Výrobaferrovanadiumje komplexmetalurgický proceskterá začíná těžbouvanadiumz primárních rud nebo sekundárních zdrojů. Nejdůležitějšísurovinajevanadium-titanový magnetit (VTM), druhželezná rudanalezený ve velkých nalezištích v Číně (oblast Panxi), Rusku (Kachkanar), Jižní Africe a Spojených státech. VTM obvykle obsahuje 0,3–1,5 % V₂O₅ spolu s titanem a železem. Po těžbě se ruda podrobíbenefice(drcení, mletí, magnetická separace) k výrobě akoncentrátkterá se pak taví v avysoká pecvyrábětsurové železo obsahující vanad. Během výroby oceli se vanad oxiduje a přenáší dovanadová struska– vedlejší produkt obsahující 8–20 % V₂O₅ – který slouží jako primární surovina pro většinuferrovanadiumrostliny po celém světě. Mezi další zdroje patřípoužité katalyzátoryz petrochemického průmyslu,popílekz elektráren akamenné uhlí(uhlíkatá břidlice nízké kvality bohatá na vanad), která je jedinečná pro Čínu.
Předúprava vanadové strusky
Před tavením,vanadová struskamusí býtpečenýse sodnými solemi (uhličitan sodný nebo síran sodný) při 800–900 stupních pro přeměnu oxidů vanadu na vanadičnany sodné rozpustné ve vodě. Pražený produkt je pakvyluhovánoextrahovat horkou vodou nebo zředěnou kyselinou (kyselinou sírovou).oxid vanadičný (V₂O₅)nebooxid vanadičný (V2O3). Tentohydrometalurgickýcesta poskytuje čištěný oxid vanadičitý s čistotou více než 98 %, který je prekurzorem pro všechny procesy tepelné redukce. Alternativně,přímé vyluhováníPro snížení spotřeby energie se vyvíjí struska s použitím silných kyselin, i když generuje větší objemy kyselých odpadních vod.
Tři hlavní procesy tavení
(1) Aluminotermická redukce– Toto je dominantní způsob výrobyvysoce kvalitní ferrovanadium(FeV80 a některé FeV60). V tomhleexotermickýreakce, směsV₂O₅ , hliníkový prášek(nebo granule),železný šrot(nebo ocelové třísky) avápno(CaO) jako tavidlo se zapálí v avodou chlazený měděný kelímeknebo ažáruvzdorná pec. Reakce je soběstačná:
3V₂O₅ + 10Al → 6V + 5Al₂O₃ (ΔH=–2 500 kJ/mol)
Uvolněné teplo zvyšuje teplotu nad 2 000 stupňů a oba roztavívanadiumastruska(hlavně Al203). Po ochlazení seferrovanadiumingot se oddělí od strusky, rozdrtí a klíží. Tímto procesem se dosáhne amíra regenerace vanadu95–97 %, ale spotřebuje asi 1,2 tuny hliníku na tunu FeV80, takže je nákladově citlivá na ceny hliníku.ElektroaluminotermickéVarianty využívají k dodání dodatečného tepla elektrický oblouk, čímž zlepšují rekuperaci na 98 % a umožňují lepší kontroluuhlíkakřemíknečistoty.
(2) Elektro-silikotermická redukce– Tato metoda je preferována proFeV50aFeV60výroby, protože používá levnější75% ferosiliciajako primárníredukční činidlo, doplněné malým množstvím hliníku (5–10 % celkového redukčního činidla). Operace probíhá v azákladní elektrická oblouková pecs amagnézio-vápenná výstelka. Poplatek zahrnujeV₂O₅ , vápno, kazivec(jako tavidlo) a redukční činidla. Proces probíhá ve dvou fázích: nejprve asníženíobdobí, kdy se většina vanadu redukuje a tvoří se slitina; za druhé, arafinaceobdobí, kdy se přebytečný křemík oxiduje přidáním dalšího V2O₅ nebo železné rudy, čímž se upraví konečnáobsah křemíkuaby splňovaly specifikace třídy. Theregenerace vanaduse pohybuje od 90–94 %, o něco nižší než aluminotermické, alenáklady na zpracováníje o 15–20 % méně díky levnějším redukčním činidlům. Nicméně,spotřeba energieje vysoká (asi 8 000–10 000 kWh na tunu slitiny) aobjem struskyje větší (kolem 2 tuny na tunu FeV), což vede k vyšším nákladům na likvidaci odpadu.
(3) Karbotermická redukce– Toto používáuhlíkaté materiály(ropný koks, antracit) jako redukční činidlo v obloukové peci. Je to méně obvyklé, protože uhlík má tendenci se rozpouštět do slitiny a zvyšovat jiobsah uhlíkunad přijatelné limity pro většinu jakostí oceli. Nicméně k výroběFeV50-C(což umožňuje až 5 % C), tato cesta může být ekonomická. Reakce probíhá při 1 600-1 800 stupních:
V₂O₅ + 5C → 2V + 5CO
Vysoká hladina uhlíku omezuje jeho použití a proces je často kombinován svakuové oduhličenívyrábět nízkouhlíkové produkty, i když za příplatek.
Pokročilé technologie a zlepšování kvality
Nejnovější inovace se zaměřují načističaúčinnějšítavení.Plazmové tavenípoužívá ionizovaný plyn k dosažení ultra vysokých teplot (vyšších nebo rovných 3 000 stupňům) pro rychlé snížení, zlepšení produktivity a sníženízachycování strusky. Vakuové odplyňováníse aplikuje po odpichu k odstranění rozpuštěných plynů (vodík, dusík) a těkavých nečistot, produkultranízká nečistota(celkem < 200 ppm)vysoce čistý ferrovanadiumpro letecké aplikace.Automatizované řízení procesůsystémy monitorují teplotu, zásaditost strusky a rychlost přivádění redukčního činidla v reálném čase s minimalizacísegregace složenía zajištěníjednotnostnapříč dávkami. Výzkum ukázal, že optimalizaceparametry tavení– jako je poměr V₂O₅/Al, přidávání vápna a teplota výčepu – může tlačitregenerace vanaduna více než 98,5 % při současném sníženíenergetická náročnosto 10–15 %.
Ohledy na životní prostředí
Všechny tři procesy produkujíodpadní plyny obsahující prachapevná struska. Moderní závody zaměstnávajíelektrostatické odlučovačeapytlové filtryk zachycení jemných částicmokré pračkyodstranit oxid siřičitý. Thestruska bohatá na oxid hlinitýz aluminotermické redukce se často prodává do cementářského průmyslu nebo se používá jako žáruvzdorný materiál. Snahy o recyklaciutracená struskaa regenerace zbytkového vanadu se zintenzivňují, v souladu s globálnímicirkulární ekonomikacíle.
Na závěr výběrvýrobní cestazávisí na cílové jakosti, místní dostupnosti surovin a ekologických předpisech. Trend směřuje khybridní procesykteré kombinují účinnost aluminotermické redukce s nákladovou výhodou silikotermických cest a zároveň zahrnujídigitalizaceazelená chemiezásady.