钒钛基本性质 (2)讲解
2 钒的性质
七、钒的毒性
课后作业
• 1、书54页1题 • 2、钒的钠盐种类及其主要性质有哪些？ • 3、钒的铵盐种类及其主要性质有哪些？
四、钒卤化合物性质
• 1、低价卤化物有强烈的还原性，高价卤化 物有强的氧化性； • 2、五价钒无碘化物； • 3、二价钒无卤氧化物。
五、钒的其它二元非金属化合物
名称
碳化物
分子式
V2C VC VN V3Si V5Si3 VSi2
颜色
暗黑 暗黑 灰紫
熔点，℃
2200 2830 2050 1350 2150 1750
• 3.钒的铵盐 • 偏钒酸铵(NH4VO3)是白色或带淡黄色的结晶粉末，在水中 的溶解度较小，20℃时为0.48g/100g水，50℃时为 1.78g/100g水，随温度升高而增大，在真空中加热到135℃ 开始分解，超过210℃时分解生成V2O4和V2O5。
温度/℃ 250 250 340 气氛 分解产物 V2O5 (NH4)2O· 3V2O5 (NH4)2O· V2O4· 5V2O5 空气665 5.649 6.04 5.67 4.8 4.7
结构
立方 立方 立方 立方 六方 六方
氮化物 硅化物
硫化物
V3S VS V5S4 V3S5 V2S3 VS4
黑 棕黑 黑 黑 灰黑 黑
825～950，相变 600，相变 700，歧化 450，分解 850-950，分解 500，分解
钒的性质
资源与环境工程学院 丁满堂
复习上次课的内容
• 钒钛的应用及发展方向
本次课重点内容
• 钒的氧化物的性质及其作用 • 钒酸盐的种类及其主要性质
一、钒及其化合物主要性质
• 钒是一种单晶金属，呈银灰色，具有体心立方 晶格，在1550℃和-28～-38℃时有多晶转变。 高熔点难熔金属，在低温时有良好的耐腐蚀性。 纯钒具有良好的延展性和可锻性，在常温下可 制成片、丝和箔。钒呈弱顺磁性，是电的不良 导体。钒的力学性能取决于它的纯度。少量的 杂质，如氧、氮、碳、氢可提高钒的硬度和抗 拉强度，但降低了它的延展性。 • 常温下钒的化学性质较稳定，但在高温下能与 碳、硅、氮、氧、硫、氯、溴等大部分非金属 元素生成化合物。
第一章 钒的基础知识2
正方 兰黑 4.2～4.4 斜方 橙黄 3.357
1、一氧化物(VO或V2O2)
物理性质： —浅灰色带有金属光泽的晶体粉末
—是非整比氧化物，组成为VO0.94-1.12
—固体具有氯化钠型晶体结构,即属离子型的 —具有较高的导电性 化学性质： —具有碱性氧化物的性质，不溶于水，能溶解于酸中生成强 还原性的紫色钒盐[V(H2O)6 ]2+ 离子。 —在空气中和水中不稳定，容易氧化成V2O3。 —在真空中它发生歧化反应生成金属钒和V2O3。 制备：用氢在1700℃下还原V2O5或V2O3制得。
件有关，含碳较高的矿层钒含量较高，以硅质页岩为主的矿层品位较
低。 ⑹有机基原料矿床：钒与其它有机化合物形成络合物。如高硫石油、
沥 青 质 岩 等 ， 通 常 中 东 的 原 油 V2O5 含 量 20 ～ 150g/t ， 有 的 高 达
300～400g/t。因此，这些有机燃油的渣、灰及脱硫用的废催化剂等 含有大量的钒，有的还含有钼、镍等二次资源，可作为提钒的重要原
第一章 钒的基础知识
29
教学要求：
1、了解钒制备的发展史，钒及其化合物的
用途。
2、掌握钒矿物及其主要性质,钒的生产方法。
重点：钒矿物的主要性质，钒的生产方法。
一、世界钒的发展历史
钒(V),呈银灰色，原子序数为23，原子量为50.942，在元素周期 表中属VB族，具有体心立方晶格。
