วัตถุดิบและเทคโนโลยีการผลิตเฟอร์โรวานาเดียม

การผลิตของเฟอร์โรวาเนเดียมเป็นสิ่งที่ซับซ้อนกระบวนการทางโลหะวิทยาที่เริ่มต้นด้วยการสกัดวาเนเดียมจากแร่ปฐมภูมิหรือทรัพยากรทุติยภูมิ ที่สำคัญที่สุดวัตถุดิบเป็นวานาเดียม-ไทเทเนียมแมกนีไทต์ (VTM)ประเภทของแร่เหล็กพบในแหล่งสะสมขนาดใหญ่ในจีน (ภูมิภาคปันซี) รัสเซีย (คัชคานาร์) แอฟริกาใต้ และสหรัฐอเมริกา โดยทั่วไป VTM จะมี V₂O₅ 0.3–1.5% พร้อมด้วยไทเทเนียมและเหล็ก หลังจากการขุดแร่จะผ่านไปการได้รับประโยชน์(บด,บด,แยกแม่เหล็ก) เพื่อผลิตเป็นสมาธิจากนั้นจึงนำไปหลอมในเตาหลอมเพื่อผลิตเหล็กหมูที่มีวานาเดียม. ในระหว่างการผลิตเหล็ก วาเนเดียมจะถูกออกซิไดซ์และถ่ายโอนเข้าไปในตะกรันวาเนเดียม– ผลพลอยได้ที่มี V₂O₅ 8–20% ซึ่งทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบหลักสำหรับส่วนใหญ่เฟอร์โรวาเนเดียมพืชทั่วโลก แหล่งอื่นๆ ได้แก่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ไปจากอุตสาหกรรมปิโตรเคมีเถ้าลอยจากโรงไฟฟ้า และถ่านหินหิน(หินคาร์บอนเกรดต่ำที่อุดมไปด้วยวานาเดียม) ซึ่งเป็นเอกลักษณ์เฉพาะของจีน

การบำบัดตะกรันวาเนเดียมล่วงหน้า

ก่อนที่จะหลอมตะกรันวาเนเดียมจะต้องเป็นคั่วด้วยเกลือโซเดียม (โซเดียมคาร์บอเนตหรือโซเดียมซัลเฟต) ที่ 800–900 องศาเพื่อเปลี่ยนวานาเดียมออกไซด์เป็นโซเดียมวานาเดตที่ละลายน้ำได้ สินค้าที่คั่วแล้วนั้นชะล้างด้วยน้ำร้อนหรือกรดเจือจาง (กรดซัลฟูริก) เพื่อสกัดวาเนเดียมเพนทอกไซด์ (V₂O₅)หรือวานาเดียมไตรออกไซด์ (V₂O₃). นี้ไฮโดรเมทัลโลหการเส้นทางได้วาเนเดียมออกไซด์บริสุทธิ์ที่มีความบริสุทธิ์มากกว่า 98% ซึ่งเป็นสารตั้งต้นสำหรับกระบวนการลดความร้อนทั้งหมด อีกทางหนึ่งการชะล้างโดยตรงตะกรันดิบที่ใช้กรดแก่กำลังได้รับการพัฒนาเพื่อลดการใช้พลังงาน แม้ว่าจะก่อให้เกิดน้ำเสียที่เป็นกรดในปริมาณที่มากขึ้นก็ตาม

กระบวนการถลุงหลักสามประการ

(1) การลดอะลูมิเนียมความร้อน– นี่เป็นวิธีหลักในการผลิตเฟอร์โรวาเนเดียมคุณภาพสูง(FeV80 และ FeV60 บางส่วน) ในเรื่องนี้คายความร้อนปฏิกิริยาซึ่งเป็นส่วนผสมของV₂O₅ , ผงอลูมิเนียม(หรือเม็ด)เศษเหล็ก(หรืองานกลึงเหล็ก) และมะนาว(CaO) เมื่อฟลักซ์ถูกจุดติดไฟในเบ้าหลอมทองแดงระบายความร้อนด้วยน้ำหรือกเตาทนไฟเรียงราย. ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้อย่างยั่งยืนในตัวเอง:

3V₂O₅ + 10อัล → 6V + 5Al₂O₃ (ΔH=–2,500 กิโลจูล/โมล)

ความร้อนที่ปล่อยออกมาทำให้อุณหภูมิสูงกว่า 2,000 องศา ละลายทั้งวาเนเดียมและตะกรัน(ส่วนใหญ่เป็นอัล₂O₃) หลังจากเย็นลงแล้ว.เฟอร์โรวาเนเดียมลิ่มจะแยกออกจากตะกรัน บดและขนาด กระบวนการนี้บรรลุผลกอัตราการฟื้นตัวของวาเนเดียม95–97% แต่ใช้อะลูมิเนียมประมาณ 1.2 ตันต่อ FeV80 ตัน ซึ่งทำให้มีความอ่อนไหวต่อต้นทุนต่อราคาอะลูมิเนียมอิเล็กโทร-อะลูมิเนียมเทอร์มิครุ่นต่างๆ ใช้อาร์คไฟฟ้าเพื่อจ่ายความร้อนเพิ่มเติม ปรับปรุงการฟื้นตัวเป็น 98% และช่วยให้ควบคุมได้ดีขึ้นคาร์บอนและซิลิคอนสิ่งสกปรก

(2) การลดอิเล็กโทรซิลิโคเทอร์มิก– วิธีนี้เหมาะสำหรับFeV50และFeV60การผลิตเพราะใช้ราคาถูกกว่าเฟอร์โรซิลิคอน 75%เป็นหลักสารรีดักท์เสริมด้วยอะลูมิเนียมจำนวนเล็กน้อย (5–10% ของรีดักแทนท์ทั้งหมด) การดำเนินการจะเกิดขึ้นในกเตาอาร์คไฟฟ้าขั้นพื้นฐานด้วยซับในแมกนีเซีย-ไลม์. ค่าธรรมเนียมนี้รวมV₂O₅ , มะนาว, ฟลูออร์สปาร์(เป็นฟลักซ์) และรีดักแทนท์ กระบวนการดำเนินไปในสองขั้นตอน: ขั้นแรก กการลดน้อยลงช่วงเวลาที่วาเนเดียมส่วนใหญ่ลดลงและเกิดโลหะผสม ประการที่สองกการกลั่นช่วงที่ซิลิคอนส่วนเกินถูกออกซิไดซ์โดยการเติมV₂O₅หรือแร่เหล็กมากขึ้น โดยปรับค่าสุดท้ายปริมาณซิลิกอนเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดเกรด ที่การกู้คืนวานาเดียมอยู่ในช่วง 90–94% ต่ำกว่าอลูมิเนียมความร้อนเล็กน้อย แต่ต้นทุนการประมวลผลลดลง 15–20% เนื่องจากมีรีดักท์ราคาถูกกว่า อย่างไรก็ตามการใช้พลังงานสูง (ประมาณ 8,000–10,000 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อตันของโลหะผสม) และปริมาณตะกรันมีขนาดใหญ่กว่า (ประมาณ 2 ตันต่อตัน FeV) ส่งผลให้ต้นทุนการกำจัดขยะสูงขึ้น

(3) การลดคาร์บอเทอร์มิก– สิ่งนี้ใช้วัสดุคาร์บอน(ปิโตรเลียมโค้ก แอนทราไซต์) เป็นตัวรีดิวซ์ในเตาอาร์กที่จมอยู่ใต้น้ำ พบได้น้อยเนื่องจากคาร์บอนมีแนวโน้มที่จะละลายเป็นโลหะผสม ทำให้เพิ่มปริมาณคาร์บอนเกินขีดจำกัดที่ยอมรับได้สำหรับเกรดเหล็กส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตามสำหรับการผลิตFeV50-C(ซึ่งอนุญาตให้มีมากถึง 5% C) เส้นทางนี้สามารถประหยัดได้ ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่ 1,600–1,800 องศา :

