Valmistamineferrovaanaadiumon kompleksmetallurgiline protsessmis algab ekstraheerimisegavanaadiumprimaarsetest maakidest või sekundaarsetest ressurssidest. Kõige tähtsamtooraineonvanaadium-titaan magnetiit (VTM), tüüprauamaakleitud suurtes maardlates Hiinas (Panxi piirkond), Venemaal (Kachkanar), Lõuna-Aafrikas ja Ameerika Ühendriikides. VTM sisaldab tavaliselt 0,3–1,5% V₂O5 koos titaani ja rauaga. Pärast kaevandamist maak läbibrikastamine(purustamine, jahvatamine, magneteraldamine), et toota akeskendudamis seejärel sulatatakse akõrgahitootavanaadiumi sisaldav malm. Terase valmistamisel vanaadium oksüdeeritakse ja kantakse ülevanaadiumiräbu– kõrvalsaadus, mis sisaldab 8–20% V₂O5 – mis on enamiku jaoks peamiseks lähteaineksferrovaanaadiumtaimed üle maailma. Muud allikad hõlmavadkasutatud katalüsaatoridnaftakeemiatööstusest,lendtuhkelektrijaamadest jakivisüsi(madala kvaliteediga süsinikku sisaldav põlevkivi, mis on rikas vanaadiumiga), mis on ainulaadne Hiinas.
Vanaadiumräbu eeltöötlus
Enne sulatamist,vanaadiumiräbupeab olemaröstitudnaatriumsooladega (naatriumkarbonaat või naatriumsulfaat) 800–900 kraadi juures, et muuta vanaadiumoksiidid vees lahustuvateks naatriumvanadaatideks. Röstitud toode on siisleostunudkuuma vee või lahjendatud happega (väävelhape) ekstraheerimiseksvanaadiumpentooksiid (V₂O5)võivanaadiumtrioksiid (V2O3). Seehüdrometallurgilinemeetod annab üle 98% puhtusega puhastatud vanaadiumoksiidi, mis on kõigi termilise redutseerimise protsesside eelkäija. Teise võimalusenaotsene leostumineToores räbu, kasutades tugevaid happeid, töötatakse välja energiatarbimise vähendamiseks, kuigi see tekitab suuremas koguses happelist reovett.
Kolm peamist sulatusprotsessi
(1) Aluminotermiline reduktsioon– See on domineeriv tootmisviiskõrgekvaliteediline ferrovaanaadium(FeV80 ja mõned FeV60). Selleseksotermilinereaktsioon, seguV₂O₅ , alumiiniumi pulber(või graanulid),rauajääk(või terasest treimised) jalubi(CaO) räbustina süüdatakse avesijahutusega vasest tiigelvõi atulekindla voodriga ahi. Reaktsioon on isemajandav:
3V₂O₅ + 10Al → 6 V + 5Al₂O₃ (ΔH=–2500 kJ/mol)
Vabanev soojus tõstab temperatuuri üle 2000 kraadi, sulatades niivanaadiumjaräbu(peamiselt Al₂O3). Pärast jahutamist,ferrovaanaadiumvaluplokk eraldatakse räbust, purustatakse ja määratakse suuruse järgi. Selle protsessiga saavutatakse avanaadiumi taastumise määr95–97%, kuid see tarbib umbes 1,2 tonni alumiiniumi tonni FeV80 kohta, mistõttu on see alumiiniumihindade suhtes kulutundlik.Elektro-aluminotermilinevariandid kasutavad lisasoojuse andmiseks elektrikaar, parandades taastumist 98%-ni ja võimaldades paremat kontrollisüsinikjaränilisandid.
