A gyártásaferrovanadiumegy komplexumkohászati folyamathogy a kitermeléssel kezdődikvanádiumelsődleges ércekből vagy másodlagos erőforrásokból. A legfontosabbnyersanyagvanvanádium-titán magnetit (VTM), egy típusavasércnagy lelőhelyeken találhatók Kínában (Panxi régió), Oroszországban (Kacskanar), Dél-Afrikában és az Egyesült Államokban. A VTM jellemzően 0,3–1,5% V₂O5-t tartalmaz titánnal és vassal együtt. A bányászat után az érc átmegydúsítás(zúzás, őrlés, mágneses szétválasztás) előállítása asűrítményamelyet azután beolvasztanak anagyolvasztóelőállítanivanádiumtartalmú nyersvas. Az acélgyártás során a vanádium oxidálódik és átkerül avanádium salak– 8–20% V₂O5 tartalmú melléktermék – amely a legtöbb fő alapanyagaként szolgálferrovanadiumnövények világszerte. Egyéb források közé tartozikelhasznált katalizátoroka petrolkémiai iparból,pernyeerőművekből, illkőszén(vanádiumban gazdag alacsony minőségű széntartalmú pala), amely egyedülálló Kínában.
Vanádium salak előkezelése
Az olvasztás előtt,vanádium salakkell lenniesültnátriumsókkal (nátrium-karbonát vagy nátrium-szulfát) 800-900 fokon, hogy a vanádium-oxidokat vízoldható nátrium-vanadátokká alakítsák. A pörkölt termék akkorkilúgozottforró vízzel vagy híg savval (kénsavval) extraháljukvanádium-pentoxid (V2O5)vagyvanádium-trioxid (V2O3). EzhidrometallurgiaiAz út egy tisztított vanádium-oxidot eredményez, több mint 98%-os tisztasággal, amely az összes termikus redukciós folyamat előfutára. Alternatív megoldáskéntközvetlen kilúgozásAz energiafelhasználás csökkentése érdekében erős savak felhasználásával nyers salakot fejlesztenek, bár nagyobb mennyiségű savas szennyvizet termel.
Három fő olvasztási eljárás
(1) Aluminoterm redukció– Ez a domináns gyártási módszerkiváló minőségű ferrovanadium(FeV80 és néhány FeV60). Ebbenhőtermelőreakció, keverékeV₂O₅ , alumínium por(vagy granulátum),vashulladék(vagy acélesztergák), ésmész(CaO) folyasztószerként meggyújtjuk avízhűtéses réztégelyvagy atűzálló bélésű kemence. A reakció önfenntartó:
3V₂O₅ + 10Al → 6 V + 5Al₂O3 (ΔH=–2500 kJ/mol)
A felszabaduló hő 2000 fok fölé emeli a hőmérsékletet, megolvasztva mind avanádiumés asalak(főleg Al2O3). Lehűlés után aferrovanadiumA tuskót elválasztják a salaktól, összetörik és méretre vágják. Ez a folyamat eléri avanádium visszanyerési arány95–97%, de körülbelül 1,2 tonna alumíniumot fogyaszt tonnánként FeV80, így költségérzékeny az alumíniumárakra.Elektro-aluminotermikusA változatok elektromos ívet használnak a további hőellátásra, 98%-ra javítva a visszanyerést, és jobb vezérlést tesznek lehetővészénésszilíciumszennyeződéseket.
