Tillverkningen avferrovanadiumär ett komplexmetallurgisk processsom börjar med utvinningen avvanadinfrån primära malmer eller sekundära resurser. Det viktigasteråvaraärvanadin-titan magnetit (VTM), en typ avjärnmalmfinns i stora fyndigheter i Kina (Panxi-regionen), Ryssland (Kachkanar), Sydafrika och USA. VTM innehåller vanligtvis 0,3–1,5 % V₂O₅, tillsammans med titan och järn. Efter brytning genomgår malmenbeneficiation(krossning, malning, magnetisk separation) för att producera enkoncentrerasom sedan smälts i enmasugnatt produceravanadinhaltigt tackjärn. Under ståltillverkning oxideras vanadin och överförs tillvanadinslagg– en biprodukt som innehåller 8–20 % V₂O₅ – som fungerar som primärt råmaterial för de flestaferrovanadiumväxter över hela världen. Andra källor inkluderarförbrukade katalysatorerfrån den petrokemiska industrin,flygaskafrån kraftverk, ochstenkol(en låggradig kolhaltig skiffer rik på vanadin) som är unik för Kina.
Förbehandling av vanadinslagg
Innan smältning,vanadinslaggmåste vararostadmed natriumsalter (natriumkarbonat eller natriumsulfat) vid 800–900 grader för att omvandla vanadinoxider till vattenlösliga natriumvanadater. Den rostade produkten är sedanlakas utmed varmt vatten eller utspädd syra (svavelsyra) för att extraheravanadinpentoxid (V₂O5)ellervanadintrioxid (V2O3). Dettahydrometallurgiskvägen ger en renad vanadinoxid med över 98 % renhet, vilket är prekursorn för alla termiska reduktionsprocesser. Alternativtdirekt urlakningav råslagg med starka syror utvecklas för att minska energiförbrukningen, även om det genererar större volymer surt avloppsvatten.
Tre huvudsmältningsprocesser
(1) Aluminiumtermisk reduktion– Det här är den dominerande metoden för att producerahögkvalitativt ferrovanadium(FeV80 och något FeV60). I dettaexotermiskreaktion, en blandning avV₂O₅ , aluminiumpulver(eller granulat),järnskrot(eller stålsvarv), ochkalk(CaO) som ett flussmedel antänds i envattenkyld koppardegeleller aeldfast fodrad ugn. Reaktionen är självbärande:
3V₂O₅ + 10Al → 6V + 5Al₂O₃ (ΔH=–2 500 kJ/mol)
Den frigjorda värmen höjer temperaturen över 2 000 grader och smälter bådevanadinoch denslagg(huvudsakligen Al2O3). Efter kylningferrovanadiumgötet separeras från slaggen, krossas och dimensioneras. Denna process uppnår envanadinåtervinningshastighetpå 95–97 %, men den förbrukar cirka 1,2 ton aluminium per ton FeV80, vilket gör den kostnadskänslig för aluminiumpriser.Elektro-aluminiumtermiskvarianter använder en ljusbåge för att tillföra extra värme, vilket förbättrar återvinningen till 98 % och ger bättre kontroll överkolochkiselföroreningar.
(2) Elektro-silikotermisk reduktion– Den här metoden är att föredra förFeV50ochFeV60produktion eftersom den använder billigare75% ferrokiselsom det primärareduktionsmedel, kompletterat med en liten mängd aluminium (5–10 % av total reduktionsmedel). Operationen sker i engrundläggande elektrisk ljusbågsugnmed enmagnesia-kalk foder. I avgiften ingårV₂O₅ , kalk, flusspat(som flussmedel) och reduktionsmedlen. Processen fortskrider i två steg: först aminskningperiod då det mesta vanadin reduceras och legeringen bildas; andra, araffineringperiod då överskott av kisel oxideras genom att tillsätta mer V₂O5 eller järnmalm, justera den slutligainnehåll av kiselför att uppfylla betygsspecifikationer. Devanadinåtervinningvarierar från 90–94%, något lägre än aluminiumtermisk, men denbearbetningskostnadär 15–20 % mindre på grund av billigare reduktionsmedel. Men denenergiförbrukningär hög (cirka 8 000–10 000 kWh per ton legering), ochslaggvolymär större (cirka 2 ton per ton FeV), vilket leder till högre kostnader för avfallshantering.
(3) Karbotermisk reduktion– Detta använderkolhaltiga material(petroleumkoks, antracit) som reduktionsmedel i en nedsänkt ljusbågsugn. Det är mindre vanligt eftersom kol tenderar att lösas upp i legeringen, vilket ökarkolhaltöver acceptabla gränser för de flesta stålsorter. Ändå för att produceraFeV50‑C(vilket tillåter upp till 5 % C), kan denna väg vara ekonomisk. Reaktionen sker vid 1 600–1 800 grader:
V₂O₅ + 5C → 2V + 5CO
Den höga kolhalten begränsar dess tillämpning, och processen kombineras ofta medvakuumavkolningatt producera produkter med låga koldioxidutsläpp, om än till en extra kostnad.
Avancerad teknik och kvalitetsförbättring
De senaste innovationerna fokuserar pårengöringsmedelocheffektivaresmältning.Plasmasmältninganvänder en joniserad gas för att uppnå ultrahöga temperaturer (större än eller lika med 3 000 grader) för snabb minskning, förbättrad produktivitet och minskningslaggfångning. Vakuumavgasningappliceras efter tappning för att avlägsna lösta gaser (väte, kväve) och flyktiga föroreningar, vilketultralåg förorening(totalt < 200 ppm)ferrovanadium med hög renhetför flygtillämpningar.Automatiserad processkontrollsystem övervakar temperatur, slaggbasitet och reduktionsmedelshastigheter i realtid, vilket minimerarsammansättningssegregeringoch säkerställaenhetlighetöver batcher. Forskning har visat att optimerasmältningsparametrar– såsom V₂O₅/Al-förhållandet, kalktillsats och tapptemperatur – kan trycka påvanadinåtervinningtill över 98,5 % samtidigt som man minskarenergiintensitetmed 10–15 %.
Miljöhänsyn
Alla tre processerna producerardammbelastade avgaserochfast slagg. Moderna växter använderelektrostatiska filterochpåsfilteratt fånga upp fina partiklar, medanvåta scrubbersta bort svaveldioxid. Dealuminiumoxidrik slaggfrån aluminiumtermisk reduktion säljs ofta till cementindustrin eller används som ett eldfast material. Ansträngningar att återvinnaförbrukad slaggoch återvinna kvarvarande vanadin intensifieras, i linje med globalacirkulär ekonomimål.
Sammanfattningsvis valet avproduktionsvägberor på målkvalitet, lokal tillgång på råvaror och miljöbestämmelser. Trenden går mothybridprocessersom kombinerar effektiviteten av aluminiumtermisk reduktion med kostnadsfördelen med silikotermiska vägar, samtidigt som de omfattardigitaliseringochgrön kemiprinciper.