Valmistusferronadiumon kompleksimetallurginen prosessijoka alkaa poistamisestavanadiiniprimäärimalmeista tai sekundaarisista resursseista. Tärkeinraaka-aineonvanadiini-titaanimagnetiitti (VTM), eräänlainenrautamalmialöytyy suurista esiintymistä Kiinassa (Panxin alue), Venäjällä (Kachkanar), Etelä-Afrikassa ja Yhdysvalloissa. VTM sisältää tyypillisesti 0,3–1,5 % V₂O5 sekä titaania ja rautaa. Louhinnan jälkeen malmi käy läpirikastuminen(murskaus, jauhaminen, magneettinen erotus) tuottaa akeskittyäjoka sitten sulatetaan amasuunituottaavanadiinipitoinen harkkorauta. Teräksen valmistuksen aikana vanadiini hapettuu ja siirtyy teräkseenvanadiinikuona– sivutuote, joka sisältää 8–20 % V₂O5 – joka toimii ensisijaisena raaka-aineena useimmilleferronadiumkasveja maailmanlaajuisesti. Muita lähteitä ovat mmkäytetyt katalyytitpetrokemian teollisuudesta,lentotuhkavoimalaitoksilta jakivihiiltä(heikkolaatuinen hiilipitoinen liuske, jossa on runsaasti vanadiinia), joka on ainutlaatuinen Kiinassa.
Vanadiinikuonan esikäsittely
Ennen sulatusta,vanadiinikuonatäytyy ollapaahdettunatriumsuoloilla (natriumkarbonaatti tai natriumsulfaatti) 800–900 asteessa vanadiinioksidien muuntamiseksi vesiliukoisiksi natriumvanadaateiksi. Paahdettu tuote on sittenhuuhtoutunutkuumalla vedellä tai laimealla hapolla (rikkihapolla) uuttamiseksivanadiinipentoksidi (V₂O5)taivanadiinitrioksidi (V2O3). TämähydrometallurginenReitti tuottaa puhdistetun vanadiinioksidin, jonka puhtausaste on yli 98 %, joka on kaikkien lämpöpelkistysprosessien esiaste. Vaihtoehtoisestisuora huuhtoutuminenRaakakuonaa, jossa käytetään vahvoja happoja, kehitetään vähentämään energiankulutusta, vaikka se tuottaa suurempia määriä hapanta jätevettä.
Kolme tärkeintä sulatusprosessia
(1) Aluminoterminen pelkistys– Tämä on hallitseva tuotantotapakorkealaatuista ferrovanadiumia(FeV80 ja jotkut FeV60). Tässäeksoterminenreaktio, seosV₂O₅ , alumiinijauhetta(tai rakeita),rautaromua(tai terässorvaukset) jalime(CaO) juoksutena sytytetään avesijäähdytteinen kupariupokastai atulenkestävällä vuorattu uuni. Reaktio on itseään ylläpitävä:
3V₂O₅ + 10Al → 6V + 5Al₂O3 (ΔH=–2 500 kJ/mol)
Vapautunut lämpö nostaa lämpötilan yli 2000 asteen sulattaen molemmatvanadiinijakuona(pääasiassa Al2O3). Jäähtymisen jälkeenferronadiumharkko erotetaan kuonasta, murskataan ja mitoitetaan. Tällä prosessilla saavutetaan avanadiinin talteenottonopeus95–97 prosenttia, mutta se kuluttaa noin 1,2 tonnia alumiinia tonnia kohti FeV80:tä, mikä tekee siitä kustannusherkän alumiinin hintojen suhteen.Sähköaluminoterminenvaihtoehdot käyttävät sähkökaaria lisälämmön tuottamiseen, mikä parantaa talteenottoa 98 %:iin ja mahdollistaa paremman hallinnanhiilijapiitäepäpuhtaudet.
