का विनिर्माणफेरोवानेडियमएक जटिल हैधातुकर्म प्रक्रियाजिसकी शुरुआत इसके निष्कर्षण से होती हैवैनेडियमप्राथमिक अयस्कों या द्वितीयक संसाधनों से। सबसे महत्वपूर्णकच्चा मालहैवैनेडियम-टाइटेनियम मैग्नेटाइट (वीटीएम), एक प्रकार कालौह अयस्कचीन (पान्क्सी क्षेत्र), रूस (कचकनार), दक्षिण अफ्रीका और संयुक्त राज्य अमेरिका में बड़े भंडार में पाया जाता है। वीटीएम में आमतौर पर टाइटेनियम और आयरन के साथ 0.3-1.5% V₂O₅ होता है। खनन के बाद, अयस्क गुजरता हैलाभकारी(कुचलना, पीसना, चुंबकीय पृथक्करण) उत्पन्न करनाध्यान केंद्रित करनाजिसे फिर गलाकर तैयार किया जाता हैवात भट्टीउत्पन्न करनावैनेडियम-युक्त पिग आयरन. इस्पात निर्माण के दौरान, वैनेडियम को ऑक्सीकरण किया जाता है और इसमें स्थानांतरित किया जाता हैवैनेडियम स्लैग- एक उपोत्पाद जिसमें 8-20% V₂O₅ होता है - जो अधिकांश के लिए प्राथमिक फीडस्टॉक के रूप में कार्य करता हैफेरोवानेडियमदुनिया भर में पौधे। अन्य स्रोतों में शामिल हैंखर्च किए गए उत्प्रेरकपेट्रोकेमिकल उद्योग से,फ्लाई ऐशबिजली संयंत्रों से, औरपत्थर कोयला(वैनेडियम से भरपूर निम्न श्रेणी का कार्बोनेसियस शेल) जो चीन के लिए अद्वितीय है।
वैनेडियम स्लैग का पूर्व-उपचार
गलाने से पहले,वैनेडियम स्लैगहोना ही चाहिएभुना हुआवैनेडियम ऑक्साइड को पानी में घुलनशील सोडियम वैनाडेट में परिवर्तित करने के लिए 800-900 डिग्री पर सोडियम लवण (सोडियम कार्बोनेट या सोडियम सल्फेट) के साथ। भुना हुआ उत्पाद तो हैनिक्षालननिकालने के लिए गर्म पानी या पतला एसिड (सल्फ्यूरिक एसिड) के साथवैनेडियम पेंटोक्साइड (V₂O₅)यावैनेडियम ट्राइऑक्साइड (V₂O₃). यहhydrometallurgicalमार्ग 98% से अधिक शुद्धता के साथ शुद्ध वैनेडियम ऑक्साइड उत्पन्न करता है, जो सभी थर्मल कटौती प्रक्रियाओं के लिए अग्रदूत है। वैकल्पिक रूप से,प्रत्यक्ष निक्षालनऊर्जा की खपत को कम करने के लिए मजबूत एसिड का उपयोग करके कच्चे स्लैग का विकास किया जा रहा है, हालांकि यह बड़ी मात्रा में अम्लीय अपशिष्ट जल उत्पन्न करता है।
गलाने की तीन मुख्य प्रक्रियाएँ
(1) एल्युमिनोथर्मिक रिडक्शन- यह उत्पादन की प्रमुख विधि हैउच्च ग्रेड फेरोवैनेडियम(FeV80 और कुछ FeV60)। इस मेंएक्ज़ोथिर्मिकप्रतिक्रिया, का मिश्रणV₂O₅ , एल्यूमीनियम पाउडर(या कणिकाएँ),लोहे का स्क्रैप(या स्टील टर्निंग), औरनींबू(CaO) को फ्लक्स के रूप में प्रज्वलित किया जाता हैपानी से ठंडा किया गया तांबा क्रूसिबलया एदुर्दम्य-रेखांकित भट्ठी. प्रतिक्रिया आत्मनिर्भर है:
3V₂O₅ + 10Al → 6V + 5Al₂O₃ (ΔH=-2,500 kJ/mol)
निकलने वाली गर्मी तापमान को 2,000 डिग्री से ऊपर बढ़ा देती है, जिससे दोनों पिघल जाते हैंवैनेडियमऔर यहलावा(मुख्यतः Al₂O₃). ठंडा होने के बादफेरोवानेडियमपिंड को स्लैग से अलग किया जाता है, कुचला जाता है और आकार दिया जाता है। यह प्रक्रिया एक उपलब्धि हासिल करती हैवैनेडियम पुनर्प्राप्ति दर95-97% का, लेकिन यह प्रति टन FeV80 में लगभग 1.2 टन एल्युमीनियम की खपत करता है, जो इसे एल्युमीनियम की कीमतों के प्रति लागत-संवेदनशील बनाता है।इलेक्ट्रो-एल्युमिनोथर्मिकवेरिएंट अतिरिक्त गर्मी की आपूर्ति के लिए एक इलेक्ट्रिक आर्क का उपयोग करते हैं, जिससे 98% तक रिकवरी में सुधार होता है और बेहतर नियंत्रण की अनुमति मिलती हैकार्बनऔरसिलिकॉनअशुद्धियाँ
