ساخت ازفرووانادیومیک مجتمع استفرآیند متالورژیکه با استخراج آغاز می شودوانادیماز سنگ معدن اولیه یا منابع ثانویه. مهمترینمواد خاماستمگنتیت وانادیوم-تیتانیوم (VTM)، نوعی ازسنگ آهندر ذخایر بزرگ چین (منطقه پانکسی)، روسیه (کاچکنار)، آفریقای جنوبی و ایالات متحده یافت می شود. VTM معمولا حاوی 0.3-1.5٪ V2O5، همراه با تیتانیوم و آهن است. پس از استخراج، سنگ معدن تحت تأثیر قرار می گیردبهره مندی(خرد کردن، آسیاب کردن، جداسازی مغناطیسی) برای تولید الفمتمرکز کردنکه سپس در یک ذوب می شودکوره بلندبرای تولیدآهن خام وانادیوم دار. در طول فولادسازی، وانادیوم اکسید شده و به داخل فولاد منتقل می شودسرباره وانادیوم- یک محصول جانبی حاوی 8 تا 20٪ V2O5 - که به عنوان خوراک اولیه برای اکثر افراد عمل می کند.فرووانادیومگیاهان در سراسر جهان منابع دیگر عبارتند ازکاتالیزورهای مصرف شدهاز صنعت پتروشیمیخاکستر بادیاز نیروگاه ها وزغال سنگ(یک شیل کربن دار کم عیار غنی از وانادیوم) که منحصر به چین است.
پیش تیمار سرباره وانادیوم
قبل از ذوب،سرباره وانادیومباید باشدبرشته شدهبا نمک های سدیم (کربنات سدیم یا سولفات سدیم) در دمای 800 تا 900 درجه برای تبدیل اکسیدهای وانادیم به وانادات های سدیم محلول در آب. محصول برشته شده پس از آن استشسته شدهبا آب داغ یا اسید رقیق (اسید سولفوریک) استخراج شودپنتوکسید وانادیم (V2O5)یاوانادیم تری اکسید (V2O3). اینهیدرومتالورژیکیمسیر یک اکسید وانادیوم خالص شده با خلوص بیش از 98 درصد تولید میکند که پیشساز تمام فرآیندهای کاهش حرارتی است. متناوبا،شستشوی مستقیمسرباره خام با استفاده از اسیدهای قوی برای کاهش مصرف انرژی در حال توسعه است، اگرچه حجم بیشتری از فاضلاب اسیدی تولید می کند.
سه فرآیند ذوب اصلی
(1) احیای آلومینوگرمیک- این روش غالب برای تولید استفرووانادیوم با عیار بالا(FeV80 و مقداری FeV60). در اینگرمازاواکنش، مخلوطی ازV₂O₅ , پودر آلومینیوم(یا گرانول)ضایعات آهن(یا تراشکاری فولادی)، وآهک(CaO) به عنوان یک شار در یک مشتعل می شودبوته مسی با آب خنک شدهیا الفکوره با پوشش نسوز. واکنش خودپایدار است:
3V2O5 + 10Al → 6V + 5Al2O3 (ΔH=-2500 kJ/mol)
گرمای آزاد شده دما را به بالای 2000 درجه می برد و هر دو را ذوب می کندوانادیموسرباره(عمدتا Al2O3). پس از خنک شدن،فرووانادیومشمش از سرباره جدا شده، خرد شده و اندازه می شود. این فرآیند به aمیزان بازیابی وانادیوماز 95 تا 97 درصد، اما حدود 1.2 تن آلومینیوم در هر تن FeV80 مصرف میکند که به قیمت آلومینیوم حساس است.الکتروآلومینی گرماانواع مختلف از قوس الکتریکی برای تامین گرمای اضافی استفاده می کنند که بازیابی را تا 98٪ بهبود می بخشد و امکان کنترل بهترکربنوسیلیکونناخالصی ها
(2) کاهش الکترو-سیلیکوترمیک– این روش برایFeV50وFeV60تولید به دلیل استفاده ارزان تر75٪ فروسیلیسبه عنوان اولیهکاهنده، با مقدار کمی آلومینیوم (5-10٪ از کل احیا کننده) تکمیل می شود. عملیات در یککوره قوس الکتریکی پایهبا یکآستر منیزیم آهک. شارژ شاملV₂O₅ , آهک, فلورسپار(به عنوان شار)، و احیا کننده ها. این فرآیند در دو مرحله انجام می شود: اول، الفکاهشدوره ای که بیشتر وانادیوم احیا می شود و آلیاژ تشکیل می شود. دوم، الفپالایشدوره ای که در آن سیلیکون اضافی با افزودن V2O5 یا سنگ آهن بیشتر اکسید می شود و مقدار نهایی را تنظیم می کند.محتوای سیلیکونبرای برآوردن مشخصات درجه رابازیابی وانادیوماز 90 تا 94 درصد، کمی کمتر از آلومینوترمیک است، اماهزینه پردازشبه دلیل کاهش دهنده های ارزان تر، 15 تا 20 درصد کمتر است. با این حال،مصرف برقبالا است (حدود 8000-10000 کیلووات ساعت در هر تن آلیاژ) وحجم سربارهبزرگتر است (حدود 2 تن در هر تن FeV)، که منجر به هزینه های دفع زباله بیشتر می شود.