钒钛
TiO2+ + H2O2 = [TiO(H2O2)]2+
桔红色，鉴定Ti
三、二氧化钛TiO2（两性）
1.二氧化钛的性质及应用 天然二氧化钛称“金红石”，含杂质。 人工制备纯TiO2俗称“钛白粉”，由于它在耐化学腐蚀性， 热稳定性、抗紫外线粉化及折射率高等方面所表现的良好性能， 是优良的白色涂料，着色力强，遮盖力强，化学稳定性好，优 于“锌白”（ZnO）和“铅白”（2PbCO3· Pb(OH)2）等白色 涂料，因而得到广泛应用。 TiO2 + H2SO4 = TiOSO4 + H2O (TiO2+ 氧基钛阳离子) TiO2 + NaOH = NaTiO3 + H2O
(3)还原：
800 oC, Ar
TiCl4(g) + 2 Mg(l) = 2MgCl2(s) + Ti(s) 实际温度为800 C，用Ar气保护，防止生成的Ti被空气 中的O2氧化。 1000 C用挥发法除去残余的Mg和MgCl2。
如果用H2作为还原剂，需高温（T > 2000 K）,
四、四氯化钛TiCl4
承德地区的钒钛磁
铁矿总储量达到了80 亿t以上，折合V2O5 的储量有800万t，资 源相当丰富
§17-3 钛分族 Titanium Group Elements
存在：金红石TiO2，钛铁矿 (FeTi O3) 四川攀枝花钒钛铁矿（FeTiO3）探明
ⅣB 钛 Ti
储量约15亿吨。
钛是未来的“钢铁”：质轻，抗腐 蚀，硬度大，是宇航、航海、化工设 备等的理想材料。
六、[Ti(H2O)6]3+红紫色，d - d跃迁引起。
§17-3 钒分族 Vanadium group elements
《钒钛材料工艺学》教案
《钒钛材料工艺学》教案第一章：钒钛材料概述1.1 钒钛材料的定义与分类1.2 钒钛材料的性质与特点1.3 钒钛材料的应用领域1.4 钒钛材料的制备方法第二章：钒钛材料的制备工艺2.1 钒钛矿物的开采与选矿2.2 钒钛材料的制备原理与方法2.3 钒钛材料的制备设备与工艺流程2.4 钒钛材料制备过程中的质量控制第三章：钒钛材料的加工工艺3.1 钒钛材料的熔炼与铸造3.2 钒钛材料的轧制与拉拔3.3 钒钛材料的焊接与热处理3.4 钒钛材料的表面处理与涂层第四章：钒钛材料的性能检测与分析4.1 钒钛材料的力学性能检测4.2 钒钛材料的化学成分分析4.3 钒钛材料的微观结构观察4.4 钒钛材料的性能优化与改性第五章：钒钛材料的应用案例5.1 钒钛钢铁材料的应用案例5.2 钒钛合金材料的应用案例5.3 钒钛功能材料的应用案例5.4 钒钛材料在其他领域的应用案例第六章：钒钛材料的熔炼工艺6.1 钒钛熔炼工艺的基本原理6.2 钒钛熔炼炉型的选择与操作6.3 钒钛熔炼过程中的熔体处理6.4 钒钛熔炼工艺的优化与节能第七章：钒钛材料的轧制与拉拔工艺7.1 钒钛材料的轧制工艺技术7.2 钒钛材料的拉拔工艺技术7.3 钒钛材料轧制与拉拔过程中的变形控制7.4 钒钛材料轧制与拉拔工艺的设备选择第八章：钒钛材料的焊接技术8.1 钒钛材料的焊接性分析8.2 钒钛材料焊接工艺的选择8.3 钒钛材料焊接过程中的质量控制8.4 钒钛焊接接头的性能评估第九章：钒钛材料的热处理工艺9.1 钒钛材料热处理的目的与类型9.2 钒钛材料热处理工艺参数的选择9.3 钒钛材料热处理过程中的温度控制9.4 钒钛材料热处理后的性能分析第十章：钒钛材料的表面处理与涂层技术10.1 钒钛材料表面处理的目的与方法10.2 钒钛材料涂层的选择与施工10.3 