前言:
钒,一种高熔点难熔的稀有金属元素,具有“金属维生素”之称,用有众多优异的物理性能和化学性能,被广泛应用于钢铁、有色、化工、能源、环保等诸多重要领域。钒的化合价+2、+3、+4和+5,不同价态色彩各异,与氧结合形成的氧化物具有“化学面包”之称,是化工行业最佳的催化剂;经过再次提炼的合金产品是现代工业中是如同“味精”一般的存在,是发展现代工业、现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料。
钒的主要产品可分为初级产品、二级产品和三级产品。初级产品包括含钒矿物,精矿、钒渣、报废石油精炼的废催化剂和其他残渣;二级产品包括五氧化二钒、三氧化二钒、偏钒酸铵;三级产品包括钒氮合金、钒铁、金属钒、钒铝合金、钼钒铝合金、硅锰钒铁合金及钒化合物(如钒电解液)。
Mysteel团队深入了解钒产业链的调研,及时获取产业上最真实的数据信息,为了更好服务于广大客户群体,撰写此篇文章,以便大家进一步探寻非凡的“钒”。
本文将对钒展开较为全面的介绍,全文主要围绕钒产品简介(特点、主要用途及生产)、钒产业链的简介、资源分布、全国主产区分布、供需情况等章节展开讨论,可供近期及长期密切关注钒行业的社会各界人士参考。
一、钒系产品简介:
(一)五氧化二钒:
五氧化二钒,砖红色粉状或黑色片状,钒含量通常在98%,分子式为V2O5,可通过钒钛磁铁矿冶炼含钒铁水进行提钒,也可利用偏钒酸铵或多钒酸铵进行熔炼生产得到。
五氧化二钒广泛用于冶金、化工等行业,主要用于冶炼钒铁、钒氮合金等钒制品,用作合金添加剂,占五氧化二钒总消耗量的80%以上,还可作为特种钢、合金钢和不锈钢的添加原料;可用作有机化工的催化剂,在合成氨工业中用于脱碳、脱硫;用作印染、玻璃制造业及陶瓷工业中的着色剂;制备硫酸和石油化工生产中的催化剂、缓蚀剂;制备各种钒化合物,用于生产化肥、尼龙等产品,还可用于钒电池制造。
(二)钒铁:
钒铁,银白色块状,一般分为桶装或吨袋包装,根据钒含量的不同分为50钒铁(FeV50)和80钒铁(FeV80),通过炉外法或电炉法冶炼生产,北方多以炉外法制取,南方多为电炉法生产。
钒铁的终端流向主要为各大钢厂、生产企业以及海外出口等,国内生产多用50钒铁,80钒铁多用于出口海外。钒铁主要用作炼钢的合金添加剂,常用于碳素钢、低合金钢强度钢、高合金钢、工具钢和铸铁生产中。钢中加入钒铁之后,可以显着提高钢的硬度、强度、耐磨度、延展性,改善钢的切削性能。
(三)钒氮合金:
钒氮合金,绿褐色粉末压块,袋装,通常为V77N16,由五氧化二钒、碳粉等原料包裹在氮气流中经推板窑炉生产而来,是比钒铁更优的炼钢添加剂。
钒氮合金可以替代钒铁用于微合金化钢的生产,添加于钢中能提高钢的强度、韧性、延展性及抗热疲劳性等综合机械性能,并使钢具有良好的可焊性。在达到相同强度下,添加钒氮合金可节约钒加入量30-40%,进而降低成本。
二、钒产业链简介:
“钒”的一生多从钒钛磁铁矿中开启,钒钛磁铁矿经过选矿后得到钒钛铁精矿,将其置于高炉冶炼(或电炉还原)生成含钒铁水,通过转炉用氧气吹炼得到钒渣,生产成五氧化二钒,再由其作为原料进行生产钒铁、钒氮合金等市场常见的钒系合金产品,最终合金产品流通至终端钢厂进行钢种的冶炼。
钒的消耗约有90%用于钢铁工业中,在钢中加入百分之几的钒,便能优化钢种性能:在普通低合金钢中,增加钢的强度并抑制其时效作用;在合金结构钢中,增加钢的强度和韧性;在弹簧钢中,与铬或锰配合使用,增加钢的弹性极限,并改善其质量;在工具钢中,增加钢的回火稳定性,增强其二次硬化作用,提高其耐磨性,延长工具的使用寿命……因此,在钢铁、航空、铁路、电子、医疗、国防等领域均可看见钒的踪迹,占有十分重要的位置。
(一)五氧化二钒:
钒渣依次经过破碎、球磨、除铁后,根据工艺要求按照特定比例与纯碱均匀混合并润湿,送入回转窑进行氧化焙烧(从低温到高温再逐渐降温的过程)得到含+5价钒的热熟料,再进入湿球磨浸出,同时加入硫酸铝、硫酸铵等除杂剂去除钒液中的磷元素与硅元素,将浸取液在蒸气中加热搅拌得到多钒酸铵沉淀物,再经过熔化焙烧制取粉状五氧化二钒,最后放入熔化炉内熔化铸片。
(二)钒铁:
铝热法:将五氧化二钒、铝粉、铁粒、石灰等按照特定比例分类放入料罐经由混料机混匀,出炉水淬后的铁饼由按照要求进行粒度破碎,同时人工挑选出夹渣部分回炉,余下部分即为成品钒铁。
硅热法:将五氧化二钒、硅铁、石灰、废钢等原料按照一定比例放入料仓,送入电弧炉进行冶炼,冶炼过程中分期加料,最后一期按照国标调整铁水中各元素含量达标后即可出炉进行浇筑,浇筑好的铁水待水淬冷却后按照需求进行破碎即为成品。
(三)钒氮合金:
将五氧化二钒粉碎后与碳还原剂等混匀压制成球状放入料罐,推送入窑内进行冶炼,最终压制成块状即为钒氮合金成品。
