Ražošanaferovanādijsir komplekssmetalurģijas processkas sākas ar ieguvivanādijsno primārajām rūdām vai sekundārajiem resursiem. Pats svarīgākaisizejvielairvanādija-titāna magnetīts (VTM), veidsdzelzs rūdaatrodami lielās atradnēs Ķīnā (Panxi reģions), Krievijā (Kachkanar), Dienvidāfrikā un ASV. VTM parasti satur 0,3–1,5% V₂O₅ kopā ar titānu un dzelzi. Pēc ieguves rūda tiek pakļautaieguvums(sasmalcināšana, slīpēšana, magnētiskā atdalīšana), lai ražotu akoncentrētieskas pēc tam tiek izkausēts adomnas krāsnsražotvanādiju saturošs čuguns. Tērauda ražošanas laikā vanādijs tiek oksidēts un pārnests uzvanādija izdedži– blakusprodukts, kas satur 8–20% V₂O₅ – kas kalpo kā primārā izejviela lielākajai daļaiferovanādijsaugi visā pasaulē. Citi avoti ietverizlietotie katalizatorino naftas ķīmijas rūpniecības,lidojošie pelnino elektrostacijām, unakmens ogles(zemas kvalitātes oglekli saturošs slāneklis, kas bagāts ar vanādiju), kas ir unikāls Ķīnai.
Vanādija sārņu pirmapstrāde
Pirms kausēšanas,vanādija izdedžijābūtgrauzdētiar nātrija sāļiem (nātrija karbonātu vai nātrija sulfātu) 800–900 grādu temperatūrā, lai vanādija oksīdus pārvērstu ūdenī šķīstošos nātrija vanadātos. Grauzdētais produkts ir tadizskalotaar karstu ūdeni vai atšķaidītu skābi (sērskābi), lai ekstrahētuvanādija pentoksīds (V2O5)vaivanādija trioksīds (V2O3). Šishidrometalurģiskaisceļš dod attīrītu vanādija oksīdu ar vairāk nekā 98% tīrību, kas ir visu termiskās reducēšanas procesu priekštecis. Alternatīvi,tieša izskalošanāstiek izstrādāta neapstrādātu sārņu ražošana, izmantojot stipras skābes, lai samazinātu enerģijas patēriņu, lai gan tas rada lielākus skābo notekūdeņu apjomus.
Trīs galvenie kausēšanas procesi
(1) Aluminotermiskā reducēšana– Šī ir dominējošā ražošanas metodeaugstas kvalitātes ferovanādijs(FeV80 un daži FeV60). Šajāeksotermisksreakcija, maisījums noV₂O₅ , alumīnija pulveris(vai granulas),dzelzs lūžņi(vai tērauda virpojumi), unkaļķi(CaO) kā plūsma tiek aizdedzināta aar ūdeni dzesējams vara tīģelisvai augunsizturīgi izklāta krāsns. Reakcija ir pašpietiekama:
3V₂O₅ + 10Al → 6V + 5Al₂O3 (ΔH=–2500 kJ/mol)
Izdalītais siltums paaugstina temperatūru virs 2000 grādiem, izkausējot ganvanādijsunsārņi(galvenokārt Al₂O3). Pēc atdzesēšanas,ferovanādijsstieņu atdala no izdedžiem, sasmalcina un nosaka pēc izmēra. Šis process sasniedz avanādija atgūšanas ātrums95–97%, bet tas patērē apmēram 1,2 tonnas alumīnija uz tonnu FeV80, tāpēc tas ir izmaksu ziņā jutīgs pret alumīnija cenām.Elektroaluminotermisksvarianti izmanto elektrisko loku, lai piegādātu papildu siltumu, uzlabojot atgūšanu līdz 98% un ļaujot labāk kontrolētogleklisunsilīcijspiemaisījumi.