V₂O₅ + 5C → 2V + 5CO

ระดับคาร์บอนที่สูงจำกัดการใช้งาน และมักจะรวมกระบวนการนี้เข้าด้วยกันการแยกสลายสูญญากาศเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์คาร์บอนต่ำแม้ว่าจะมีต้นทุนเพิ่มเติมก็ตาม

เทคโนโลยีขั้นสูงและการปรับปรุงคุณภาพ

นวัตกรรมล่าสุดมุ่งเน้นไปที่ทำความสะอาดและมีประสิทธิภาพมากขึ้นถลุงการถลุงพลาสมาใช้ก๊าซไอออไนซ์เพื่อให้ได้อุณหภูมิที่สูงเป็นพิเศษ ( มากกว่าหรือเท่ากับ 3,000 องศา ) เพื่อการลดลงอย่างรวดเร็ว ปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต และลดการดักจับตะกรัน. การไล่ก๊าซแบบสุญญากาศใช้หลังจากการแตะเพื่อกำจัดก๊าซละลาย (ไฮโดรเจน ไนโตรเจน) และสารเจือปนที่ระเหยได้สิ่งเจือปนต่ำเป็นพิเศษ(รวม < 200 ppm)เฟอร์โรวานาเดียมที่มีความบริสุทธิ์สูงสำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศการควบคุมกระบวนการอัตโนมัติระบบจะตรวจสอบอุณหภูมิ ความเป็นพื้นฐานของตะกรัน และอัตราการป้อนรีดักแทนท์แบบเรียลไทม์โดยย่อให้เหลือน้อยที่สุดการแยกองค์ประกอบและมั่นใจความสม่ำเสมอข้ามแบทช์ การวิจัยพบว่าการเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์การถลุง– เช่น อัตราส่วน V₂O₅/Al การเติมปูนขาว และอุณหภูมิกรีด – สามารถผลักดันการกู้คืนวานาเดียมให้มากกว่า 98.5% ในขณะที่ลดความเข้มของพลังงาน10–15%

ข้อพิจารณาด้านสิ่งแวดล้อม

ทั้งสามกระบวนการก่อให้เกิดก๊าซนอกที่มีฝุ่นละอองและตะกรันที่เป็นของแข็ง. พืชสมัยใหม่จ้างเครื่องตกตะกอนไฟฟ้าสถิตและถุงกรองเพื่อดักจับอนุภาคละเอียดในขณะที่เครื่องฟอกเปียกกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ที่ตะกรันที่อุดมไปด้วยอลูมินาจากการลดอุณหภูมิอะลูมิเนียมมักจะขายให้กับอุตสาหกรรมปูนซีเมนต์หรือใช้เป็นวัสดุทนไฟ ความพยายามในการรีไซเคิลตะกรันที่ใช้ไปและการกู้คืนวาเนเดียมที่ตกค้างมีความเข้มข้นมากขึ้นสอดคล้องกับระดับโลกเศรษฐกิจแบบวงกลมเป้าหมาย

สรุปว่าต้องเลือก.เส้นทางการผลิตขึ้นอยู่กับเกรดเป้าหมาย ความพร้อมของวัตถุดิบในท้องถิ่น และกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อม แนวโน้มกำลังเคลื่อนตัวไปทางกระบวนการไฮบริดที่รวมเอาประสิทธิภาพของการลดอะลูมิเนียมความร้อนเข้ากับความได้เปรียบด้านต้นทุนของเส้นทางซิลิโคเทอร์มิกไปพร้อมๆ กันการแปลงเป็นดิจิทัลและเคมีสีเขียวหลักการ