钒钛材料表面处理与涂层的技术要求10.4 钒钛材料表面处理与涂层的性能评估第十一章：钒钛材料的应用领域11.1 钒钛在钢铁工业中的应用11.2 钒钛在航空航天领域的应用11.3 钒钛在新材料领域的应用11.4 钒钛在其他工业领域的应用第十二章：钒钛材料的性能优化与改性12.1 钒钛材料性能优化的意义12.2 钒钛材料的改性技术12.3 钒钛材料改性过程中的注意事项12.4 钒钛材料改性后的性能评估第十三章：钒钛材料的生产成本控制13.1 钒钛材料生产成本的构成13.2 钒钛材料生产过程中的成本控制策略13.3 钒钛材料生产设备的选择与投资评估13.4 钒钛材料生产过程中的节能减排措施第十四章：钒钛材料的质量控制与检测14.1 钒钛材料质量控制的重要性14.2 钒钛材料质量控制的体系与方法14.3 钒钛材料质量检测的技术与设备14.4 钒钛材料质量问题的解决与改进第十五章：钒钛材料的发展趋势与展望15.1 钒钛材料市场的现状与展望15.2 钒钛材料技术的创新与发展15.3 钒钛材料在绿色制造中的应用15.4 钒钛材料未来的挑战与机遇重点和难点解析重点：1. 钒钛材料的定义、性质、特点及应用领域。
钒的性质及用途简介解析
钒的性质及用途简介解析钒的性质及用途简介钒是一种神奇的金属，化合价有2+、3+ 和5+ ，金属单质钒很少，其主要形态有：VO（氧化钒），V2O3（三氧化二钒），V2O5（五氧化二钒），FeV（钒铁）及偏钒酸铵等，工业上使用最多的是V2O5和FeV，主要用于冶金的添加剂，增强钢铁的强度和韧性。
一、性质1、钒的性质钒（Vanadium），化学符号V，元素周期表中序数为23，原子量为50.94。
钒是银白色略带蓝色的金属，具有延展性；含有氧、氮、氢时则变脆、硬。
钒在较高的温度下与原子量较小的非金属形成稳定的化合物；在低温下有良好的耐腐蚀性。
钒进入合金后可增强合金的强度，降低热膨胀系数。
钒在地壳中的丰度约为0.02%，比铜、锌、镍、铬都高。
按地壳中元素丰度排列第13位。
可以说，在地壳中含有非常丰富的钒金属。
但钒金属有一个特点，很难形成独立的矿床，伴生性非常明显，因此在自然界非常分散，通常和其他金属伴生，如：钒钛磁铁矿。
因此，不太容易单独对钒金属进行开采和提炼，钒产品多作为冶金业的副产品生产。
2、五氧化二钒的性质五氧化二钒（V2O5）为褐色固体，有两种形态：粉状和片状，因在富氧和缺氧的加热条件下而得到不同的形态。
五氧化二钒有毒性。
在国际化学剧毒品名录中排名第43位。
其毒性主要是对呼吸道有刺激，引起鼻粘膜充血。
如果过多的吸入了粉状的五氧化二钒，有头昏、恶心等感觉，擤鼻涕时可能会带有血丝。
如果五氧化二钒中毒，离开了现场症状自然缓解，休息一两天一般自然恢复，不需治疗。
在国内没有对五氧化二钒毒性检测的规程，但中华人民共和国国标中也明确列示其为剧毒物质，生产过程需要在省级安监部门办理安全生产许可证。
3 、偏钒酸铵偏钒酸铵（NH4VO3）为白色结晶体，既是一种独立的产品，也是制造五氧化二钒的上一道工序的中间产品，其性质与五氧化二钒相似，其生产也需要办理安全生产许可证。
4 、钒铁的性质工业上使用的钒，主要是元素钒。
五氧化二钒（V2O5）中，钒的原子量仅占56%，其余为氧原子量。
绪论-钒钛概论
1.了解国内钒和钛产品及生产和市场状况。
2.了解国外钒和钛产品及生产和市场状况。
3.了解攀枝花钒和钛产品及生产和市场状况。
4.了解国内外和攀枝花钒钛资源状况。
第四章钒材料（8学时）
教学内容：
钒产品生产原理、工艺、设备。