三、资源分布:
(一)全球资源分布:
钒的踪迹遍布全世界,全球钒储量约为 2400 万吨,99%以上的钒矿储量集中在中国、俄罗斯、南非及澳大利亚。世界上已知的钒储量有98%产于钒钛磁铁矿,部分赋存于磷块岩矿,含铀砂岩,粉砂岩,铝土矿,含碳质的原油、煤、油页岩及沥青砂中。中国拥有全球最多的钒资源储量,约950万吨,占全球资源总量的47%,形成了以四川为中心的钒钛资源圈,钒资源覆盖全国。
图片来源:河钢承德钒钛
(二)国内资源分布:
国内钒资源广泛分布于19个省市(区),主要集中在四川攀枝花地区和河北承德地区。我国钒矿资源主要有两种形式,即钒钛磁铁矿和含钒石煤,其中钒钛磁铁矿中钒资源占总储量的53%,含钒石煤中钒资源占总储量的47%。
(1)钒钛磁铁矿:集中分布在四川攀西地区和河北承德地区,攀枝花-西昌地区已探明钒钛磁铁矿储量在100亿吨以上;河北承德地区已探明钒钛磁铁矿储量在80亿吨以上;此外云南 、新疆、陕西、辽宁、黑龙江、山东等地也有钒钛磁铁矿资源。
(2)含钒石煤:主要分布在陕西、湖南、湖北、安徽、浙江、江西、贵州等地,总储量618.8亿吨,其中已探明工业储量39亿吨。
(3)含钒石墨矿:分布在全国20个省(区),已探明储量矿区91处,其中以黑龙江最多,四川和山东地区也较为丰富。
图片来源:河钢承德钒钛
原料资源集中性强,主要分布在四川、承德、黑龙江地区;钒产品生产企业数量众多,但相对较为分散。
(一)五氧化二钒:
国内约19家五氧化二钒生产企业,据Mysteel调研统计(数据样本覆盖率95%以上),2021年五氧化二钒全年产量约113719吨,其中主流生产企业6家,分别为攀钢、承钢、德胜、建龙、成渝钒钛、达钢,占据约87%的市场份额(参考2021年数据);余下13家企业有部分企业为主流生产企业的代加工企业,部分企业自产自销。
(二)钒铁生产企业:
国内约23家钒铁生产企业,据Mysteel调研统计(数据样本覆盖率95%以上),2021年钒铁全年产量约39953吨,其中主流生产企业为攀钢、承钢,占据约69%的市场份额(参考2021年数据);余下企业中包含7家钼钒同加工企业(多集中在东北地区)、13家中小规模企业。
(三)钒氮合金生产企业:
国内约36家钒氮合金生产企业,产业较为分散,核心生产区为四川、河北、陕西。2018年钒合金大幅波动带来了巨大机遇,吸引大批钒氮合金企业新建投产,原先小厂也随市大量升级改造,据Mysteel调研统计(数据样本覆盖率95%以上),2021年钒氮合金全年产量约62280吨。
六、供需情况:
(一)国内:
自2000年以来,随着下游终端需求的增加,我国钒产量近似呈现逐年递增的趋势,2019年突破10万吨一线,至今年产量维持在10万吨以上。
2000年以来随着钢材产量上升,我国的钒消费也处于长期稳定上升中,2000年-2012年期间,中国处于逐步融入全球经济体系的过程,2008年经融危机前,国际消费强势,钒合金出口为主,进入2010年,中国出口量开始逐步稳定,至今出口量都维持在1.7万吨/年。2013-2014年,国内钢材市场在一度繁荣之后,迈入拐点,大量中小钢厂倒闭或是被迫降本,大环境下,螺纹钢穿水工艺被推崇为主流,钒合金消费急转直下。直到2016年钢材市场复苏,消费回暖,市场走出阴霾,2017年产量走高,2018年螺纹钢新标准推行,强调穿水钢筋与热轧带肋钢筋的区别,刺激了钢厂的工艺变革,含钒钢筋比例上升,2018到2020年,在钢中的钒消费量以每年13000吨(折V2O5)的增量提升。
(二)进出口:
中国同时兼有大量钒资源消耗与产出的双重角色,每年产出的大量钒资源除去国内自身消耗,也有部分资源走向海外,同时也会有国外资源进入国内市场。据海关数据统计,每年均有不同数量的五氧化二钒、钒铁和钒氮合金资源进出口,Mysteel也统计了2021年全年钒资源进出口概况,如下:
(1)进口:
据Mysteel统计,2021年全年进口五氧化二钒2584.064 吨,较2020年(9,110.842吨)同比减少约71.64%;2021年全年进口钒铁2543.214吨,较2020年(3,903.461吨)同比减少约34.85%。
(2)出口:
据Mysteel统计,2021年全年出口五氧化二钒 3819.28吨,较2020年(4524.283吨)同比减少约15.58%,其中以四川地区、河北地区出口约占出口总量的89%。
2021年全年出口钒铁 4924.373吨,较2020年(4505.219吨)同比增加约9.3%其中以四川地区出口主约占出口总量的81%。
2022年全年出口钒氮合金 973.179吨,较2020年(540.731吨)同比增加约80%,其中以四川地区、湖南地区居多,约占出口总量的56%。