(2) Elektro-silikotermiskā samazināšana– Šī metode ir ieteicamaFeV50unFeV60ražošanu, jo tā izmanto lētāk75% ferosilīcijskā primāraisreducētājs, ko papildina neliels daudzums alumīnija (5–10% no kopējā reducētāja). Operācija notiek apamata elektriskā loka krāsnsar amagnēzija-kaļķa odere. Maksā ietilpstV₂O₅ , kaļķi, fluoršpats(kā plūsma) un reducētājiem. Process notiek divos posmos: pirmkārt, asamazināšanaperiods, kurā lielākā daļa vanādija tiek reducēta un sakausējums veidojas; otrkārt, arafinēšanaperiods, kurā silīcija pārpalikums tiek oksidēts, pievienojot vairāk V₂O5 vai dzelzsrūdas, pielāgojot galīgosilīcija saturslai atbilstu pakāpes specifikācijām. Thevanādija atgūšanasvārstās no 90–94%, nedaudz zemāks par aluminotermisko, betapstrādes izmaksasir par 15–20% mazāks lētāku reducētāju dēļ. Tomērenerģijas patēriņšir augsts (apmēram 8000–10 000 kWh uz tonnu sakausējuma), unizdedžu tilpumsir lielāks (apmēram 2 tonnas uz tonnu FeV), kā rezultātā palielinās atkritumu apglabāšanas izmaksas.
(3) Karbotermiskā samazināšana– Tas izmantooglekli saturoši materiāli(naftas kokss, antracīts) kā reducētājs iegremdētā loka krāsnī. Tas ir retāk sastopams, jo ogleklis mēdz izšķīst sakausējumā, paaugstinot tooglekļa saturspārsniedz pieļaujamās robežas lielākajai daļai tērauda marku. Tomēr ražošanaiFeV50-C(kas pieļauj līdz 5% C), šis maršruts var būt ekonomisks. Reakcija notiek 1600–1800 grādu temperatūrā:
V₂O₅ + 5C → 2V + 5CO
Augsts oglekļa līmenis ierobežo tā pielietojumu, un process bieži tiek apvienots arvakuuma dekarburizācijaražot produktus ar zemu oglekļa emisiju līmeni, lai gan par papildu samaksu.
Uzlabotas tehnoloģijas un kvalitātes uzlabošana
Jaunākie jauninājumi koncentrējas uztīrītājsunefektīvākakausēšana.Plazmas kausēšanaizmanto jonizētu gāzi, lai sasniegtu īpaši augstas temperatūras (lielākas vai vienādas ar 3000 grādiem), lai ātri samazinātu, uzlabotu produktivitāti un samazinātuizdedžu iesprūšana. Vakuuma degazēšanatiek uzklāts pēc piesitiena, lai noņemtu izšķīdušās gāzes (ūdeņradi, slāpekli) un gaistošos piemaisījumus, radotīpaši zems piemaisījumu saturs(kopā < 200 ppm)augstas tīrības pakāpes ferovanādijskosmosa lietojumiem.Automatizēta procesa vadībasistēmas reāllaikā uzrauga temperatūru, izdedžu bāziskumu un reducētāju padeves ātrumu, samazinotsastāva segregācijaun nodrošinotviendabīgumspa partijām. Pētījumi liecina, ka optimizējotkausēšanas parametri– piemēram, V₂O₅/Al attiecība, kaļķa pievienošana un izspiešanas temperatūra – var nospiestvanādija atgūšanalīdz vairāk nekā 98,5%, vienlaikus samazinotenerģijas intensitātepar 10-15%.
Vides apsvērumi
Visi trīs procesi radaar putekļiem piekrautas izplūdes gāzesuncietie izdedži. Mūsdienu rūpnīcas izmantoelektrostatiskie nosēdētājiunmaisiņu filtrilai uztvertu smalkās daļiņas, kamērmitrie skruberinoņemt sēra dioksīdu. Thear alumīnija oksīdu bagāti izdedžino aluminotermiskās reducēšanas bieži pārdod cementa rūpniecībā vai izmanto kā ugunsizturīgu materiālu. Centieni pārstrādātizlietotie izdedžiun atgūt vanādija atlikumu pastiprinās, saskaņojot ar globāloaprites ekonomikamērķi.
Noslēgumā, izvēle parražošanas ceļšir atkarīgs no mērķa kategorijas, vietējās izejvielu pieejamības un vides noteikumiem. Tendence virzās uz tohibrīdprocesikas apvieno aluminotermiskās samazināšanas efektivitāti ar silikotermisko ceļu izmaksu priekšrocībām, vienlaikus aptverotdigitalizācijaunzaļā ķīmijaprincipiem.