教学要求：
1.了解钒材料产品种类。
2.理解钒矿、钒渣、三氧化二钒、金属钒、钒铁、钒合金等的制备原理、生产工艺和配套设备；掌握五氧化二钒的制备原理、生产工艺和配套设备。
2.了解钒钛材料在国民经济中的地位和作用。
3.了解钒钛材料今后的发展趋势。
第二章钒钛基本性质（2学时）
教学内容：
钒的性质，钛的性质。
教学要求：
1.了解钒及其化合物的物化性质。
2.了解钛及其化合物的物化性质。
第三章钒钛资源、国内外及攀枝花钒钛产业状况（4学时）
教学内容：
钒资源，钛资源，钒的产业状况，钛的产业状况。
作业方面：
在作业和练习方面，要求少而精，每章讲授完后应布置1-3个题目，以巩固学生所学知识。
考试Байду номын сангаас节：
本课程为考查课，不安排期末考试，建议期末考核以学生完成综述报告、上课情况和作业、撰写论文等综合评定成绩。
三、课程的教学内容和学时分配
第一章绪论（2学时）
教学内容：
钒材料、钛材料概况。
教学要求：
1.了解钒钛材料的概念。
3.了解纳米钛白等新材料的研发和生产状况。
重点：钛白粉、钛渣生产工艺。
难点：纳米钛白。
四、本课程与其它课程的联系与分工
本课程是毕业设计（论文）的先行课，为后续课程奠定相关钒钛基础知识，便于完成毕业课题，先行课是材料科学基础、无机材料合成原理、无机非金属材料学。
钒钛磁铁矿的性质
钒钛磁铁矿的性质、分布情况以及用途
一、钒钛磁铁矿的性质：
钒钛磁铁矿是金属氧化物、硫化物及硅酸盐、磷酸盐和碳酸盐矿物组成的复合矿。
钒无独立矿物，它主要以类质同象赋存于钛磁铁矿晶格中。
钛矿主要为钒钛磁铁矿中的钛矿、金红石矿和钛铁矿砂矿等。
钒钛磁铁矿中的钛主要产于四川攀枝花地区。
钛铁矿的TiO2保有储量为3.57亿吨，居世界首位。
钛矿矿床类型主要为岩浆型钒钛磁铁矿，其次为砂矿。
从成矿时代来看，原生钛矿主要形成于古生代，砂钛矿则于新生代形成。
二、钒钛磁铁矿的分布情况：
中国拥有十分丰富的钒钛磁铁矿资源，许多地区均有蕴藏。
主要分布于四川攀枝花西昌地区和河北省承德地区。
作为铁矿石资源，钒钛磁铁矿约占中国已探明铁矿石总量的25%；作为钛和钒资源，钒钛磁铁矿中钛和钒的储量分别占中国已探明储量的93%和87%。
三、钒钛磁铁矿的用途：
钒铁磁铁矿选矿产品主要为铁钒精矿、钛精矿以及硫钴精矿。
它们分别送至冶炼厂或化工厂炼铁提钒，制备钛白或钛制品，制取硫酸或生产钴镍氧化物产品。
中国冶金炉料网。
《钒钛材料工艺学》教案
《钒钛材料工艺学》教案第一章：钒钛材料概述1.1 钒钛材料的定义与分类1.2 钒钛材料的性质与用途1.3 钒钛材料的生产概况与发展趋势第二章：钒钛矿石的选矿工艺2.1 钒钛磁铁矿的选矿方法2.2 钒钛磁铁矿的破碎与筛分2.3 钒钛磁铁矿的浮选与磁选第三章：钒的提取与加工工艺3.1 钒的提取方法3.2 钒的氧化工艺3.3 钒的还原与精炼工艺第四章：钛的提取与加工工艺4.1 钛的提取方法4.2 钛的精炼与熔炼工艺4.3 钛的加工工艺（钛合金、钛材等）第五章：钒钛材料的制备与性能5.1 钒钛合金的制备方法5.2 钒钛合金的性能特点5.3 钒钛材料在工程应用中的优势与挑战第六章：钒钛材料的熔炼与铸造工艺6.1 钒钛熔炼工艺的基本原理6.2 钒钛合金的熔炼设备与工艺参数6.3 钒钛合金的铸造工艺及控制第七章：钒钛材料的塑性加工工艺7.1 钒钛合金的塑性加工原理7.2 钒钛合金的热轧与冷轧工艺7.3 钒钛合金的拉伸、弯曲与成形工艺第八章：钒钛材料的焊接工艺8.1 钒钛材料的焊接性分析8.2 