(2) Elektro-szilikoterm redukció– Ezt a módszert részesítik előnybenFeV50ésFeV60termelés, mert olcsóbban használ75% ferroszilíciummint az elsődlegesredukálószer, kis mennyiségű alumíniummal kiegészítve (a teljes redukálószer 5-10%-a). A művelet aalapvető elektromos ívkemenceamagnézia-mész bélés. A díj tartalmazzaV₂O₅ , mész, fluorpát(folyasztószerként) és a redukálószerekkel. A folyamat két szakaszban zajlik: először, acsökkentésidőszak, amikor a legtöbb vanádium redukálódik és az ötvözet kialakul; második, afinomításidőszak, amikor a felesleges szilícium oxidálódik további V2O5 vagy vasérc hozzáadásával, a végsőszilícium tartalomhogy megfeleljen az évfolyam specifikációinak. Avanádium visszanyerése90-94% között mozog, valamivel alacsonyabb, mint az aluminoterm, de afeldolgozási költség15-20%-kal kevesebb az olcsóbb redukálószerek miatt. Azonban aenergiafogyasztásmagas (körülbelül 8000-10000 kWh/tonna ötvözet), éssalaktérfogatnagyobb (körülbelül 2 tonna FeV tonnánként), ami magasabb hulladékártalmatlanítási költségekhez vezet.
(3) Karbotermikus redukció– Ez használszéntartalmú anyagok(kőolajkoksz, antracit) redukálószerként merülőíves kemencében. Ritkábban fordul elő, mert a szén hajlamos beolvadni az ötvözetbe, megemelve aszéntartaloma legtöbb acélminőségnél elfogadható határérték felett van. Ennek ellenére a gyártáshozFeV50-C(ami akár 5% C-t is megenged), ez az útvonal gazdaságos lehet. A reakció 1600-1800 fokon megy végbe:
V₂O₅ + 5C → 2V + 5CO
A magas széntartalom korlátozza alkalmazását, és az eljárást gyakran kombináljákvákuumos széntelenítésalacsony szén-dioxid-kibocsátású termékek előállítására, bár felár ellenében.
Fejlett technológiák és minőségfejlesztés
A legújabb innovációk középpontjábantisztítóéshatékonyabbolvasztás.Plazma olvasztásionizált gázt használ ultramagas (3000 fokos vagy annál nagyobb) hőmérséklet eléréséhez a gyors csökkentés, a termelékenység javítása és a csökkentése érdekébensalakbezáródás. Vákuumos gáztalanításÜrítés után alkalmazzák az oldott gázok (hidrogén, nitrogén) és az illékony szennyeződések eltávolítására,rendkívül alacsony szennyeződés(összesen < 200 ppm)nagy tisztaságú ferrovanadiumrepülési alkalmazásokhoz.Automatizált folyamatvezérlésA rendszerek valós időben figyelik a hőmérsékletet, a salak bázikusságát és a redukálószer előtolási sebességét, minimalizálvaösszetétel szegregációés biztosítvaegységességetételeken keresztül. Kutatások kimutatták, hogy az optimalizálásolvasztási paraméterek– például a V₂O5/Al arány, a mész hozzáadása és a csapolási hőmérséklet – megnyomhatja avanádium visszanyerése98,5% fölé, miközben csökkenti aenergiaintenzitás10-15%-kal.
Környezetvédelmi szempontok
Mindhárom folyamat termelporral terhelt füstgázokésszilárd salak. A modern üzemek alkalmaznakelektrosztatikus leválasztókészsákos szűrőkfinom részecskék rögzítésére, mígnedves súrológépektávolítsa el a kén-dioxidot. Aalumínium-oxidban gazdag salakAz aluminoterm redukcióból származó anyagot gyakran értékesítik a cementiparnak, vagy tűzálló anyagként használják. Az újrahasznosításra irányuló erőfeszítésekelhasznált salakés a visszamaradó vanádium visszanyerése fokozódik, igazodva a globálishozkörkörös gazdaságcélokat.
Végezetül a választástermelési útvonalfügg a célminőségtől, a helyi alapanyag elérhetőségétől és a környezetvédelmi előírásoktól. A tendencia felé haladhibrid folyamatokamelyek egyesítik az aluminoterm redukció hatékonyságát a szilikoterm utak költségelőnyével, miközbendigitalizálásészöld kémiaelveket.