钒（V）作为工业维他命,是一种重要的战略资源,广泛应用于冶金、航天、核工业、化工催化、储能、医疗等领域。当前钒资源利用存在着资源回收率低、环境污染严重、产品附加值低等问题。针对此,本文通过建立微乳液萃取钒的方法,从沉钒废水及其污泥中分离回收钒资源以提高钒资源回收率、减轻环境危害性,以提钒中间产物直接高效制备高纯钒制品以提升产品附加值,从而推动我国钒资源增值利用。本文首先以三辛基甲基氯化铵（MTA）为表面活性剂、异戊醇（IAA）为助表面活性剂、正庚烷（N-heptane）为稀释剂,建立了MTA/IAA/N-heptane/Na Cl微乳体系。优化了该微乳液萃取钒的条件,当料液p H为3、萃取剂浓度为73.35 mmol·L-1、相比A/O=4、萃取温度25℃以及萃取时间2 min时,钒的萃取率可达到99.90%。联用第一性原理分子动力学模拟和多种实验表征手段,揭示了在MTA+阳离子的诱导作用下V-O八面体配位的H2V10O284-离子转变为V-O四面体配位的V10O262-离子的现象与机制,同时证明了MTA+对H2V10O284-离子具有高亲和力与选择性。然后建立了微乳液萃取分离V（V）和Cr（VI）的方法。对于V（V）和Cr（VI）的混合溶液,采取“还原-选择性氧化”预处理将Cr（VI）选择性转变为Cr3+阳离子以实现钒、铬离子的电荷差异,以便后续微乳液选择性萃钒。最优条件下,钒的萃取率为98.45%,铬的萃取率为4.44%,实现了V（V）和Cr（VI）的高效分离。基于所建立的V（V）和Cr（VI）的微乳液萃取分离法,实现了对沉钒废水及其污泥（钒铬还原渣和铬泥）的无害化资源化利用。沉钒废水中钒、铬元素的回收率分别为96.29%、95.56%;钒铬还原渣中硅、钒、铬的回收率分别为93.04%、96.32%、92.68%;铬泥中硅、钒、铁、铬的回收率分别为92.58%、95.53%、98.25%、92.68%。再建立了溶液态V（V）与磷的微乳液分离方法,通过萃取剂分子MTA对钒酸根离子与磷酸根离子的亲和力差异从而选择性萃取钒酸根,突破了酸性溶液中钒磷分离难题。最优条件下,钒萃取率为99.9%,磷萃取率为5.5%。以高磷钒渣的含钒浸出液为原料,采用所建立的微乳液萃取分离法制备获得纯度99.7%的高纯V2O5产品,钒的全流程回收率高达87.3%。为满足全钒液流电池对高纯VOSO4的需求,建立了高纯VOSO4溶液的微乳液萃取-还原反萃制备方法。以模拟含钒溶液为原料,以硫酸和亚硫酸的混合溶液为反萃液,钒反萃率为99.43%。揭示了负载微乳液中V（V）先还原成V（IV）后与SO42-结合的还原反萃原理。以工业钙化浸出液为原料,采取所建立的微乳液萃取-还原反萃法制备高纯VOSO4溶液,其成分满足国标要求、电化学性能优良,产品收得率达87.50%。为满足钒电池和航空航天级合金制备对高纯V2O5的需求,建立了高纯V2O5的微乳液萃取高效制备方法。以工业钠化液为原料,针对其钒含量高、铬含量低的特点,采用钙化沉钒除铬→碱性浸出返溶钒→微乳液萃取→碱性反萃→沉淀→煅烧的技术路线制备高纯V2O5。在最优的条件下,钒沉淀率高达99.45%,铬的沉淀率仅为1.52%;沉淀产物中钒的浸出率可达99.24%;钒萃取率高达99.91%。最终获得的V2O5产品纯度为99.92%,产品收得率95.68%。综上所述,本文探明了MTA+对钒多酸形态的诱导转变机制并基于此建立了萃取容量与萃取效率高的微乳液萃钒方法。采用所建立的微乳液萃取方法,解决了沉钒废水及其污泥的无害化资源化利用难题,提出了高纯VOSO4溶液和高纯V2O5的短流程高效制备原理。为我国钒资源增值利用奠定了理论与技术基础。