钒钛材料的焊接方法与工艺参数8.3 钒钛焊接接头的性能评估与改进第九章：钒钛材料的热处理工艺9.1 钒钛合金的热处理原理与方法9.2 钒钛合金的退火、正火与回火工艺9.3 钒钛合金的时效与超级合金工艺第十章：钒钛材料的应用与前景10.1 钒钛材料在航空、航天领域的应用10.2 钒钛材料在汽车、能源领域的应用10.3 钒钛材料在生物、医疗领域的应用及前景重点和难点解析一、钒钛材料概述重点：钒钛材料的性质与用途难点：钒钛材料的生产概况与发展趋势补充说明：在讲述钒钛材料的性质与用途时，应强调其在高强度、耐腐蚀、耐高温等领域的独特优势。
在讨论生产概况与发展趋势时，应结合全球钒钛资源的分布、行业政策及技术进步等方面进行分析。
二、钒钛矿石的选矿工艺重点：钒钛磁铁矿的选矿方法难点：钒钛磁铁矿的破碎与筛分补充说明：介绍钒钛磁铁矿的选矿方法时，应详细阐述各种方法的优缺点及适用条件。
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分解产物 V2O5
(NH4)2O·3V2O5 (NH4)2O·V2O4·5V2O5
NH3，V2O5 V2O5
(NH4)2O·3V2O5 (NH4)2O·V2O4·5V2O5 V6O13，V2O3，V2O4 (NH4)2O·V2O4·5V2O5
第三节 V2O3的性质
• V2O3是灰黑色有光泽的结晶粉末；不溶于水及碱； 是强还原剂。 • 熔点很高(2070℃)。 • 具有导电性。
• 常温下暴露于空气中数月后，被氧化变成靓 青蓝色的VO2。
• 工业上制取方法：是用氢气、一氧化碳、氨 气、天然气、煤气等气体还原V2O5或钒酸铵 制取。
第四节 VO2的性质
第 二 章 钒钛基本性质
第一节 金属钒的性质 第二节 V-O系相图 第三节 V2O3的性质 第四节 VO2的性质 第五节 V2O5的性质 第六节 偏钒酸铵的性质 第七节 钒的某些二元非金属化合物 第八节 钒铁性质
第九节 钒铝性质 第十节 钒的毒性 第十一节 金属钛的性质 第十二节 TiO2（钛白）的性质 第十三节 低价钛（Ti2O3、Ti3O5）性质 第十四节 偏钛酸的性质 第十五节 四氯化钛（TiCl4）的性质 第十六节 碳化钛（TiC）的性质 第十七节 正硫酸钛Ti(SO4)2和硫酸氧钛
数据 50.9451 1890±10 3380 6.11 533.72 30.98 5.13 8.3×10-6 24.8～26.0 2.18～2.76×10-8 24.62 800～1000 立方
第二节 V-O系相图
O(原子分数)%
★ 由氧-钒二元相图可知，钒有多种氧化物。 在V2O3和V2O4 之间，存在着可用通式
2V2O52V2O4+O2
• V2O5可用偏钒酸铵在空气中于500℃左右分解 制得。
• V2O5是最重要的钒氧化物，工业上用量最大。 工业五氧化二钒的生产，用含钒矿石、钒渣、 含碳的油灰渣等提取，制得粉状或片状五氧化 二钒。它大量作为制取钒合金的原料，少量作 为催化剂。
第六节 偏钒酸铵的性质
• 偏钒酸铵(NH4VO3)是白色或带淡黄色的结晶粉末， 在水中的溶解度较小。 • 偏钒酸铵是工业上生产V2O5的中间产物。 • 偏钒酸铵在真空中加热到135℃开始分解，超过 210℃时分解生成V2O4和V2O5。
• 钒具有较好的耐腐蚀性能，能耐淡水和海水的侵 蚀，亦能耐氢氟酸以外的非氧化性酸(如盐酸、稀 硫酸)和碱溶液的侵蚀，但能被氧化性酸(浓硫酸、 浓氯酸、硝酸和王水)溶解。
• 金属钒的物理性质如下表所示：
