少量铝杂质的浸取液，然后加入铵盐制得偏钒酸铵沉淀，经焙烧得到粗V2O5，再经碱溶、除杂并用铵盐二次沉钒得偏钒酸铵，焙烧后可得到纯度大于98%的V2O5。近年来，随着环保要求的提高，无盐焙烧、钙化焙烧等环保型冶炼技术也逐渐得到应用。

图9 不同原料提钒工艺

  加工技术：钒的加工技术主要包括制取五氧化二钒、金属钒以及钒的化合物等。五氧化二钒是钒的重要化合物之一，广泛应用于钢铁、钒电池等领域。金属钒则是通过还原五氧化二钒或其他钒的化合物制得，具有高强度、高韧性等优良性能，可用于航空航天、电子等领域。钒的化合物则包括钒酸盐、钒氮合金等，具有广泛的应用领域。

  在冶炼与加工过程中，主要设备包括破碎机、球磨机、回转窑、浸出槽、离子交换柱、电解槽等。技术指标则包括钒的回收率、纯度、产品质量等。随着技术的不断进步和环保要求的提高，冶炼与加工技术也呈现出向高效、节能、环保方向发展的趋势。

  （三）应用领域与技术进展

  钢铁领域：钒在钢铁领域的应用十分广泛，主要用于生产高强度、高韧性的合金钢。在钢中加入钒能够显著改善钢的耐磨性、强度、硬度、延展性等性能。添加0.1%的钒，可提高钢强度10%~20%，减轻结构重量15%~25%，降低成本8%~10%。例如，含钒的高强度建筑用钢可大幅提高建筑物的抗震性能，含钒钢轨具有更好的耐磨性和强度，能承受更高的列车载荷和运行速度。未来，随着钢铁行业对高性能钢材需求的不断增加，钒在钢铁领域的应用前景将更加广阔。

  钒电池领域：钒电池是一种高效、环保的储能技术，利用钒元素在不同价态间的氧化还原反应来存储和释放能量。钒电池具有能量密度高、寿命长、绿色环保等优点，可广泛应用于风力发电、太阳能发电、智能电网等领域，实现电能的稳定供应和调节。此外，钒电池还可应用于电动汽车、电动公交等交通工具，提高续航里程和降低运行成本。随着新能源领域的快速发展和储能技术的不断进步，钒电池在储能领域的应用前景将更加广阔。

  航空航天领域：钒在航空航天领域的应用也十分重要。金属钒具有高强度、高韧性、抗腐蚀性好等优良性能，可用于制造火箭、导弹、宇宙飞船等航空航天器的结构材料和零部件。此外，钒还可用于制造高速轴承、海底电缆等高性能材料。随着航空航天技术的不断发展和对高性能材料需求的不断增加，钒在航空航天领域的应用前景将更加广阔。

  钒基新材料领域：近年来，随着科技的进步和新材料的发展，钒基新材料的研究和应用也取得了显著进展。例如，钒基固态储氢技术是一种备受关注的氢气储存方式，具有储氢量大、储氢温度较低、吸附和释放速度快等优点。未来，随着新能源和氢能技术的不断发展，钒基固态储氢技术有望成为氢能源储存的重要手段之一。此外，钒基合金、钒基复合材料等新型钒基材料也在不断发展和应用中，具有广阔的应用前景和发展潜力。

  五、市场与政策

  （一）市场供需情况

  1.全球及中国钒市场供需状况

  在全球范围内，钒作为一种重要的合金材料，广泛应用于钢铁工业、航空航天以及其他高新技术领域。近年来，随着各国基础设施建设和现代化进程的加速，特别是中国、美国和欧洲等经济体对钒钛的持续需求，推动了市场的上涨。此外，随着可再生能源和电动汽车的发展，钒作为储能材料的潜力也逐渐被挖掘，进一步刺激了需求。

  在中国，钒铁是钢的主要合金添加剂之一，钢铁行业是钒铁的主要应用领域，约占全球钒消费量的90%。中国作为全球最大的钒产品生产国和消费国，拥有多家大型钒产品生产企业，如攀钢钒钛、河钢承德等，这些企业不仅在国内市场占据重要地位，还积极出口钒产品到国际市场。

