Produksjonen avferrovanadiumer et kompleksmetallurgisk prosesssom begynner med utvinning avvanadiumfra primærmalm eller sekundære ressurser. Det viktigsteråstoffervanadium-titan magnetitt (VTM), en typejernmalmfunnet i store forekomster i Kina (Panxi-regionen), Russland (Kachkanar), Sør-Afrika og USA. VTM inneholder vanligvis 0,3–1,5 % V₂O₅, sammen med titan og jern. Etter gruvedrift gjennomgår malmenbegunstigelse(knusing, sliping, magnetisk separasjon) for å produsere enkonsentreresom deretter smeltes i enmasovnå produserevanadiumholdig råjern. Under stålfremstilling oksideres vanadiumet og overføres tilvanadiumslagg– et biprodukt som inneholder 8–20 % V₂O₅ – som fungerer som det primære råstoffet for de flesteferrovanadiumplanter over hele verden. Andre kilder inkludererbrukte katalysatorerfra den petrokjemiske industrien,flyveaskefra kraftverk, ogsteinkull(en lavgradig karbonholdig skifer rik på vanadium) som er unik for Kina.
Forbehandling av vanadiumslagg
Før smelting,vanadiumslaggmå værestektmed natriumsalter (natriumkarbonat eller natriumsulfat) ved 800–900 grader for å omdanne vanadiumoksider til vannløselige natriumvanadater. Det stekte produktet er deretterutvasketmed varmt vann eller fortynnet syre (svovelsyre) for å trekke utvanadiumpentoksid (V₂O5)ellervanadiumtrioksid (V₂O₃). Dettehydrometallurgiskruten gir et renset vanadiumoksid med over 98 % renhet, som er forløperen for alle termiske reduksjonsprosesser. Alternativtdirekte utvaskingav råslagg som bruker sterke syrer, utvikles for å redusere energiforbruket, selv om det genererer større mengder surt avløpsvann.
Tre hovedsmelteprosesser
(1) Aluminotermisk reduksjon– Dette er den dominerende metoden for å produserehøyverdig ferrovanadium(FeV80 og noe FeV60). I detteeksotermiskreaksjon, en blanding avV₂O₅ , aluminiumspulver(eller granulat),jernskrot(eller ståldreininger), oglime(CaO) som en fluss antennes i envannkjølt kobberdigeleller aildfast foret ovn. Reaksjonen er selvopprettholdende:
3V₂O₅ + 10Al → 6V + 5Al₂O₃ (ΔH=–2500 kJ/mol)
Den frigjorte varmen hever temperaturen over 2000 grader, og smelter bådevanadiumog denslagg(hovedsakelig Al2O3). Etter avkjølingferrovanadiumingot skilles fra slagget, knuses og sorteres. Denne prosessen oppnår envanadium utvinningsgradpå 95–97 %, men den forbruker omtrent 1,2 tonn aluminium per tonn FeV80, noe som gjør den kostnadssensitiv for aluminiumspriser.Elektro-aluminiumtermiskvarianter bruker en lysbue for å tilføre tilleggsvarme, forbedrer gjenvinningen til 98 % og gir bedre kontroll overkarbonogsilisiumurenheter.
(2) Elektro-silikotermisk reduksjon– Denne metoden er foretrukket forFeV50ogFeV60produksjon fordi den bruker billigere75% ferrosilisiumsom det primærereduksjonsmiddel, supplert med en liten mengde aluminium (5–10 % av total reduksjonsmiddel). Operasjonen foregår i engrunnleggende elektrisk lysbueovnmed enmagnesia-lime fôr. Avgiften inkludererV₂O₅ , lime, flusspat(som fluss), og reduksjonsmidlene. Prosessen foregår i to stadier: først, areduksjonperiode hvor mesteparten av vanadium reduseres og legeringen dannes; andre, araffineringperiode hvor overflødig silisium oksideres ved å tilsette mer V₂O₅ eller jernmalm, justere den endeligeinnhold av silisiumfor å oppfylle karakterspesifikasjonene. Devanadiumgjenvinningvarierer fra 90–94%, litt lavere enn aluminiumstermisk, menbehandlingskostnader 15–20 % mindre på grunn av billigere reduksjonsmidler. Imidlertidstrømforbruker høy (omtrent 8 000–10 000 kWh per tonn legering), ogslaggvolumer større (rundt 2 tonn per tonn FeV), noe som fører til høyere avfallskostnader.
(3) Karbotermisk reduksjon– Dette brukerkarbonholdige materialer(petroleumskoks, antrasitt) som reduksjonsmiddel i en nedsenket lysbueovn. Det er mindre vanlig fordi karbon har en tendens til å løse seg opp i legeringen, og økerkarboninnholdover akseptable grenser for de fleste stålkvaliteter. Ikke desto mindre for å produsereFeV50-C(som tillater opptil 5 % C), kan denne ruten være økonomisk. Reaksjonen skjer ved 1600–1800 grader:
V₂O₅ + 5C → 2V + 5CO
Det høye karbonnivået begrenser anvendelsen, og prosessen kombineres ofte medvakuumavkarboniseringå produsere lavkarbonprodukter, om enn mot ekstra kostnad.
Avansert teknologi og kvalitetsforbedring
Nylige innovasjoner fokuserer pårenereogmer effektivsmelting.Plasmasmeltingbruker en ionisert gass for å oppnå ultrahøye temperaturer (større enn eller lik 3000 grader) for rask reduksjon, forbedring av produktivitet og reduksjonslaggfangst. Vakuumavgassingpåføres etter tapping for å fjerne oppløste gasser (hydrogen, nitrogen) og flyktige urenheter, og produsererultralav urenhet(totalt < 200 ppm)ferrovanadium med høy renhetfor romfartsapplikasjoner.Automatisert prosesskontrollsystemer overvåker temperatur, slaggbasisitet og reduksjonsmiddelhastigheter i sanntid, og minimerersammensetningssegregeringog sikreensartethetpå tvers av partier. Forskning har vist at optimaliseringsmelteparametere– slik som V₂O₅/Al-forholdet, kalktilsetning og tappetemperatur – kan pressevanadiumgjenvinningtil over 98,5 % mens du redusererenergiintensitetmed 10–15 %.
Miljøhensyn
Alle tre prosessene produsererstøvladede avgasserogfast slagg. Moderne planter brukerelektrostatiske utskillereogposefiltreå fange opp fine partikler, mensvåte skrubberefjerne svoveldioksid. Dealuminarikt slaggfra aluminotermisk reduksjon selges ofte til sementindustrien eller brukes som et ildfast materiale. Innsats for å resirkulerebrukt slaggog gjenvinne gjenværende vanadium blir intensivere, på linje med globalesirkulær økonomimål.
Avslutningsvis, valget avproduksjonsveiavhenger av målgraden, lokal råvaretilgjengelighet og miljøforskrifter. Trenden går mothybride prosessersom kombinerer effektiviteten til aluminotermisk reduksjon med kostnadsfordelen ved silikotermiske ruter, mens de omfatterdigitaliseringoggrønn kjemiprinsipper.