Pengilanganferrovanadiumadalah kompleksproses metalurgiyang bermula dengan pengekstrakan daripadavanadiumdaripada bijih primer atau sumber sekunder. Yang paling pentingbahan mentahialahvanadium‑titanium magnetit (VTM), sejenisbijih besiditemui dalam deposit besar di China (wilayah Panxi), Rusia (Kachkanar), Afrika Selatan, dan Amerika Syarikat. VTM biasanya mengandungi 0.3–1.5% V₂O₅, bersama dengan titanium dan besi. Selepas perlombongan, bijih mengalamibeneficiation(menghancurkan, mengisar, pengasingan magnet) untuk menghasilkan amenumpukan perhatianyang kemudiannya dileburkan dalam arelau letupanuntuk menghasilkanbesi babi yang mengandungi vanadium. Semasa pembuatan keluli, vanadium teroksida dan dipindahkan ke dalamsanga vanadium– hasil sampingan yang mengandungi 8–20% V₂O₅ – yang berfungsi sebagai bahan mentah utama bagi kebanyakanferrovanadiumtumbuhan di seluruh dunia. Sumber lain termasukpemangkin yang dibelanjakandaripada industri petrokimia,abu terbangdaripada loji kuasa, danarang batu(syal berkarbonat gred rendah yang kaya dengan vanadium) yang unik kepada China.
Pra-rawatan Vanadium Slag
Sebelum melebur,sanga vanadiummestilahdibakardengan garam natrium (natrium karbonat atau natrium sulfat) pada 800–900 darjah untuk menukar vanadium oksida kepada natrium vanadat larut air. Produk panggang itu kemudianterlarut larutdengan air panas atau asid cair (asid sulfurik) untuk diekstrakvanadium pentoksida (V₂O₅)atauvanadium trioksida (V₂O₃). inihidrometalurgiklaluan menghasilkan vanadium oksida tulen dengan lebih 98% ketulenan, yang merupakan pendahulu untuk semua proses pengurangan haba. Sebagai alternatif,larut lesap langsungsanga mentah menggunakan asid kuat sedang dibangunkan untuk mengurangkan penggunaan tenaga, walaupun ia menghasilkan jumlah air sisa berasid yang lebih besar.
Tiga Proses Peleburan Utama
(1) Pengurangan Aluminotermik– Ini adalah kaedah yang dominan untuk menghasilkanferrovanadium gred tinggi(FeV80 dan beberapa FeV60). Dalam inieksotermiktindak balas, campuranV₂O₅ , serbuk aluminium(atau butiran),sekerap besi(atau belitan keluli), dankapur(CaO) sebagai fluks dinyalakan dalam apijar kuprum yang disejukkan dengan airatau arelau berlapis refraktori. Tindak balas adalah berterusan:
3V₂O₅ + 10Al → 6V + 5Al₂O₃ (ΔH=–2,500 kJ/mol)
Haba yang dilepaskan meningkatkan suhu melebihi 2,000 darjah, mencairkan kedua-duavanadiumdansanga(terutamanya Al₂O₃). Selepas disejukkan,ferrovanadiumjongkong dipisahkan daripada sanga, dihancurkan, dan bersaiz. Proses ini mencapai akadar pemulihan vanadiumsebanyak 95–97%, tetapi ia menggunakan kira-kira 1.2 tan aluminium bagi setiap tan FeV80, menjadikannya kos-sensitif kepada harga aluminium.Elektro-aluminotermikvarian menggunakan arka elektrik untuk membekalkan haba tambahan, meningkatkan pemulihan kepada 98% dan membenarkan kawalan yang lebih baikkarbondansilikonkekotoran.