  然而，供应方面受资源分布、开采成本、环保要求以及地缘政治紧张等因素的影响，原材料供应面临一定的挑战。尽管如此，随着技术的不断进步和生产工艺的改进，中国钒产品的产量仍在稳步增长。

  2.未来市场发展趋势

  未来，随着全球经济的复苏和基础设施建设的持续推进，以及新能源汽车、轨道交通等新兴产业的快速发展，钒产品的需求预计将继续增长。同时，随着冶炼和提纯技术的提升，钒产品的生产效率有望逐渐提高，成本有望降低，这将为价格平稳提供一定支持。然而，市场竞争的加剧以及国际形势的不确定性也可能对价格走势产生影响。

图10 2022-2030年中国全钒液流电池储能装机空间测算情况

（数据来源：观研天下整理（WYD））

  （二）价格走势

  1.近年来钒产品价格变化情况

  近年来，钒产品价格呈现出一定的波动性。以2024年为例，上半年钒市价格同比去年处于低位震荡，在下游需求清淡、原料支撑弱以及其他因素影响下，钒市价格持续下滑。进入下半年，随着旺季的到来和下游需求的增加，钒产品价格或出现一定幅度的上涨。但整体来看，价格波动仍受多种因素影响，包括供需关系、原材料价格、技术进步以及国际形势等。

  2.价格波动原因与趋势

  供需关系：全球及中国钒市场的供需状况是影响价格波动的主要因素。当需求增加、供应不足时，价格上涨；反之则价格下跌。

  原材料价格：钒和钛的开采与生产成本直接影响其市场价格。全球矿业供应链的变化、运输成本的上升以及地缘政治的紧张都可能导致原材料价格的剧烈波动。

  技术进步：随着冶炼和提纯技术的提升，钒产品的生产效率逐渐提高，成本有望降低。然而，技术创新本身也可能导致市场竞争的加剧，从而影响价格走势。

  国际形势：国际市场需求的变化、政策与环境因素以及国际能源价格的波动等都可能对钒产品价格产生影响。

  （三）政策与法规

  1.政策

  中国政府在钒资源开发与利用方面制定了一系列政策与法规，旨在促进钒产业的可持续发展。

  矿产资源法：对钒矿资源的勘探、开采、加工和利用进行规范和管理，确保资源的合理利用和保护环境。

  环保政策：加强对钒产业生产过程中的环境污染治理和监管力度，推动清洁生产和循环利用技术的发展。

  产业支持政策：出台一系列支持钒产业发展的政策措施，如财政资金支持、用地用能要素保障、增强钒电池储能收益渠道等，以推动钒产业的创新升级和高质量发展。

  2.战略规划

  战略性矿产资源开发利用重点专项：将钒等战略性矿产资源纳入国家开发利用重点专项规划，加强资源勘探、开发和利用的技术研发和创新力度。

  推动钒电池储能产业发展：出台一系列支持钒电池储能产业发展的政策措施，如四川攀枝花市推进的国家电投100MW/500MWh钒电池储能电站示范项目等，旨在推动钒电池储能技术的创新和应用发展。

  促进产业转型升级：鼓励和支持钒产业进行技术创新和产业升级，提高产业竞争力和可持续发展能力。同时，加强与国际合作与交流，推动钒产业的国际化发展。

  六、挑战与机遇

  （一）资源保障挑战

  当前钒资源勘查与开发面临的主要挑战包括资源枯竭和开采难度大等问题。尽管中国是全球钒矿储量最丰富的国家之一，但钒资源的开采仅可满足未来一定年限的需求，且资源分布不均。在陕西、贵州、河南等地的钒资源保障程度低，产业链短，产业转型问题加剧。

  此外，钒矿开采过程中还存在严重的资源浪费现象。在钒钛磁铁矿开采中，钒资源的综合利用率仅为47%，而石煤提钒水平较低，存在共伴生稀有金属未实现规模化回收的问题。这不仅加剧了资源的紧张程度，还增加了开采成本。

  （二）环保与可持续发展

  钒产业在环保与可持续发展方面面临着严格的要求和挑战。随着全球环保政策的不断加强，钒生产企业需要加大环保投入，推动绿色生产技术的发展，提高资源利用效率，降低污染排放。

  为了实现这一目标，钒产业需要积极采用环保技术，如含钒页岩双循环高效氧化提钒技术，该技术突破了含钒页岩低价钒难以氧化转价的技术难关和环境瓶颈，可有效利用低品位含钒页岩资源。同时，钒产业还需要加强生态恢复工作，在开采结束后及时进行土地复垦和生态修复，以减少对环境的破坏。

