Výroba zferovanádiumje komplexmetalurgický procesktorá začína extrakciouvanádz primárnych rúd alebo sekundárnych zdrojov. Najdôležitejšiesurovinyjevanádium-titánový magnetit (VTM), typželezná rudanachádzajúce sa vo veľkých ložiskách v Číne (región Panxi), Rusku (Kachkanar), Južnej Afrike a Spojených štátoch. VTM zvyčajne obsahuje 0,3–1,5 % V₂O₅ spolu s titánom a železom. Po ťažbe ruda podliehaprospech(drvenie, mletie, magnetická separácia) na výrobu akoncentrátktorý sa potom taví v avysoká pecvyrábaťsurové železo s obsahom vanádu. Počas výroby ocele sa vanád oxiduje a prenáša sa dovanádová troska– vedľajší produkt obsahujúci 8–20 % V₂O₅ – ktorý slúži ako primárna surovina pre väčšinuferovanádiumrastlín na celom svete. Medzi ďalšie zdroje patrípoužité katalyzátoryz petrochemického priemyslu,popolčekz elektrární, akamenné uhlie(nízkokvalitná uhlíková bridlica bohatá na vanád), ktorá je jedinečná pre Čínu.
Predúprava vanádiovej trosky
Pred tavením,vanádová troskamusí byťpraženéso sodnými soľami (uhličitan sodný alebo síran sodný) pri 800-900 stupňoch na premenu oxidov vanádu na vo vode rozpustné vanadičnany sodné. Pražený produkt je potomvylúhovanés horúcou vodou alebo zriedenou kyselinou (kyselina sírová) na extrakciuoxid vanadičný (V₂O₅)alebooxid vanadičný (V₂O3). Totohydrometalurgickýcesta poskytuje čistený oxid vanádu s čistotou viac ako 98 %, ktorý je prekurzorom pre všetky procesy tepelnej redukcie. prípadnepriame lúhovaniesurovej trosky s použitím silných kyselín sa vyvíja s cieľom znížiť spotrebu energie, hoci vytvára väčšie objemy kyslých odpadových vôd.
Tri hlavné procesy tavenia
(1) Aluminotermická redukcia– Toto je dominantný spôsob výrobyvysokokvalitné ferovanádium(FeV80 a niektoré FeV60). V tomtoexotermickýreakcia, zmesV₂O₅ , hliníkový prášok(alebo granule),železný šrot(alebo oceľové triesky) avápno(CaO) ako tavivo sa zapáli v avodou chladený medený téglikalebo ažiaruvzdorná pec. Reakcia je sebestačná:
3V₂O₅ + 10Al → 6V + 5Al₂O₃ (ΔH=–2 500 kJ/mol)
Uvoľnené teplo zvyšuje teplotu nad 2 000 stupňov a roztopí obidvevanádatroska(hlavne Al₂O3). Po ochladení saferovanádiumingot je oddelený od trosky, drvený a triedený. Týmto procesom sa dosiahne arýchlosť regenerácie vanádu95 – 97 %, ale spotrebuje približne 1,2 tony hliníka na tonu FeV80, vďaka čomu je nákladovo citlivý na ceny hliníka.ElektroaluminotermickéVarianty využívajú na dodávanie dodatočného tepla elektrický oblúk, čím zlepšujú rekuperáciu na 98 % a umožňujú lepšiu kontroluuhlíkaakremíkanečistoty.
(2) Elektro-silikotermická redukcia– Táto metóda sa uprednostňujeFeV50aFeV60výroby, pretože používa lacnejšie75% ferosiliciaako primárnyredukčné činidlo, doplnené malým množstvom hliníka (5–10 % celkového redukčného činidla). Operácia prebieha v azákladná elektrická oblúková pecs amagnéziovo-vápenatá výstelka. Poplatok zahŕňaV₂O₅ , vápno, kazivec(ako tavivo) a redukčné činidlá. Proces prebieha v dvoch fázach: po prvé, azníženieobdobie, keď sa väčšina vanádu redukuje a tvorí sa zliatina; po druhé, arafináciaobdobie, keď sa prebytočný kremík oxiduje pridaním väčšieho množstva V2O₅ alebo železnej rudy, čím sa upraví konečnýobsah kremíkaaby spĺňali špecifikácie triedy. Theregenerácia vanádusa pohybuje od 90–94 %, o niečo nižšie ako aluminotermické, alenáklady na spracovanieje o 15–20 % menej v dôsledku lacnejších redukčných činidiel. Avšak,spotreba energieje vysoká (asi 8 000 – 10 000 kWh na tonu zliatiny) aobjem troskyje väčšia (približne 2 tony na tonu FeV), čo vedie k vyšším nákladom na likvidáciu odpadu.
(3) Karbotermická redukcia– Toto používauhlíkaté materiály(ropný koks, antracit) ako redukčné činidlo v ponornej oblúkovej peci. Je to menej bežné, pretože uhlík má tendenciu sa rozpúšťať v zliatine, čím sa zvyšujeobsahu uhlíkanad prijateľné limity pre väčšinu druhov ocele. Napriek tomu na výrobuFeV50-C(čo umožňuje až 5 % C), táto cesta môže byť ekonomická. Reakcia nastáva pri 1 600 až 1 800 stupňoch:
V₂O₅ + 5C → 2V + 5CO
Vysoká hladina uhlíka obmedzuje jeho použitie a proces sa často kombinuje svákuová dekarbonizáciavyrábať nízkouhlíkové produkty, aj keď za dodatočné náklady.
Pokročilé technológie a zlepšovanie kvality
Nedávne inovácie sa zameriavajú načistejšieaefektívnejšietavenie.Plazmové tavenievyužíva ionizovaný plyn na dosiahnutie ultra vysokých teplôt (vyšších alebo rovných 3 000 stupňom) na rýchle zníženie, zlepšenie produktivity a zníženiezachytávanie trosky. Vákuové odplyneniesa aplikuje po odpichu na odstránenie rozpustených plynov (vodík, dusík) a prchavých nečistôt, čím vznikáultranízka nečistota(celkovo < 200 ppm)ferovanádium vysokej čistotypre letecké aplikácie.Automatizované riadenie procesovsystémy monitorujú teplotu, zásaditosť trosky a rýchlosť dávkovania redukčného činidla v reálnom čase, čím sa minimalizujúsegregácia kompozíciea zabezpečeniejednotnosťnaprieč dávkami. Výskum ukázal, že optimalizáciaparametre tavenia– ako je pomer V₂O₅/Al, pridávanie vápna a teplota odpichu – môžu tlačiťregenerácia vanáduna viac ako 98,5 % pri zníženíenergetickej náročnostio 10 – 15 %.
Environmentálne aspekty
Všetky tri procesy produkujúodpadové plyny obsahujúce prachatuhá troska. Moderné závody zamestnávajúelektrostatické odlučovačeavreckové filtrena zachytávanie jemných častícmokré práčkyodstrániť oxid siričitý. Thetroska bohatá na oxid hlinitýz aluminotermickej redukcie sa často predáva do cementárskeho priemyslu alebo sa používa ako žiaruvzdorný materiál. Úsilie o recykláciuvyčerpaná troskaa regenerácia zvyškov vanádu sa zintenzívňujú, čím sa zhodujú s globálnymiobehové hospodárstvociele.
Na záver výber zvýrobná cestazávisí od cieľovej triedy, miestnej dostupnosti surovín a environmentálnych predpisov. Trend smeruje khybridné procesyktoré kombinujú účinnosť aluminotermickej redukcie s cenovou výhodou silikotermických ciest a zároveň zahŕňajúdigitalizácieazelená chémiazásady.