Η κατασκευή τουφερροβανάδιοείναι ένα σύνθετομεταλλουργική διαδικασίαπου ξεκινά με την εξαγωγή τουβανάδιοαπό πρωτογενή μεταλλεύματα ή δευτερογενείς πόρους. Το πιο σημαντικόπρώτη ύληείναιμαγνητίτης βαναδίου-τιτανίου (VTM), ένας τύποςσιδηρομετάλλευμαβρέθηκαν σε μεγάλα κοιτάσματα στην Κίνα (περιοχή Panxi), τη Ρωσία (Kachkanar), τη Νότια Αφρική και τις Ηνωμένες Πολιτείες. Το VTM τυπικά περιέχει 0,3–1,5% V2O5, μαζί με τιτάνιο και σίδηρο. Μετά την εξόρυξη, το μετάλλευμα υφίσταταιευεργετισμός(θρυμματισμός, λείανση, μαγνητικός διαχωρισμός) για παραγωγή ασυγκεντρώνομαιπου στη συνέχεια λιώνεται σε αυψικάμινοςνα παράγουνχυτοσίδηρος που περιέχει βανάδιο. Κατά την κατασκευή του χάλυβα, το βανάδιο οξειδώνεται και μεταφέρεται στοσκωρία βαναδίου– ένα υποπροϊόν που περιέχει 8–20% V2O₅ – το οποίο χρησιμεύει ως κύρια πρώτη ύλη για τα περισσότεραφερροβανάδιοφυτά σε όλο τον κόσμο. Άλλες πηγές περιλαμβάνουνδαπανημένους καταλύτεςαπό την πετροχημική βιομηχανία,ιπτάμενη τέφρααπό σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής καιπέτρινο κάρβουνο(ένας χαμηλής ποιότητας ανθρακούχος σχιστόλιθος πλούσιος σε βανάδιο) που είναι μοναδικός στην Κίνα.
Προεπεξεργασία σκωρίας βαναδίου
Πριν λιώσει,σκωρία βαναδίουπρέπει να είναιψητόμε άλατα νατρίου (ανθρακικό νάτριο ή θειικό νάτριο) στους 800–900 βαθμούς για τη μετατροπή των οξειδίων του βαναδίου σε υδατοδιαλυτά βαναδικά άλατα νατρίου. Το ψητό προϊόν είναι τότεεκπλύθηκεμε ζεστό νερό ή αραιό οξύ (θειικό οξύ) για εκχύλισηπεντοξείδιο του βαναδίου (V2O5)ήτριοξείδιο του βαναδίου (V2O3). ΑυτόυδρομεταλλουργικήΗ οδός αποδίδει ένα καθαρό οξείδιο του βαναδίου με καθαρότητα άνω του 98%, το οποίο είναι ο πρόδρομος για όλες τις διαδικασίες θερμικής αναγωγής. Εναλλακτικά,άμεση έκπλυσηΗ ακατέργαστη σκωρία που χρησιμοποιεί ισχυρά οξέα αναπτύσσεται για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, αν και παράγει μεγαλύτερους όγκους όξινων λυμάτων.
Τρεις κύριες διεργασίες τήξης
(1) Αλουμινοθερμική Αναγωγή– Αυτή είναι η κυρίαρχη μέθοδος παραγωγήςφερροβανάδιο υψηλής ποιότητας(FeV80 και μερικά FeV60). Σε αυτόεξώθερμοςαντίδραση, ένα μείγμα απόV₂O₅ , σκόνη αλουμινίου(ή κόκκους),σκραπ σιδήρου(ή ατσάλινες στροφές), καιάσβεστος(CaO) καθώς μια ροή αναφλέγεται σε αυδρόψυκτο χάλκινο χωνευτήριοή αφούρνος με πυρίμαχη επένδυση. Η αντίδραση είναι αυτοσυντηρούμενη:
3V2O5 + 10Al → 6V + 5Al2O3 (ΔH=–2.500 kJ/mol)
Η εκλυόμενη θερμότητα ανεβάζει τη θερμοκρασία πάνω από 2.000 βαθμούς, λιώνοντας και τα δύοβανάδιοκαι τοσκωρία(κυρίως Al2O3). Μετά την ψύξη, τοφερροβανάδιοΤο πλινθίο διαχωρίζεται από τη σκωρία, θρυμματίζεται και διαμορφώνεται. Αυτή η διαδικασία επιτυγχάνει αποσοστό ανάκτησης βαναδίου95–97%, αλλά καταναλώνει περίπου 1,2 τόνους αλουμινίου ανά τόνο FeV80, καθιστώντας το ευαίσθητο ως προς το κόστος στις τιμές του αλουμινίου.ΗλεκτροαλουμινοθερμικόΟι παραλλαγές χρησιμοποιούν ηλεκτρικό τόξο για την παροχή πρόσθετης θερμότητας, βελτιώνοντας την ανάκτηση στο 98% και επιτρέποντας καλύτερο έλεγχοάνθρακαςκαιπυρίτιοακαθαρσίες.
