Việc sản xuất củaferrovanadilà một phức hợpquá trình luyện kimbắt đầu bằng việc khai thácvanaditừ quặng sơ cấp hoặc tài nguyên thứ cấp. Điều quan trọng nhấtnguyên liệu thôlàtừ tính vanadi-titan (VTM), một loạiquặng sắtđược tìm thấy ở các mỏ lớn ở Trung Quốc (vùng Panxi), Nga (Kachkanar), Nam Phi và Hoa Kỳ. VTM thường chứa 0,3–1,5% V₂O₅, cùng với titan và sắt. Sau khi khai thác, quặng trải quasự làm lợi ích(nghiền, nghiền, tách từ) để tạo ratập trungsau đó được nấu chảy trong mộtlò caođể sản xuấtgang thỏi chứa vanadi. Trong quá trình sản xuất thép, vanadi bị oxy hóa và chuyển vàoxỉ vanadi– sản phẩm phụ chứa 8–20% V₂O₅ – đóng vai trò là nguyên liệu chính cho hầu hếtferrovanadithực vật trên toàn thế giới. Các nguồn khác bao gồmchất xúc tác đã qua sử dụngtừ ngành công nghiệp hóa dầu,tro baytừ các nhà máy điện vàthan đá(một loại đá phiến cacbon cấp thấp giàu vanadi) chỉ có ở Trung Quốc.
Tiền xử lý xỉ vanadi
Trước khi nấu chảy,xỉ vanadiphải làrangvới muối natri (natri cacbonat hoặc natri sunfat) ở nhiệt độ 800–900 độ để chuyển vanadi oxit thành natri vanadat hòa tan trong nước. Sản phẩm rang sau đó làbị rửa trôibằng nước nóng hoặc axit loãng (axit sunfuric) để chiếtvanadi pentoxit (V₂O₅)hoặcvanadi trioxit (V₂O₃). Cái nàythủy luyện kimlộ trình này mang lại oxit vanadi tinh khiết với độ tinh khiết trên 98%, là tiền chất cho tất cả các quá trình khử nhiệt. Ngoài ra,rửa trôi trực tiếpxỉ thô sử dụng axit mạnh đang được phát triển để giảm tiêu thụ năng lượng, mặc dù nó tạo ra khối lượng nước thải có tính axit lớn hơn.
Ba quá trình luyện kim chính
(1) Giảm nhiệt nhôm- Đây là phương pháp chủ yếu để sản xuấtferrovanadi cao cấp(FeV80 và một số FeV60). Trong nàytỏa nhiệtphản ứng, hỗn hợpV₂O₅ , bột nhôm(hoặc hạt),sắt vụn(hoặc tiện thép), vàchanh xanh(CaO) khi một dòng chất được đốt cháy trongnồi nấu bằng đồng làm mát bằng nướchoặc mộtlò lót vật liệu chịu lửa. Phản ứng có tính chất tự duy trì:
3V₂O₅ + 10Al → 6V + 5Al₂O₃ (ΔH=–2.500 kJ/mol)
Nhiệt lượng tỏa ra làm tăng nhiệt độ lên trên 2.000 độ, làm tan chảy cảvanadivàxỉ(chủ yếu là Al₂O₃). Sau khi làm mát,ferrovanadiphôi được tách ra khỏi xỉ, được nghiền nhỏ và định cỡ. Quá trình này đạt được mộttỷ lệ thu hồi vanadilà 95–97%, nhưng nó tiêu thụ khoảng 1,2 tấn nhôm cho mỗi tấn FeV80, khiến nó nhạy cảm về mặt chi phí với giá nhôm.Nhiệt điện nhômcác biến thể sử dụng hồ quang điện để cung cấp thêm nhiệt, cải thiện khả năng thu hồi lên 98% và cho phép kiểm soát tốt hơncacbonVàsilictạp chất.
