の製造フェロバナジウムコンプレックスです冶金プロセスそれは抽出から始まりますバナジウム一次鉱石または二次資源から。最も重要なこと原材料はバナジウムチタンマグネタイト (VTM)、の一種鉄鉱石中国（潘渓地域）、ロシア（カチカナール）、南アフリカ、米国の大規模な鉱床で発見されています。 VTM には通常、チタンと鉄とともに 0.3 ～ 1.5% の V₂O₅ が含まれています。採掘後、鉱石は次のような処理を受けます。受益（粉砕、粉砕、磁気分離）集中それは次に精錬されます高炉生産するバナジウム含有銑鉄。製鋼中、バナジウムは酸化されて内部に移動します。バナジウムスラグ– 8 ～ 20% の V₂O₅ を含む副産物 – ほとんどの製品の主原料として機能します。フェロバナジウム世界中の植物。他の情報源には以下が含まれます：使用済み触媒石油化学産業から、フライアッシュ発電所から、そして石炭中国特有のバナジウムを豊富に含む低品位の炭素質頁岩。
バナジウムスラグの前処理
精錬する前に、バナジウムスラグでなければなりませんローストした800 ～ 900 度でナトリウム塩 (炭酸ナトリウムまたは硫酸ナトリウム) と反応させ、酸化バナジウムを水溶性バナジン酸ナトリウムに変換します。焙煎した製品はこうなります浸出した熱水または希酸（硫酸）で抽出します。五酸化バナジウム (V₂O₅)または三酸化バナジウム (V₂O₃)。これ湿式冶金このルートでは、すべての熱還元プロセスの前駆体である純度 98% 以上の精製酸化バナジウムが得られます。あるいは、直接浸出エネルギー消費量を削減するために、強酸を使用した生スラグの開発が進められていますが、大量の酸性廃水が発生します。
3つの主要な製錬プロセス
(1) アルミノサーミック還元– これが主流の製造方法です高品位フェロバナジウム(FeV80 および一部の FeV60)。この中で発熱性の反応、の混合物V₂O₅ , アルミニウム粉末(または顆粒)、鉄スクラップ(または鋼旋削加工)、およびライム(CaO) をフラックスとして点火します。水冷銅るつぼまたは耐火物内張り炉。反応は自己持続的です。
3V₂O₅ + 10Al → 6V + 5Al₂O₃ (ΔH=–2,500 kJ/mol)
放出された熱は温度を2,000度以上に上昇させ、両方を溶かします。バナジウムそしてスラグ(主にAl₂O₃)。冷却後、フェロバナジウムインゴットはスラグから分離され、粉砕され、サイジングされます。このプロセスにより、バナジウム回収率ただし、FeV80 1 トンあたり約 1.2 トンのアルミニウムを消費するため、コストはアルミニウム価格の影響を受けやすくなります。電気アルミ熱バリアントでは、電気アークを使用して追加の熱を供給し、回復率を 98% に向上させ、より適切な制御を可能にします。炭素そしてシリコン不純物。
(2) 電珪熱還元– この方法は次の場合に推奨されますFeV50そしてFeV60安価に使用できるため生産75% フェロシリコンプライマリとして還元剤、少量のアルミニウム（総還元剤の 5 ～ 10%）が添加されています。操作は次の場所で行われます。基本的な電気炉とマグネシア石灰の内張り。料金には以下が含まれますV₂O₅ , ライム, 蛍石（フラックスとして）および還元剤。このプロセスは 2 つの段階で進行します。削減バナジウムの大部分が還元され、合金が形成される期間。 2番目、精製V₂O₅ または鉄鉱石を追加して、最終的な調整を行うことで、過剰なシリコンを酸化する期間シリコン含有量グレードの仕様を満たすために。のバナジウムの回収90 ～ 94% の範囲で、アルミノサーミックよりわずかに低いですが、処理コスト安価な還元剤により、15 ～ 20% 減少します。ただし、消費電力高い（合金 1 トンあたり約 8,000 ～ 10,000 kWh）、スラグ量より大きい（FeV 1 トンあたり約 2 トン）ため、廃棄物処理コストが高くなります。
(3) 炭素熱還元– これは炭素質材料(石油コークス、無煙炭) をサブマージアーク炉の還元剤として使用します。炭素が合金に溶解しやすく、炭素含有量ほとんどの鋼種の許容限度を超えています。とはいえ、制作にあたっては、FeV50‑C(最大 5% C が許容されます)、このルートは経済的です。反応は 1,600 ～ 1,800 度で起こります。
V₂O₅ + 5C → 2V + 5CO
炭素レベルが高いためその用途は制限されており、このプロセスは多くの場合、真空脱炭追加コストがかかりますが、低炭素製品を生産します。
先進技術と品質向上
最近のイノベーションは以下に焦点を当てていますクリーナーそしてより効率的な製錬。プラズマ製錬イオン化ガスを使用して超高温（3,000度以上）を実現し、迅速な還元を実現し、生産性を向上させ、コストを削減します。スラグの捕捉. 真空脱泡タッピング後に塗布して溶存ガス（水素、窒素）や揮発性不純物を除去し、超低不純物(合計 < 200 ppm)高純度フェロバナジウム航空宇宙用途向け。自動化されたプロセス制御システムは温度、スラグの塩基度、還元剤の供給量をリアルタイムで監視し、組成分離そして確保する均一バッチ間で。研究によると、最適化すると、製錬パラメータ– V₂O₅/Al 比、石灰の添加、出湯温度など – は、バナジウムの回収を削減しながら98.5%以上に向上エネルギー強度10 ～ 15% 増加します。
環境への配慮
3 つのプロセスすべてで生成されるのは、粉塵を含んだ排ガスそして固形スラグ。現代の工場では電気集塵機そしてバッグフィルター微粒子を捕捉しながら、ウェットスクラバー二酸化硫黄を除去します。のアルミナリッチなスラグアルミノサーミック還元から得られる生成物は、多くの場合、セメント産業に販売されるか、耐火材料として使用されます。リサイクルへの取り組み使用済みスラグ残存バナジウムの回収と回収は、世界的な水準に合わせて強化されています。循環経済目標。
結論から言うと、選ぶのは、生産ルート対象グレード、現地の原材料の入手可能性、および環境規制によって異なります。トレンドは次のような方向に向かっていますハイブリッドプロセスこれは、アルミノサーミック還元の効率とシリコンサーミックルートのコスト利点を組み合わせたものであり、デジタル化そしてグリーンケミストリー原則。