Izdelavaferovanadijje kompleksmetalurški proceski se začne z ekstrakcijovanadijiz primarnih rud ali sekundarnih virov. Najpomembnejšisurovinajevanadij-titanov magnetit (VTM), vrstaželezova rudanajdemo v velikih nahajališčih na Kitajskem (regija Panxi), Rusiji (Kačkanar), Južni Afriki in Združenih državah. VTM običajno vsebuje 0,3–1,5 % V₂O5, skupaj s titanom in železom. Po rudarjenju se ruda podvržebeneficiacija(drobljenje, mletje, magnetna separacija) za proizvodnjo akoncentriratiki se nato stopi v aplavžproizvajatisurovega železa, ki vsebuje vanadij. Med proizvodnjo jekla se vanadij oksidira in prenese vvanadijeva žlindra– stranski produkt, ki vsebuje 8–20 % V₂O₅ – ki služi kot primarna surovina za večinoferovanadijrastlin po vsem svetu. Drugi viri vključujejoizrabljeni katalizatorjiiz petrokemične industrije,leteči pepeliz elektrarn inkameni premog(nizko kakovosten ogljikov skrilavec, bogat z vanadijem), ki je edinstven za Kitajsko.
Predobdelava vanadijeve žlindre
Pred taljenjem,vanadijeva žlindramora bitipraženz natrijevimi solmi (natrijev karbonat ali natrijev sulfat) pri 800–900 stopinjah za pretvorbo vanadijevih oksidov v vodotopne natrijeve vanadate. Pražen izdelek je natoizluženoz vročo vodo ali razredčeno kislino (žveplovo kislino) za ekstrakcijovanadijev pentoksid (V₂O₅)ozvanadijev trioksid (V₂O₃). tohidrometalurškipot daje prečiščen vanadijev oksid z več kot 98-odstotno čistostjo, ki je predhodnik za vse postopke termične redukcije. Druga možnost je,neposredno izpiranjesurove žlindre z uporabo močnih kislin se razvija za zmanjšanje porabe energije, čeprav ustvarja večje količine kisle odpadne vode.
Trije glavni postopki taljenja
(1) Aluminotermična redukcija– To je prevladujoča metoda proizvodnjeferovanadij visoke stopnje(FeV80 in nekaj FeV60). V temeksotermnoreakcija, mešanicaV₂O₅ , aluminijev prah(ali zrnca),železni odpadki(ali jekleni ostružki) inapno(CaO) kot tok se vžge v avodno hlajeni bakreni lončekali apeč z ognjevzdržno oblogo. Reakcija je samozadostna:
3V₂O₅ + 10Al → 6V + 5Al₂O₃ (ΔH=–2500 kJ/mol)
Sproščena toplota dvigne temperaturo nad 2.000 stopinj, pri čemer se oba talitavanadijinžlindra(predvsem Al₂O3). Po ohladitvi seferovanadijingot se loči od žlindre, zdrobi in kalibrira. Ta proces doseže astopnja izkoristka vanadija95–97 %, vendar porabi približno 1,2 tone aluminija na tono FeV80, zaradi česar je stroškovno občutljiv na cene aluminija.Elektro-aluminotermičnorazličice uporabljajo električni oblok za dovajanje dodatne toplote, kar izboljša rekuperacijo na 98 % in omogoča boljši nadzorogljikinsilicijnečistoče.
(2) Elektro-silikotermična redukcija– Ta metoda je prednostna zaFeV50inFeV60proizvodnje, ker uporablja cenejše75% ferosilicijkot primarnireducent, dopolnjeno z majhno količino aluminija (5–10 % celotnega reducenta). Operacija poteka v aosnovna elektroobločna pečz aobloga iz magnezijevega oksida. Dajatev vključujeV₂O₅ , apno, fluorit(kot fluks) in reducenti. Postopek poteka v dveh fazah: najprej azmanjšanjeobdobje, ko se večina vanadija reducira in nastane zlitina; drugič, arafiniranjeobdobje, ko se presežek silicija oksidira z dodajanjem več V₂O₅ ali železove rude, prilagajanje končnegavsebnost silicijaza izpolnjevanje specifikacij razreda. Thepridobivanje vanadijase giblje med 90–94%, nekoliko nižje od aluminotermičnih, vendarstroški obdelaveje 15–20 % manj zaradi cenejših reducentov. Vendar pa jeporaba energijeje visoka (približno 8.000–10.000 kWh na tono zlitine), involumen žlindreje večja (približno 2 toni na tono FeV), kar vodi do višjih stroškov odlaganja odpadkov.
(3) Karbotermična redukcija– To uporabljaogljikovih materialov(petrolkoks, antracit) kot redukcijsko sredstvo v peči s potopljenim oblokom. Manj pogosto je, ker se ogljik nagiba k raztapljanju v zlitini, kar zvišavsebnost ogljikanad sprejemljivimi mejami za večino vrst jekla. Kljub temu za proizvodnjoFeV50‑C(ki omogoča do 5 % C), je ta pot lahko ekonomična. Reakcija poteka pri 1600–1800 stopinjah:
V₂O₅ + 5C → 2V + 5CO
Visoka stopnja ogljika omejuje njegovo uporabo, postopek pa se pogosto kombinira zvakuumsko razogljičenjeza proizvodnjo izdelkov z nizkimi emisijami ogljika, čeprav z dodatnimi stroški.
Napredne tehnologije in izboljšanje kakovosti
Nedavne inovacije se osredotočajo načistilecinučinkovitejšitaljenje.Plazemsko taljenjeuporablja ioniziran plin za doseganje ultravisokih temperatur (več kot ali enako 3000 stopinj) za hitro zmanjšanje, izboljšanje produktivnosti in zmanjšanjeulov žlindre. Vakuumsko razplinjevanjeuporablja se po izpustu, da se odstranijo raztopljeni plini (vodik, dušik) in hlapne nečistoče, ki proizvajajoultra nizka nečistoča(skupaj < 200 ppm)ferovanadij visoke čistostiza vesoljske aplikacije.Avtomatsko vodenje procesovsistemi v realnem času spremljajo temperaturo, bazičnost žlindre in hitrost dovajanja reducenta, kar zmanjšujesegregacija sestavein zagotavljanjeenotnostpo serijah. Raziskave so pokazale, da optimizacijaparametri taljenja– kot so razmerje V₂O₅/Al, dodajanje apna in temperatura točenja – lahko potisnepridobivanje vanadijana več kot 98,5 % ob zmanjšanjuenergijska intenzivnostza 10–15 %.
Okoljski vidiki
Vsi trije procesi proizvajajos prahom obremenjeni odpadni pliniintrdna žlindra. Sodobni obrati zaposlujejoelektrostatične filtreinvrečasti filtriza zajemanje drobnih delcev, medtem komokri pralnikiodstraniti žveplov dioksid. Thez aluminijevim oksidom bogata žlindraiz aluminotermične redukcije se pogosto prodaja cementni industriji ali uporablja kot ognjevarni material. Prizadevanja za recikliranjeizrabljena žlindrain pridobivanje preostalega vanadija se stopnjujeta in se usklajujeta z globalnimikrožno gospodarstvocilji.
Skratka, izbiraproizvodna potodvisno od ciljne kakovosti, razpoložljivosti lokalnih surovin in okoljskih predpisov. Trend gre protihibridni procesiki združujejo učinkovitost aluminotermične redukcije s stroškovno prednostjo silikotermičnih poti, hkrati pa zajemajodigitalizacijoinzelena kemijanačela.