(2) Khử nhiệt điện-Silic- Phương pháp này được ưa chuộng hơnFeV50VàFeV60sản xuất vì nó sử dụng rẻ hơn75% ferrosiliconnhư chínhchất khử, được bổ sung bởi một lượng nhỏ nhôm (5–10% tổng chất khử). Hoạt động diễn ra trong mộtlò hồ quang điện cơ bảnvới mộtlớp lót magiê-vôi. Phí bao gồmV₂O₅ , chanh xanh, fluorit(dưới dạng từ thông) và chất khử. Quá trình này tiến hành theo hai giai đoạn: đầu tiên, mộtsự giảm bớtthời kỳ mà phần lớn vanadi bị khử và hợp kim được hình thành; thứ hai, mộttinh chếhàm lượng siliconđể đáp ứng các thông số kỹ thuật của lớp. cácthu hồi vanadidao động từ 90–94%, thấp hơn một chút so với nhiệt nhôm, nhưngchi phí xử lýít hơn 15–20% do chất khử rẻ hơn. Tuy nhiên,điện năng tiêu thụcao (khoảng 8.000–10.000 kWh/tấn hợp kim) vàkhối lượng xỉlớn hơn (khoảng 2 tấn/tấn FeV), dẫn đến chi phí xử lý chất thải cao hơn.
(3) Giảm lượng cacbon- Cái này dùngvật liệu cacbon(than cốc dầu mỏ, than antraxit) làm chất khử trong lò hồ quang chìm. Nó ít phổ biến hơn vì cacbon có xu hướng hòa tan vào hợp kim, làm tăng tínhhàm lượng cacbontrên giới hạn chấp nhận được đối với hầu hết các loại thép. Tuy nhiên, để sản xuấtFeV50‑C(cho phép lên tới 5% C), cách này có thể tiết kiệm. Phản ứng xảy ra ở 1.600–1.800 độ:
V₂O₅ + 5C → 2V + 5CO
Mức carbon cao hạn chế ứng dụng của nó và quá trình này thường được kết hợp vớikhử cacbon chân khôngđể sản xuất các sản phẩm có hàm lượng carbon thấp, mặc dù phải trả thêm chi phí.
Công nghệ tiên tiến và cải tiến chất lượng
Những đổi mới gần đây tập trung vàosạch hơnVàhiệu quả hơnluyện kim.Luyện plasmasử dụng khí ion hóa để đạt được nhiệt độ cực cao (Lớn hơn hoặc bằng 3.000 độ) để giảm nhanh, nâng cao năng suất và giảmbẫy xỉ. Khử khí chân khôngđược áp dụng sau khi khai thác để loại bỏ khí hòa tan (hydro, nitơ) và các tạp chất dễ bay hơi, tạo ratạp chất cực thấp(tổng < 200 trang/phút)ferrovanadi có độ tinh khiết caocho các ứng dụng hàng không vũ trụ.Kiểm soát quá trình tự độnghệ thống giám sát nhiệt độ, tính bazơ của xỉ và tốc độ nạp chất khử trong thời gian thực, giảm thiểusự phân chia thành phầnvà đảm bảotính đồng nhấtqua các đợt. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóathông số luyện kim– chẳng hạn như tỷ lệ V₂O₅/Al, bổ sung vôi và nhiệt độ khai thác – có thể đẩythu hồi vanadiđến hơn 98,5% trong khi giảmcường độ năng lượngbằng 10–15%.
Cân nhắc về môi trường
Cả ba quá trình đều tạo rakhí thải chứa đầy bụiVàxỉ rắn. Các nhà máy hiện đại sử dụngmáy lọc bụi tĩnh điệnVàbộ lọc túiđể thu giữ các hạt mịn, đồng thờimáy chà sàn ướtloại bỏ lưu huỳnh dioxit. cácxỉ giàu aluminatừ quá trình khử nhiệt nhôm thường được bán cho ngành công nghiệp xi măng hoặc sử dụng làm vật liệu chịu lửa. Nỗ lực tái chếxỉ đã qua sử dụngvà thu hồi vanadi dư đang tăng cường, phù hợp với xu hướng toàn cầukinh tế tuần hoànmục tiêu.
Tóm lại, việc lựa chọnlộ trình sản xuấtphụ thuộc vào loại mục tiêu, nguồn nguyên liệu sẵn có tại địa phương và các quy định về môi trường. Xu hướng đang tiến tớiquá trình laikết hợp hiệu quả của việc giảm nhiệt nhôm với lợi thế về chi phí của các tuyến nhiệt silic, đồng thời tận dụngsố hóaVàhóa học xanhnguyên tắc.