(2) इलेक्ट्रो-सिलिकोथर्मिक रिडक्शन- इस विधि को प्राथमिकता दी जाती हैFeV50औरFeV60उत्पादन क्योंकि यह सस्ता उपयोग करता है75% फेरोसिलिकॉनप्राथमिक के रूप मेंकम करने, एल्यूमीनियम की एक छोटी मात्रा (कुल रिडक्टेंट का 5-10%) द्वारा पूरक। ऑपरेशन एक में होता हैबुनियादी इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेसके साथमैग्नेशिया-चूने का अस्तर. आरोप में शामिल हैV₂O₅ , नींबू, एक प्रकार का धात्विया(फ्लक्स के रूप में), और रिडक्टेंट। यह प्रक्रिया दो चरणों में आगे बढ़ती है: पहला, एकमीवह अवधि जहां अधिकांश वैनेडियम कम हो जाता है और मिश्र धातु बनती है; दूसरा, एपरिष्कृतवह अवधि जहां अतिरिक्त सिलिकॉन को अधिक V₂O₅ या लौह अयस्क जोड़कर ऑक्सीकरण किया जाता है, अंतिम समायोजन किया जाता हैसिलिकॉन सामग्रीग्रेड विनिर्देशों को पूरा करने के लिए।वैनेडियम पुनर्प्राप्ति90-94% के बीच होता है, जो एल्यूमिनोथर्मिक से थोड़ा कम है, लेकिनप्रसंस्करण लागतसस्ते रिडक्टेंट्स के कारण 15-20% कम है। हालाँकि,बिजली की खपतउच्च है (लगभग 8,000-10,000 kWh प्रति टन मिश्र धातु), औरलावा की मात्राबड़ा है (लगभग 2 टन प्रति टन FeV), जिससे अपशिष्ट निपटान लागत अधिक हो जाती है।
(3) कार्बोथर्मिक न्यूनीकरण– यह उपयोग करता हैकार्बनयुक्त पदार्थ(पेट्रोलियम कोक, एन्थ्रेसाइट) एक जलमग्न-आर्क भट्ठी में कम करने वाले एजेंट के रूप में। यह कम आम है क्योंकि कार्बन मिश्रधातु में घुल जाता है और बढ़ जाता हैकार्बन सामग्रीअधिकांश स्टील ग्रेडों के लिए स्वीकार्य सीमा से ऊपर। बहरहाल, उत्पादन के लिएFeV50‑C(जो 5% C तक की अनुमति देता है), यह मार्ग किफायती हो सकता है। प्रतिक्रिया 1,600-1,800 डिग्री पर होती है:
V₂O₅ + 5C → 2V + 5CO
उच्च कार्बन स्तर इसके अनुप्रयोग को सीमित करता है, और प्रक्रिया को अक्सर इसके साथ जोड़ दिया जाता हैवैक्यूम डीकार्बराइजेशनअतिरिक्त लागत पर, कम कार्बन वाले उत्पादों का उत्पादन करना।
उन्नत प्रौद्योगिकियाँ और गुणवत्ता सुधार
हाल के नवाचारों पर ध्यान केंद्रित किया गया हैक्लीनरऔरअधिक कुशलगलाना.प्लाज्मा गलानातेजी से कमी, उत्पादकता में सुधार और कमी के लिए अल्ट्रा-उच्च तापमान (3,000 डिग्री से अधिक या उसके बराबर) प्राप्त करने के लिए आयनित गैस का उपयोग करता हैलावा फँसाना. वैक्यूम डीगैसिंगइसे टैप करने के बाद विघटित गैसों (हाइड्रोजन, नाइट्रोजन) और वाष्पशील अशुद्धियों को हटाने के लिए लगाया जाता है, जिससे उत्पादन होता हैअति-निम्न अशुद्धता(कुल <200 पीपीएम)उच्च शुद्धता फेरोवानेडियमएयरोस्पेस अनुप्रयोगों के लिए.स्वचालित प्रक्रिया नियंत्रणसिस्टम वास्तविक समय में तापमान, स्लैग बेसिकिटी और रिडक्टेंट फ़ीड दरों की निगरानी करते हैं, न्यूनतम करते हैंरचना पृथक्करणऔर सुनिश्चित करनाएकरूपताबैचों में. शोध से पता चला है कि अनुकूलनगलाने के पैरामीटर- जैसे कि V₂O₅/Al अनुपात, चूना मिलाना, और दोहन तापमान - दबाव डाल सकता हैवैनेडियम पुनर्प्राप्तिको कम करते हुए 98.5% से अधिकऊर्जा घनत्व10-15% तक।
पर्यावरण संबंधी विचार
तीनों प्रक्रियाएं उत्पादन करती हैंधूल से भरी हुई गैसेंऔरठोस धातुमल. आधुनिक पौधे रोजगार देते हैंइलेक्ट्रोस्टैटिक प्रीसिपिटेटर्सऔरबैग फिल्टरजबकि, सूक्ष्म कणों को पकड़ने के लिएगीले स्क्रबरसल्फर डाइऑक्साइड निकालें.एल्युमिना-रिच स्लैगएल्यूमिनोथर्मिक रिडक्शन को अक्सर सीमेंट उद्योग को बेचा जाता है या दुर्दम्य सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है। रीसाइक्लिंग के प्रयासखर्च किया हुआ स्लैगऔर अवशिष्ट वैनेडियम की पुनर्प्राप्ति तीव्र हो रही है, वैश्विक के साथ संरेखित हो रही हैचक्रीय अर्थव्यवस्थालक्ष्य।
निष्कर्षतः, का चुनावउत्पादन मार्गलक्ष्य ग्रेड, स्थानीय कच्चे माल की उपलब्धता और पर्यावरण नियमों पर निर्भर करता है। की ओर रुझान बढ़ रहा हैसंकर प्रक्रियाएँजो आलिंगन करते समय सिलिकोथर्मिक मार्गों के लागत लाभ के साथ एल्यूमिनोथर्मिक कमी की दक्षता को जोड़ती हैडिजिटलीकरणऔरहरा रसायनसिद्धांत.