(2) Ηλεκτροπυριτιοθερμική Αναγωγή– Αυτή η μέθοδος προτιμάται γιαFeV50καιFeV60παραγωγής γιατί χρησιμοποιεί φθηνότερα75% σιδηροπυρίτιοως πρωτοβάθμιοαναγωγικό, συμπληρωμένο με μικρή ποσότητα αλουμινίου (5–10% του συνολικού αναγωγικού). Η επέμβαση γίνεται σε αβασικός φούρνος ηλεκτρικού τόξουμε αεπένδυση magnesia-lime. Η χρέωση περιλαμβάνειV₂O₅ , άσβεστος, αργυραδάμαντας(ως ροή), και τα αναγωγικά. Η διαδικασία προχωρά σε δύο στάδια: πρώτον, αμείωσηπερίοδος όπου το μεγαλύτερο μέρος του βαναδίου ανάγεται και σχηματίζεται το κράμα. δεύτερον, αδιύλισηπερίοδος όπου η περίσσεια πυριτίου οξειδώνεται προσθέτοντας περισσότερο V2O5 ή σιδηρομετάλλευμα, προσαρμόζοντας το τελικόπεριεκτικότητα σε πυρίτιονα πληρούν τις προδιαγραφές βαθμού. Οανάκτηση βαναδίουκυμαίνεται από 90–94%, ελαφρώς χαμηλότερη από την αλουμινοθερμική, αλλά ηκόστος επεξεργασίαςείναι 15–20% λιγότερο λόγω των φθηνότερων αναγωγικών. Ωστόσο, τοκατανάλωση ρεύματοςείναι υψηλό (περίπου 8.000–10.000 kWh ανά τόνο κράματος) καιόγκος σκωρίαςείναι μεγαλύτερο (περίπου 2 τόνοι ανά τόνο FeV), οδηγώντας σε υψηλότερο κόστος διάθεσης αποβλήτων.
(3) Καρβοθερμική Αναγωγή– Αυτό χρησιμοποιείανθρακούχα υλικά(οπτάνθρακας πετρελαίου, ανθρακίτης) ως αναγωγικός παράγοντας σε κλίβανο βυθισμένου τόξου. Είναι λιγότερο συνηθισμένο επειδή ο άνθρακας τείνει να διαλύεται στο κράμα, αυξάνοντας τοπεριεκτικότητα σε άνθρακαπάνω από τα αποδεκτά όρια για τις περισσότερες ποιότητες χάλυβα. Ωστόσο, για την παραγωγήFeV50-C(που επιτρέπει έως και 5% C), αυτή η διαδρομή μπορεί να είναι οικονομική. Η αντίδραση λαμβάνει χώρα στους 1.600-1.800 βαθμούς:
V2O5 + 5C → 2V + 5CO
Το υψηλό επίπεδο άνθρακα περιορίζει την εφαρμογή του και η διαδικασία συχνά συνδυάζεται μεαποξανθράκωση υπό κενόγια την παραγωγή προϊόντων χαμηλών εκπομπών άνθρακα, αν και με επιπλέον κόστος.
Προηγμένες Τεχνολογίες και Βελτίωση Ποιότητας
Οι πρόσφατες καινοτομίες επικεντρώνονται σεκαθαριστήςκαιπιο αποτελεσματικήλιώσιμο.Τήξη πλάσματοςχρησιμοποιεί ένα ιονισμένο αέριο για να επιτύχει εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες (Μεγαλύτερες ή ίσες με 3.000 βαθμούς) για γρήγορη μείωση, βελτίωση της παραγωγικότητας και μείωσηπαγίδευση σκωρίας. Απαέρωση υπό κενόεφαρμόζεται μετά το χτύπημα για την αφαίρεση διαλυμένων αερίων (υδρογόνο, άζωτο) και πτητικών ακαθαρσιών, παράγονταςεξαιρετικά χαμηλή ακαθαρσία(σύνολο < 200 ppm)φερροβανάδιο υψηλής καθαρότηταςγια αεροδιαστημικές εφαρμογές.Αυτοματοποιημένος έλεγχος διαδικασίαςΤα συστήματα παρακολουθούν τη θερμοκρασία, τη βασικότητα της σκωρίας και τους ρυθμούς τροφοδοσίας αναγωγικών σε πραγματικό χρόνο, ελαχιστοποιώνταςδιαχωρισμός σύνθεσηςκαι διασφαλίζονταςομοιομορφίασε παρτίδες. Έρευνες έχουν δείξει ότι η βελτιστοποίησηπαραμέτρους τήξης– όπως η αναλογία V2O5/Al, η προσθήκη ασβέστη και η θερμοκρασία κρούσης – μπορεί να ωθήσει τοανάκτηση βαναδίουσε πάνω από 98,5% μειώνοντας παράλληλα τοενεργειακή έντασηκατά 10-15%.
Περιβαλλοντικές Θεωρήσεις
Και οι τρεις διαδικασίες παράγουναέρια φορτωμένα με σκόνηκαισυμπαγής σκωρία. Τα σύγχρονα φυτά χρησιμοποιούνηλεκτροστατικοί κατακρημνιστέςκαιφίλτρα σακούλαςνα συλλάβει λεπτά σωματίδια, ενώυγρά πλυντήριααφαιρέστε το διοξείδιο του θείου. Οσκωρία πλούσια σε αλουμίνααπό αλουμινοθερμική αναγωγή πωλείται συχνά στη τσιμεντοβιομηχανία ή χρησιμοποιείται ως πυρίμαχο υλικό. Προσπάθειες για ανακύκλωσηξοδευμένη σκωρίακαι η ανάκτηση του υπολειμματικού βαναδίου εντείνονται, ευθυγραμμίζοντας με την παγκόσμιακυκλική οικονομίαστόχους.
Εν κατακλείδι, η επιλογή τουδιαδρομή παραγωγήςεξαρτάται από τον βαθμό στόχο, τη διαθεσιμότητα τοπικών πρώτων υλών και τους περιβαλλοντικούς κανονισμούς. Η τάση κινείται προςυβριδικές διαδικασίεςπου συνδυάζουν την αποτελεσματικότητα της αλουμινοθερμικής μείωσης με το πλεονέκτημα κόστους των σιλικοθερμικών διαδρομών, ενώψηφιοποίησηκαιπράσινη χημείααρχές.