(2) Elektrosilikotermiline reduktsioon– Seda meetodit eelistatakseFeV50jaFeV60tootmist, sest see kasutab odavamalt75% ferrosiliitsiumikui esmaneredutseerija, millele on lisatud väike kogus alumiiniumi (5–10% kogu redutseerijast). Operatsioon toimub apõhiline elektrikaarahikoos amagneesium-lubi vooder. Tasu sisaldabV₂O₅ , lubi, fluoriit(vooluna) ja redutseerijad. Protsess toimub kahes etapis: esiteks avähendamineperiood, mil suurem osa vanaadiumi redutseerub ja sulam moodustub; teiseks, arafineerimineperiood, mil liigne räni oksüdeeritakse, lisades rohkem V2O5 või rauamaaki, reguleerides lõplikkuräni sisaldusklassi spetsifikatsioonidele vastamiseks. Thevanaadiumi taastaminejääb vahemikku 90–94%, veidi madalam kui aluminotermiline, kuidtöötlemise maksumuson odavamate redutseerijate tõttu 15–20% väiksem. Siiski,energiatarveon kõrge (umbes 8000–10 000 kWh sulami tonni kohta) jaräbu mahton suurem (umbes 2 tonni FeV tonni kohta), mis toob kaasa suuremad jäätmekäitluskulud.
(3) Karbotermiline reduktsioon– See kasutabsüsinikku sisaldavad materjalid(naftakoks, antratsiit) redutseerijana sukelkaarahjus. See on vähem levinud, kuna süsinik kipub sulamis lahustuma, tõstes sellesüsinikusisaldussuurem kui enamiku teraseliikide puhul lubatud piirnormid. Sellegipoolest tootmiseksFeV50-C(mis lubab kuni 5% C), võib see marsruut olla ökonoomne. Reaktsioon toimub temperatuuril 1600–1800 kraadi:
V₂O₅ + 5C → 2 V + 5CO
Kõrge süsinikusisaldus piirab selle kasutamist ja seda protsessi sageli kombineeritaksevaakumdekarburiseeriminetoota vähese CO2-heitega tooteid, kuigi lisatasu eest.
Täiustatud tehnoloogiad ja kvaliteedi parandamine
Hiljutised uuendused keskenduvadkoristajajatõhusamsulatamine.Plasma sulataminekasutab ioniseeritud gaasi ülikõrgete temperatuuride saavutamiseks (üle 3000 kraadi või sellega võrdne) kiireks vähendamiseks, tootlikkuse parandamiseks ja vähendamiseksräbu kinnijäämine. Vaakumdegaseeriminekasutatakse pärast koputamist lahustunud gaaside (vesinik, lämmastik) ja lenduvate lisandite eemaldamiseks, tekitadesülimadala lisandisisaldusega(kokku < 200 ppm)kõrge puhtusastmega ferrovaanaadiumkosmoserakenduste jaoks.Automatiseeritud protsessi juhtiminesüsteemid jälgivad temperatuuri, räbu aluselisust ja redutseerija etteandekiirust reaalajas, minimeerideskoostise eraldamineja tagamineühetaolisuspartiide kaupa. Uuringud on näidanud, et optimeeriminesulatusparameetrid– näiteks V₂O₅/Al suhe, lubja lisamine ja kraanitemperatuur – võivadvanaadiumi taastamineüle 98,5%, vähendades samal ajalenergia intensiivsus10–15% võrra.
Keskkonnakaalutlused
Kõik kolm protsessi toodavadtolmuga koormatud heitgaasidjatahke räbu. Kaasaegsed taimed kasutavadelektrostaatilised filtridjakottfiltridpeente osakeste püüdmiseksmärgpuhastideemaldada vääveldioksiid. Thealumiiniumoksiidi rikas räbuAluminotermilisest redutseerimisest saadud materjali müüakse sageli tsemenditööstusele või kasutatakse tulekindla materjalina. Püüdlused taaskasutadakulutatud räbuja taastada jääkvanaadiumi on intensiivistunud, ühtlustub globaalseringmajanduseesmärgid.
Kokkuvõtteks valiktootmisteesõltub sihtklassist, kohalikust tooraine saadavusest ja keskkonnanõuetest. Trend liigub poolehübriidprotsessidmis ühendavad aluminotermilise redutseerimise tõhususe silikotermiliste marsruutide kulueelisega, hõlmates samasdigitaliseeriminejaroheline keemiapõhimõtteid.