Gamyba išferovanadisyra kompleksasmetalurginis procesaskuri prasideda išgavimuvanadisiš pirminių rūdų arba antrinių išteklių. Svarbiausiažaliavayravanadžio-titano magnetitas (VTM), tipasgeležies rūdarasta dideliuose telkiniuose Kinijoje (Panxi regione), Rusijoje (Kachkanar), Pietų Afrikoje ir JAV. VTM paprastai yra 0,3–1,5 % V₂O5, kartu su titanu ir geležimi. Po kasybos rūda patirianaudos(smulkinimas, šlifavimas, magnetinis atskyrimas) gaminti asusikoncentruotikad paskui išlydoma aaukštakrosnėgamintiketaus, kurio sudėtyje yra vanadžio. Gaminant plieną vanadis oksiduojamas ir perkeliamas įvanadžio šlako– šalutinis produktas, kuriame yra 8–20 % V₂O5 – kuris yra pagrindinė daugelio žmonių žaliavaferovanadisaugalų visame pasaulyje. Kiti šaltiniai apimapanaudoti katalizatoriaiiš naftos chemijos pramonės,lakieji pelenaiiš elektrinių irakmens anglis(žemos kokybės anglies skalūnas, kuriame gausu vanadžio), būdingas tik Kinijai.
Pirminis vanadžio šlako apdorojimas
Prieš lydant,vanadžio šlakoturi būtiskrudintasu natrio druskomis (natrio karbonatu arba natrio sulfatu) 800–900 laipsnių temperatūroje, kad vanadžio oksidai virstų vandenyje tirpiais natrio vanadatais. Skrudintas produktas yra tadaišplovėkarštu vandeniu arba praskiesta rūgštimi (sieros rūgštimi) ekstrahuotivanadžio pentoksidas (V2O5)arbavanadžio trioksidas (V2O3). Taihidrometalurginisbūdu gaunamas išgrynintas vanadžio oksidas, kurio grynumas viršija 98%, kuris yra visų terminio redukcijos procesų pirmtakas. Arbatiesioginis išplovimasžaliavinio šlako, naudojant stipriąsias rūgštis, kuriama siekiant sumažinti energijos suvartojimą, nors susidaro didesni rūgščių nuotekų kiekiai.
Trys pagrindiniai lydymo procesai
(1) Aliuminioterminis redukcija– Tai dominuojantis gamybos būdasaukštos kokybės ferovanadis(FeV80 ir kai kurie FeV60). Šiameegzoterminisreakcija, mišinysV₂O₅ , aliuminio milteliai(arba granulės),geležies laužas(arba plieno tekinimo), irkalkių(CaO), kaip srautas, užsidega avandeniu aušinamas varinis tiglisarba augniai atspariu sluoksniu išklota krosnis. Reakcija yra savarankiška:
3V₂O₅ + 10Al → 6V + 5Al₂O3 (ΔH=–2 500 kJ/mol)
Išsiskyrusi šiluma pakelia temperatūrą virš 2000 laipsnių, ištirpdydama tiekvanadisiršlakas(daugiausia Al₂O3). Po aušinimo,ferovanadisluitas atskiriamas nuo šlako, susmulkinamas ir pagal dydį. Šiuo procesu pasiekiama avanadžio atkūrimo greitis95–97 proc., tačiau vienai tonai FeV80 sunaudojama apie 1,2 tonos aliuminio, todėl aliuminio kainos yra jautrios sąnaudoms.Elektroaliuminioterminisvariantai naudoja elektros lanką papildomai šilumai tiekti, pagerina regeneraciją iki 98% ir leidžia geriau valdytiangliesirsiliciopriemaišų.