(2) Pengurangan Elektro-Silikotermik– Kaedah ini lebih disukai untukFeV50danFeV60pengeluaran kerana ia menggunakan lebih murah75% ferosilikonsebagai yang utamareduktor, ditambah dengan sejumlah kecil aluminium (5–10% daripada jumlah reduktor). Operasi berlaku di arelau arka elektrik asasdengan alapisan magnesia-limau. Caj termasukV₂O₅ , kapur, fluorspar(sebagai fluks), dan reduktor. Proses berjalan dalam dua peringkat: pertama, apengurangantempoh di mana kebanyakan vanadium dikurangkan dan bentuk aloi; kedua, amenapistempoh di mana lebihan silikon teroksida dengan menambahkan lebih banyak V₂O₅ atau bijih besi, melaraskankandungan silikonuntuk memenuhi spesifikasi gred. Thepemulihan vanadiumberkisar antara 90–94%, lebih rendah sedikit daripada aluminotermik, tetapikos pemprosesanadalah 15–20% kurang disebabkan oleh reduktor yang lebih murah. Walau bagaimanapun, yangpenggunaan kuasaadalah tinggi (kira-kira 8,000–10,000 kWj setiap tan aloi), danisipadu sangaadalah lebih besar (sekitar 2 tan setiap tan FeV), yang membawa kepada kos pelupusan sisa yang lebih tinggi.
(3) Pengurangan Karbotermik– Ini menggunakanbahan berkarbon(kok petroleum, antrasit) sebagai agen penurunan dalam relau arka terendam. Ia kurang biasa kerana karbon cenderung untuk larut ke dalam aloi, meningkatkankandungan karbonmelebihi had yang boleh diterima untuk kebanyakan gred keluli. Walau bagaimanapun, untuk menghasilkanFeV50‑C(yang membenarkan sehingga 5% C), laluan ini boleh menjimatkan. Tindak balas berlaku pada 1,600–1,800 darjah:
V₂O₅ + 5C → 2V + 5CO
Tahap karbon yang tinggi mengehadkan penggunaannya, dan prosesnya sering digabungkan denganpenyahkarburan vakumuntuk menghasilkan produk rendah karbon, walaupun dengan kos tambahan.
Teknologi Termaju dan Peningkatan Kualiti
Inovasi terkini memberi tumpuan kepadalebih bersihdanlebih cekappeleburan.Peleburan plasmamenggunakan gas terion untuk mencapai suhu ultra-tinggi ( Lebih daripada atau sama dengan 3,000 darjah ) untuk pengurangan pantas, meningkatkan produktiviti dan mengurangkanperangkap sanga. Penyahgas vakumdigunakan selepas diketuk untuk mengeluarkan gas terlarut (hidrogen, nitrogen) dan kekotoran meruap, menghasilkankekotoran ultra-rendah(jumlah < 200 ppm)ferrovanadium ketulenan tinggiuntuk aplikasi aeroangkasa.Kawalan proses automatiksistem memantau suhu, keasaman sanga, dan kadar suapan reduktan dalam masa nyata, meminimumkanpengasingan komposisidan memastikankeseragamanmerentasi kumpulan. Penyelidikan telah menunjukkan bahawa mengoptimumkanparameter peleburan– seperti nisbah V₂O₅/Al, penambahan kapur dan suhu mengetuk – boleh menolakpemulihan vanadiumkepada lebih 98.5% sambil mengurangkankeamatan tenagasebanyak 10–15%.
Pertimbangan Alam Sekitar
Ketiga-tiga proses menghasilkangas yang sarat dengan habukdansanga pepejal. Tumbuhan moden menggunakanprecipitator elektrostatikdanpenapis beguntuk menangkap zarah halus, manakalapenyental basahmengeluarkan sulfur dioksida. Thesanga yang kaya dengan aluminadaripada pengurangan aluminotermik sering dijual kepada industri simen atau digunakan sebagai bahan refraktori. Usaha kitar semulasanga habisdan memulihkan sisa vanadium semakin giat, sejajar dengan globalekonomi bulatmatlamat.
Kesimpulannya, pilihanlaluan pengeluaranbergantung pada gred sasaran, ketersediaan bahan mentah tempatan dan peraturan alam sekitar. Trend sedang bergerak ke arahproses hibridyang menggabungkan kecekapan pengurangan aluminotermik dengan kelebihan kos laluan silikotermik, sambil merangkumipendigitalandankimia hijauprinsip.