表 金属钒的物理性质
性质 原子量 熔点/℃ 沸点/℃ 密度/g/cm3 比热容(20℃)/J·(kg·K)-1 热导率(20℃)/w·(m·K)-1 超导转变温度/K 线膨胀系数(0～100℃)，℃-1 电阻率(20℃)/μΩ·cm 电阻温度系数/Ω·cm·℃-1 热焓(0～100℃)/ J·mol-1 再结晶温度/℃ 晶型
第五节 V2O5的性质
• V2O5是一种无味、无嗅、有毒的橙黄色或红棕色的粉 末，微溶于水(约0.07g/L)，溶液呈微黄色。 • V2O5大约670℃熔融，冷却时结晶成黑紫色正交晶系
的针状晶体。
片状五氧化二钒
粉状五氧化二钒
•V2O5是两性氧化物，与Na2CO3一起共熔得到 不同的可溶性钒酸钠。
课前复习
• 前言 • 第 一 章 绪论（钒钛材料概况） • 第一节 钒矿物种类 • 第二节 钒材料的分类 • 第三节 钒材料的用途 • 第四节 钒材料的发展史 • 第五节 钛矿物种类 • 第六节 钛材料分类 • 第七节 钛材料的用途 • 第八节 钛的发展史 • 第九节 钒钛材料今后-1 (3≤n≤9)表示的同族氧化物。 在V2O4到V2O5之间，已知有V3O5、V3O7、
V4O7、V4O9、V5O9、V6O11、V6O13等。 工业上钒氧化物主要是以五氧化二钒、
四氧化二钒和三氧化二钒，特别是五氧化二 钒的生产尤为重要。它们的主要性质列于下 表。
表 钒氧化物的性质
氧化物 V2O2 V2O3
（TiOSO4）的性质 第十八节 钛的毒性
第 二 章 钒钛基本性质
第一节 金属钒的性质
• 钒是一种高熔点难熔金属，常温下为固态，呈银灰 色，具有体心立方晶格，原子序数23。 • 纯钒具有良好的延展性和可锻性，在常温下可制成 片、丝和箔。 • 钒呈弱顺磁性，是电的不良导体。 • 钒的力学性能取决于它的纯度。 • 常温下钒的化学性质较稳定，但在高温下能与碳、 硅、氮、氧、硫、氯、溴等大部分非金属元素生成化 合物。
•V2O5+3Na2CO3→2Na3VO4+3CO2 •V2O5+2Na2CO3→2Na4V2O7+2CO2
•V2O5+Na2CO3→2NaVO3+CO2
因为在V2O5晶格中比较稳定地存在着脱除氧原子 而得的阴离子空穴，因此在700～1125℃范围内，可 逆地失去氧，这种现象可解释为V2O5的催化性质。
V2O4 V2O5
晶系，颜色
比 重
熔点 /℃
溶解性
等轴 ，浅灰 5.76 1790
不溶水、 溶于酸
1970 菱形， 黑 4.87 ～
2070
不溶水、 溶于HF及HNO3
正方 ，兰黑
4.2 ～
1545 ～
微溶水、溶于酸及碱、不溶乙 醇
4.4 1967
斜方， 橙黄
3.35 7
650～ 690
微溶水、溶于酸及碱、不溶乙 醇
• 二氧化钒是深兰色晶体粉末，温度超过 128℃时为金红石型结构。
• VO2是两性氧化物，溶于酸和碱。
• VO2是钒氧化物中研究最多的一种，原因在 于有金属—非金属转变的性质。
• 由于VO2的薄膜形态不易因反复相变而受到 损坏，因此，其薄膜形态受到了比其它粉体、 块体更为广泛的研究。
提拉法制备VO2薄膜
表 偏钒酸铵热分解条件及产物
温度/℃ 250 250 340
420～440 310～325
约200 约320 约400 约1000
350
400～500
200～240 320 400 225
气氛 空气和氧气NH3
空气 空气 空气 氧气 氢气 氢气 氢气 氢气 二氧化碳、氮或
氩 二氧化碳、氮或
氩 氮气和氢气 氮气和氢气 氮气和氢气