(2) Sähkösilikoterminen pelkistys– Tämä menetelmä on suositeltavaFeV50jaFeV60tuotantoa, koska se käyttää halvempaa75% ferrosilikoniaensisijaisenapelkistävä, jota on täydennetty pienellä määrällä alumiinia (5–10 % pelkistimen kokonaismäärästä). Operaatio tapahtuu aperusvalokaariuunikanssa amagnesium-kalkki vuori. Maksu sisältääV₂O₅ , lime, fluorisälpä(virtauksena) ja pelkistimet. Prosessi etenee kahdessa vaiheessa: ensin avähentäminenajanjakso, jolloin suurin osa vanadiinista pelkistyy ja seos muodostuu; toiseksi, ajalostusajanjakso, jolloin ylimääräinen pii hapetetaan lisäämällä V2O5 tai rautamalmia, säätämällä lopullistapiipitoisuustäyttää luokkavaatimukset. Thevanadiinin talteenottovaihtelee välillä 90–94%, hieman alempi kuin aluminoterminen, muttakäsittelykustannukseton 15–20 % pienempi halvempien pelkistysaineiden vuoksi. Kuitenkinvirrankulutuson korkea (noin 8 000–10 000 kWh metalliseostonnia kohti), jakuonan tilavuuson suurempi (noin 2 tonnia FeV-tonnia kohti), mikä johtaa korkeampiin jätehuoltokustannuksiin.
(3) Karboterminen pelkistys– Tämä käyttäähiilipitoisia materiaaleja(maaöljykoksi, antrasiitti) pelkistimenä upokaariuunissa. Se on harvinaisempaa, koska hiilellä on taipumus liueta seokseen ja nostaa seokseenhiilipitoisuusyli hyväksytyt rajat useimmille teräslaaduille. Kuitenkin tuotantoonFeV50-C(joka sallii jopa 5 % C), tämä reitti voi olla taloudellinen. Reaktio tapahtuu 1600-1800 asteessa:
V₂O₅ + 5C → 2 V + 5CO
Korkea hiilitaso rajoittaa sen käyttöä, ja prosessi yhdistetään useintyhjiöhiilenpoistotuottaa vähähiilisiä tuotteita, vaikkakin lisäkustannuksia vastaan.
Kehittyneet tekniikat ja laadun parantaminen
Viimeaikaiset innovaatiot keskittyvätsiivoojajatehokkaampisulatus.Plasman sulatuskäyttää ionisoitua kaasua saavuttaakseen erittäin korkeita lämpötiloja (suurempi tai yhtä suuri kuin 3000 astetta) nopeaan vähentämiseen, tuottavuuden parantamiseen ja vähentämiseenkuonan juuttuminen. Tyhjiökaasunpoistokäytetään koputuksen jälkeen poistamaan liuenneet kaasut (vety, typpi) ja haihtuvat epäpuhtaudet, jolloin muodostuuerittäin alhainen epäpuhtaus(yhteensä < 200 ppm)erittäin puhdasta ferrovanadiumiailmailusovelluksiin.Automatisoitu prosessinohjausjärjestelmät valvovat lämpötilaa, kuonan emäksisyyttä ja pelkistimen syöttönopeuksia reaaliajassa minimoidenkoostumuksen erotteluja varmistaminenyhtenäisyyserissä. Tutkimukset ovat osoittaneet, että optimointisulatusparametrit– kuten V₂O₅/Al-suhde, kalkin lisäys ja laskulämpötila – voivat nostaavanadiinin talteenottoyli 98,5 prosenttiin samalla kun vähennetäänenergiaintensiteetti10-15 prosenttia.
Ympäristönäkökohdat
Kaikki kolme prosessia tuottavatpölyä sisältäviä poistokaasujajakiinteää kuonaa. Nykyaikaiset kasvit työllistävätsähköstaattiset erottimetjapussisuodattimetsieppaamaan hienoja hiukkasia samallamärkäpesuritpoista rikkidioksidi. Therunsaasti alumiinioksidia sisältävää kuonaaAluminotermisestä pelkistystä myydään usein sementtiteollisuudelle tai käytetään tulenkestävänä materiaalina. Pyrkimys kierrättääkäytetty kuonaja talteen jäännös vanadiini ovat voimistuvat, yhdenmukaistaa maailmanlaajuisestikiertotalousmaalit.
Lopuksi valintatuotantoreittiriippuu tavoitelaadusta, paikallisesta raaka-aineen saatavuudesta ja ympäristömääräyksistä. Trendi on menossa kohtihybridiprosessitjoissa yhdistyvät aluminotermisen pelkistyksen tehokkuus silikotermisten reittien kustannusetuihin samalladigitalisaatiojavihreää kemiaaperiaatteita.