Производња одферованадијумје комплексметалуршки процескоји почиње вађењемванадијумиз примарних руда или секундарних ресурса. Најважнијесировинајеванадијум-титанијум магнетит (ВТМ), врстагвоздене рудепронађено у великим налазиштима у Кини (регион Панкси), Русији (Качканар), Јужној Африци и Сједињеним Државама. ВТМ обично садржи 0,3–1,5% В₂О₅, заједно са титанијумом и гвожђем. Након рударења, руда се подвргаваблагодати(дробљење, млевење, магнетна сепарација) за производњу аконцентрисатикоји се затим топи у ависока пећпроизводитисирово гвожђе које садржи ванадијум. Током производње челика, ванадијум се оксидује и преноси уванадијева шљака– нуспроизвод који садржи 8–20% В₂О₅ – који служи као примарна сировина за већинуферованадијумбиљке широм света. Остали извори укључујуистрошених катализатораиз петрохемијске индустрије,летећи пепеоиз електрана, икамени угаљ(угљенични шкриљац ниског квалитета богат ванадијумом) који је јединствен за Кину.
Предтретман ванадијумске шљаке
Пре топљења,ванадијева шљакамора битипеченаса натријумовим солима (натријум карбонат или натријум сулфат) на 800–900 степени да би се ванадијум оксиди претворили у натријум ванадате растворљиве у води. Затим се печени производизлужениврелом водом или разблаженом киселином (сумпорном киселином) за екстракцијуванадијум пентоксид (В₂О₅)иливанадијум триоксид (В₂О₃). Овохидрометалуршкипут даје пречишћени ванадијум оксид са преко 98% чистоће, који је претходник за све процесе термичке редукције. Алтернативно,директно испирањесирове шљаке користећи јаке киселине се развија како би се смањила потрошња енергије, иако ствара веће количине киселих отпадних вода.
Три главна процеса топљења
(1) Алуминотермна редукција– Ово је доминантан начин производњеферованадијум високог квалитета(ФеВ80 и неки ФеВ60). У овомеегзотермниреакција, мешавинаV₂O₅ , алуминијумски прах(или грануле),гвоздени отпад(или челичне струготине), икреч(ЦаО) као флукс се запали у аводено хлађени бакарни лончићили аватростална пећ. Реакција је самоодржива:
3В₂О₅ + 10Ал → 6В + 5Ал₂О₃ (ΔХ=–2.500 кЈ/мол)
Ослобођена топлота подиже температуру изнад 2.000 степени, топи обаванадијуманд тхешљаке(углавном Ал₂О₃). Након хлађења,ферованадијумингот се одваја од шљаке, дроби и величи. Овим процесом се постиже астопа опоравка ванадијумаод 95–97%, али троши око 1,2 тоне алуминијума по тони ФеВ80, што га чини трошковно осетљивим на цене алуминијума.Електро-алуминотермниваријанте користе електрични лук за снабдевање додатне топлоте, побољшавајући опоравак до 98% и омогућавајући бољу контролуугљеникисилицијумнечистоће.
(2) Електро-силикотермна редукција– Ова метода је пожељна заФеВ50иФеВ60производње јер користи јефтиније75% феросилицијумакао примарниредуктор, допуњен са малом количином алуминијума (5-10% укупног редуктора). Операција се одвија у аосновна електролучна пећса аоблога од магнезијума и креча. Наплата укључујеV₂O₅ , креч, флуорит(као флукс) и редуктори. Процес се одвија у две фазе: прва, асмањењепериод када се већина ванадијума редукује и легура се формира; друго, апречишћавањепериод у коме се вишак силицијума оксидује додавањем више В₂О₅ или руде гвожђа, прилагођавањем коначногсадржај силицијумада испуни спецификације разреда. Тхеопоравак ванадијумакреће се од 90–94%, нешто ниже од алуминотермног, алитрошкови обрадеје 15–20% мање због јефтинијих редуктора. Међутим, тхепотрошња енергијеје висока (око 8.000–10.000 кВх по тони легуре), азапремина шљакеје већи (око 2 тоне по тони ФеВ), што доводи до већих трошкова одлагања отпада.
(3) Карботермична редукција– Ово користиугљенични материјали(нафтни кокс, антрацит) као редукционо средство у пећи са потопљеним луком. Мање је уобичајено јер угљеник има тенденцију да се раствори у легури, подижућисадржај угљеникаизнад прихватљивих граница за већину врста челика. Ипак, за производњуФеВ50‑Ц(који дозвољава до 5% Ц), овај пут може бити економичан. Реакција се дешава на 1.600-1.800 степени:
В₂О₅ + 5Ц → 2В + 5ЦО
Висок ниво угљеника ограничава његову примену, а процес се често комбинује савакуумска декарбонизацијаза производњу производа са ниским садржајем угљеника, иако уз додатне трошкове.
Напредне технологије и побољшање квалитета
Недавне иновације се фокусирају начистачиефикаснијетопљење.Топљење плазмекористи јонизовани гас за постизање ултра-високих температура (већих или једнаких 3000 степени) за брзо смањење, побољшање продуктивности и смањењезаробљавање шљаке. Вакуумска дегазацијапримењује се након точења за уклањање растворених гасова (водоник, азот) и испарљивих нечистоћа, стварајућиултра-ниска нечистоћа(укупно < 200 ппм)ферованадијум високе чистоћеза примене у ваздухопловству.Аутоматизована контрола процесасистеми прате температуру, базичност шљаке и брзину додавања редуктора у реалном времену, минимизирајућикомпозицијска сегрегацијаи обезбеђивањеуједначеностпреко серија. Истраживања су показала да оптимизацијапараметри топљења– као што је однос В₂О₅/Ал, додатак креча и температура точења – може да подстакнеопоравак ванадијумана преко 98,5% уз смањењеенергетски интензитетза 10–15%.
Енвиронментал Цонсидератионс
Сва три процеса производеотпрашених гасоваичврста шљака. Модерне фабрике запошљавајуелектрофилтереиврећасти филтериза хватање финих честица, докмокри перачиуклонити сумпор диоксид. Тхешљака богата глиницомод алуминотермне редукције се често продаје цементној индустрији или се користи као ватростални материјал. Напори да се рециклирапотрошена шљакаи опоравак заосталог ванадијума се интензивирају, усклађујући се са глобалнимкружна економијациљевима.
У закључку, изборпроизводни путзависи од циљаног квалитета, доступности локалних сировина и еколошких прописа. Тренд се креће кахибридни процесикоји комбинују ефикасност алуминотермне редукције са ценом предности силикотермних путева, док прихватајудигитализацијаизелена хемијапринципима.