  （三）技术创新与产业升级

  钒产业技术创新与产业升级的机遇与方向主要集中在钒基新材料和钒电池等领域。近年来，钒钛合金技术取得了重大突破，研究人员成功开发出高性能的钒钛合金，具有更高的强度、耐腐蚀性和抗氧化性能，为航空航天、汽车和石油化工等领域的应用提供了更广阔的空间。

  在钒电池领域，全钒液流电池具有安全性高、使用寿命长等优势。尽管目前其成本较高，但随着储能市场的快速发展和技术的不断进步，全钒液流电池的成本有望降低，装机规模将逐渐扩大，从而拉动钒产业的发展。

  此外，钒产业还可以积极研发其他新型钒材料，如钒氮合金、钒酸盐等，以拓展钒的应用领域，提高钒产品的附加值。

  （四）国际合作与竞争

  中国钒产业在国际合作与竞争中的地位逐渐提升，但也面临着一些挑战。中国是全球钒产品生产第一大国，拥有多家大型钒产品生产企业，如攀钢钒钛、河钢承德等。这些企业不仅在国内市场占据重要地位，还积极出口钒产品到国际市场。

  然而，中国钒产业在资源保障、综合利用、产品档次和工艺技术等方面的问题依然突出。为了提升国际竞争力，中国钒产业需要加强国际合作，引进先进技术和管理经验，提高生产效率和产品质量。同时，还需要加强国际市场调研，了解国际市场需求和竞争态势，以便更好地制定市场策略和产品规划。

  在国际合作中，中国钒产业可以积极参与国际钒资源开发和利用项目，与国外企业开展技术交流和合作研发，共同推动钒产业的发展。此外，还可以通过参与国际标准制定和国际贸易规则制定等方式，提升中国钒产业在国际市场上的话语权和影响力。

  七、结论与展望

  （一）总结

  中国钒产业作为全球钒市场的重要组成部分，展现出强劲的发展势头和广阔的市场前景。

  供需状况：中国钒产量占全球总产量的较大比例，且下游市场需求持续增长，特别是在新能源和储能领域的应用前景广阔。

  价格走势：近年来，钒产品价格受多种因素影响呈现波动趋势，但整体而言，随着需求的增加和生产成本的控制，价格有望保持稳定或小幅上涨。

  政策环境：中国政府在钒资源开发与利用方面制定了一系列政策与法规，旨在促进钒产业的可持续发展，同时加强环保和安全生产要求。

  战略规划：中国政府将钒产业列为战略性新兴产业，通过制定专项规划和政策措施，推动钒产业的转型升级和高质量发展。

  挑战与机遇：钒产业在资源保障、环保与可持续发展、技术创新与产业升级以及国际合作与竞争等方面都面临着挑战和机遇。需要不断加强技术创新和产业升级，提高资源利用效率和环保水平，加强国际合作与交流，提升国际竞争力。

  （二）展望

  展望未来，中国钒产业将迎来更加广阔的发展空间和机遇。

  加强资源保障：加大钒资源勘查力度，提高资源储量保障程度。同时，加强钒资源的综合利用，提高资源利用效率，降低开采成本。

  推动技术创新：加强钒产业技术创新体系建设，推动关键技术研发和成果转化。特别是在钒基新材料、钒电池等领域，要加快技术创新和产业升级步伐，提高产品附加值和市场竞争力。

  促进产业升级：优化钒产业结构，推动产业链上下游协同发展。加强钒产业与新能源、新材料等产业的融合，拓展钒产品的应用领域和市场空间。

  加强国际合作：积极参与国际钒资源开发和利用项目，加强与国际先进企业的技术交流和合作。同时，加强国际贸易合作，推动中国钒产品走向世界市场。

  注重环保与可持续发展：在钒产业发展过程中，要始终坚持绿色发展理念，加强环保和安全生产管理。推动钒产业向绿色、低碳、循环方向发展，实现经济效益、社会效益和环境效益的协调统一。

  总之，中国钒产业在未来的发展中将继续保持强劲的增长势头，但也需要在资源保障、技术创新、产业升级和国际合作等方面加强努力，以实现更加可持续和高质量的发展。