(3) کاهش کربوترمیک- این استفاده می کندمواد کربن دار(کک نفتی، آنتراسیت) به عنوان عامل کاهنده در یک کوره قوس غوطه ور. کمتر رایج است زیرا کربن تمایل به حل شدن در آلیاژ دارد و باعث بالا رفتن آلیاژ می شودمحتوای کربنبالاتر از حد قابل قبول برای اکثر گریدهای فولادی. با این حال، برای تولیدFeV50-C(که اجازه می دهد تا 5٪ C)، این مسیر می تواند مقرون به صرفه باشد. واکنش در 1600-1800 درجه رخ می دهد:
V₂O5 + 5C → 2V + 5CO
سطح کربن بالا کاربرد آن را محدود می کند و این فرآیند اغلب با آن ترکیب می شودکربن زدایی با خلاءتولید محصولات کم کربن، البته با هزینه اضافی.
فن آوری های پیشرفته و بهبود کیفیت
نوآوری های اخیر بر رویتمیز کنندهوکارآمدترذوب شدنذوب پلاسمااز یک گاز یونیزه برای دستیابی به دمای بسیار بالا (بیشتر یا مساوی 3000 درجه) برای کاهش سریع، بهبود بهره وری و کاهش استفاده می کند.به دام افتادن سرباره. گاز زدایی با خلاءپس از ضربه زدن برای حذف گازهای محلول (هیدروژن، نیتروژن) و ناخالصی های فرار استفاده می شود و تولید می شود.ناخالصی بسیار کم(مجموع < 200 ppm)فرووانادیوم با خلوص بالابرای کاربردهای هوافضاکنترل فرآیند خودکارسیستمها دما، پایه سرباره و نرخ تغذیه احیاکننده را در زمان واقعی کنترل میکنند و به حداقل میرسانندتفکیک ترکیبو تضمین می کندیکنواختیدر سراسر دسته ها تحقیقات نشان داده است که بهینه سازیپارامترهای ذوب- مانند نسبت V2O5/Al، افزودن آهک و دمای ضربه زدن - می تواند فشار وارد کندبازیابی وانادیومبه بیش از 98.5٪ در حالی که کاهش می دهدشدت انرژی10-15٪.
ملاحظات زیست محیطی
هر سه فرآیند تولید می کنندگازهای پر از گرد و غباروسرباره جامد. گیاهان مدرن استفاده می کنندرسوب دهنده های الکترواستاتیکوفیلترهای کیسه ایبرای گرفتن ذرات ریز، در حالی کهاسکرابرهای مرطوبدی اکسید گوگرد را حذف کنید. راسرباره غنی از آلومینااز احیای آلومینوترمی اغلب به صنعت سیمان فروخته می شود یا به عنوان یک ماده نسوز استفاده می شود. تلاش برای بازیافتسرباره مصرف شدهو بازیابی وانادیوم باقی مانده تشدید می شوند و با جهانی همسو می شونداقتصاد دایره ایاهداف
در نتیجه، انتخاب ازمسیر تولیدبه درجه هدف، در دسترس بودن مواد خام محلی و مقررات زیست محیطی بستگی دارد. روند رو به جلو استفرآیندهای ترکیبیکه کارایی کاهش آلومینوگرمیک را با مزیت هزینه مسیرهای سیلیکوترمیک ترکیب می کند، در حالی کهدیجیتالی شدنوشیمی سبزاصول