(2) Elektrosilikoterminis redukcija– Šis metodas yra pageidautinasFeV50irFeV60gamybos, nes naudoja pigiau75% ferosiliciokaip pirminisreduktorius, papildytas nedideliu kiekiu aliuminio (5–10 % viso reduktoriaus). Operacija vyksta apagrindinė elektrinė lankinė krosnissu amagnezijos-kalkių pamušalas. Į mokestį įeinaV₂O₅ , kalkių, fluoršpatas(kaip srautas) ir reduktoriai. Procesas vyksta dviem etapais: pirma, asumažinimaslaikotarpis, kai redukuojasi dauguma vanadžio ir susidaro lydinys; antra, arafinavimaslaikotarpis, kai silicio perteklius oksiduojamas pridedant daugiau V₂O5 arba geležies rūdos, reguliuojant galutinįsilicio kiekiskad atitiktų klasės specifikacijas. Thevanadžio regeneravimassvyruoja nuo 90–94%, šiek tiek mažesnis nei aliuminoterminis, tačiauapdorojimo kainayra 15–20% mažesnė dėl pigesnių reduktorių. Tačiau,energijos suvartojimasyra didelis (apie 8 000–10 000 kWh vienai tonai lydinio), ošlako tūrisyra didesnis (apie 2 tonas vienai tonai FeV), todėl atliekų šalinimo išlaidos yra didesnės.
(3) Karboterminė redukcija– Tai naudojaanglies turinčios medžiagos(naftos koksas, antracitas) kaip reduktorius panardinamoje lankinėje krosnyje. Tai rečiau, nes anglis linkusi ištirpti lydinyje, padidindamaanglies kiekisviršija daugumos plieno rūšių priimtinas ribas. Nepaisant to, gamybaiFeV50-C(tai leidžia iki 5% C), šis maršrutas gali būti ekonomiškas. Reakcija vyksta esant 1600–1800 laipsnių:
V₂O₅ + 5C → 2 V + 5CO
Didelis anglies kiekis riboja jo naudojimą, todėl procesas dažnai derinamas suvakuuminis dekarbonizavimasgaminti mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančius produktus, nors ir už papildomą mokestį.
Pažangios technologijos ir kokybės gerinimas
Naujausios naujovės sutelktos įšvaresnisirefektyvesnislydymas.Plazmos lydymasnaudoja jonizuotas dujas, kad pasiektų itin aukštą temperatūrą (didesnę arba lygią 3000 laipsnių), kad greitai sumažintų, pagerintų našumą ir sumažintųšlako įstrigimas. Vakuuminis degazavimasyra naudojamas po bakstelėjimo, kad pašalintų ištirpusias dujas (vandenilį, azotą) ir lakias priemaišas, todėl susidaroitin mažas priemaišų kiekis(iš viso < 200 ppm)didelio grynumo ferovanadisaviacijos ir kosmoso reikmėms.Automatizuotas procesų valdymassistemos realiu laiku stebi temperatūrą, šlako baziškumą ir reduktoriaus padavimo greitį, sumažindamos iki minimumokompozicijos segregacijair užtikrinantvienodumasper partijas. Tyrimai parodė, kad optimizuojantlydymosi parametrai– pvz., V₂O₅/Al santykis, kalkių pridėjimas ir bakstelėjimo temperatūra – gali stumtivanadžio regeneravimasiki daugiau nei 98,5 %, tuo pačiu sumažinantenergijos intensyvumas10–15 proc.
Aplinkosaugos svarstymai
Visi trys procesai gaminadulkių pripildytų išmetamųjų dujųirkieto šlako. Šiuolaikiniai augalai dirbaelektrostatiniai nusodintuvaiirmaišelių filtraisurinkti smulkias daleles, odrėgni šveitikliaipašalinti sieros dioksidą. Thealiuminio oksido turtingas šlakasiš aliuminoterminio redukcijos dažnai parduodamas cemento pramonei arba naudojamas kaip ugniai atspari medžiaga. Pastangos perdirbtipanaudotas šlakasir susigrąžinti likutinį vanadį intensyvėja, derantis su pasauliniužiedinė ekonomikatikslus.
Apibendrinant, pasirinkimasgamybos maršrutaspriklauso nuo tikslinės klasės, vietinių žaliavų prieinamumo ir aplinkosaugos taisyklių. Tendencija juda linkhibridiniai procesaikurie derina aliuminoterminio redukcijos efektyvumą su silicoterminių maršrutų sąnaudų pranašumu, kartu apimaskaitmeninimasiržalioji chemijaprincipus.