Výroba zliatiny železa a vanádu: Od vanádiovej rudy po ferovanádium

Čo je zliatina železa a vanádu

Ferrovanádium, tiež písané ako zliatina železa a vanádu, je predzliatina železa a vanádu, ktorá sa vkladá do roztavenej ocele a liatiny, aby sa dosiahol cieľový obsah vanádu. Obchoduje sa s obsahom vanádu, najčastejšie ako FeV50 a FeV80, pričom zvyšok tvorí železo plus kontrolované množstvá hliníka, kremíka, uhlíka, fosforu a síry. Vanád je silný tvorca karbidu a nitridu, takže aj malé prísady zjemňujú veľkosť zrna, zvyšujú kaliteľnosť a zlepšujú pevnosť, húževnatosť a opotrebenie hotového dielu.

Zliatina sa nikdy neťaží priamo. Je to posledný článok v reťazci, ktorý začína surovinami-obsahujúcimi vanád, prechádza cez oxid vanadičný a končí redukčným krokom vykonaným v prítomnosti železa.

Vanádové suroviny a ich obsah vanádu

Vanád nie je geologicky vzácny, s priemernou abundanciou v kôre približne 135 ppm, ale len zriedkavo tvorí vlastné spracovateľné ložiská. Vysokokvalitné žilové ložisko v Minas Ragra v Peru je už dávno vyčerpané, takže takmer všetok vanád sa dnes získava ako vedľajší-produkt alebo vedľajší{4}}produkt. Hlavné suroviny a ich typické hladiny vanádu sú uvedené nižšie.

Surovina	Typický obsah vanádu	Komentujte
Vanádový-magnetitový koncentrát	V2O5 0.4-1.4%	Dominantný svetový zdroj
uránová-vanádová ruda	V2O5 1.5-2.0%	Regenerované spolu s uránom
Popolček z ropy a kotlová troska	V2O5 20-40%	Vysoká kvalita, obmedzený objem
Fosforečnanová hornina-s vanádiom	V 3-6%	Vedľajší{0}produkt ťažby fosfátov
Použité vanádové katalyzátory	V2O5 5-15%	Recyklovaný priemyselný prúd
Zvyšky z výroby oxidu hlinitého	V2O5 0.2-1.5%	Zotavovanie sa stále vyvíja

Okrem popolčeka a použitého katalyzátora tieto materiály nesú vanád v nízkej koncentrácii, a preto je bežným prvým krokom hydrometalurgická úprava namiesto jednoduchého tavenia.

Prvý krok: Extrakcia oxidu vanadičného

Štandardnou schémou je praženie soli, po ktorom nasleduje lúhovanie. Mleté krmivo sa zmieša s chloridom sodným alebo uhličitanom sodným a praží sa pri 750-850 C, pričom sa vanád premení na vo vode rozpustný vanadičnan sodný. Kalcín sa vylúhuje vodou alebo zriedenou kyselinou, prečistí sa gravidný lúh, aby sa odstránil oxid kremičitý, fosfor a železo, a vyzráža sa metavanadičnan amónny alebo vanadičnan sodný. Kalcináciou alebo fúziou tejto zrazeniny sa získajú vločky oxidu vanadičného, ​​typicky 98 % V2O5 alebo viac pre technické kvality a viac ako 99 % pre chemické kvality.

Vanád-titánový magnetit sa riadi hybridnou cestou. Koncentrát sa taví vo vysokej peci alebo priamo redukuje na výrobu horúceho kovu s vanádom{2}}, ktorý sa potom fúka v konvertore, čím sa získa troska bohatá na vanád, ktorá obsahuje približne 12-20 % V2O5. Táto troska sa stáva krmivom pre ten istý vlak praženia a lúhovania. Z koncentrátu vanádium-titánového magnetitu sa touto cestou získava približne 90 % svetovej produkcie vanádu, a preto má zloženie trosky taký silný vplyv na ekonomiku celého reťazca.

Druhý krok: Redukcia oxidu vanadičného na ferovanádium

Aluminotermická redukcia.Oxid vanadičný sa zmieša s hliníkovými granulami a tavivom a vloží sa do žiaruvzdorného-reaktora. Reakcia je silne exotermická a samoudržiavacia-, takže nie je potrebná žiadna externá energia. Hliník obsahuje veľmi málo uhlíka, vďaka čomu je táto cesta štandardnou voľbou pre nízkouhlíkové FeV80 a bežnou voľbou aj pre FeV50.

Silikotermická redukcia.Ferosilícium nahrádza časť alebo celý hliník ako redukčné činidlo, čím sa znižujú náklady, ale v zliatine zostáva viac kremíka. Teplo je dodávané elektrickou pecou a teplo sa potom zvyčajne rafinuje, aby sa kremík a uhlík dostali späť do špecifikácie pred odlievaním.

Redukcia uhlíka v elektrickej peci.Uhlík je najlacnejším redukčným činidlom, ale obsah uhlíka v zliatine sa zodpovedajúcim spôsobom zvyšuje, takže táto cesta je obmedzená na aplikácie, kde je prijateľná vyššia hladina uhlíka.

Bez ohľadu na zvolenú cestu sa tavenina musí držať dostatočne dlho, aby sa troska a kov mohli čisto oddeliť. Zásaditosť trosky, teplota odpichu a doba zdržania sú premenné, ktoré najsilnejšie kontrolujú získavanie vanádu, a sú tiež dôvodom, prečo dvaja dodávatelia môžu uvádzať veľmi odlišné výnosy z podobného krmiva.

Špecifikácie a dodacie formuláre

V Číne sú druhy ferovanádu definované v GB/T 4139. Reprezentatívna špecifikácia pre dva bežné druhy je uvedená nižšie; iné akosti a prísnejšie limity sú dodávané po dohode.

stupňa	V	Si max	Al max	C max	P max	S max
FeV50	48.0-52.0%	2.0%	2.0%	0.60%	0.08%	0.05%
FeV80	78.0-82.0%	1.5%	1.5%	0.15%	0.05%	0.05%

Ferovanádium sa dodáva hlavne ako kusové v rozsahu 10-100 mm. Granule a prášok sa vyrábajú aj na vstrekovanie jadrového drôtu a na práškovú metalurgiu, kde úzka distribúcia veľkosti častíc poskytuje predvídateľnejšie rozpúšťanie. Hrudka je balená v oceľových sudoch alebo veľkých vreciach s deklarovanou čistou hmotnosťou a ku každej dávke je bežne priložený certifikát o analýze zahŕňajúci vanád, hliník, kremík, uhlík, fosfor a síru.

Prečo je proces pre oceliarov dôležitý

Zotavenie panvy závisí od toho, ako bola zliatina vyrobená. Ferovanádium s nízkym obsahom hliníka a kremíka sa rýchlo rozpúšťa aj pri mierne miešaných teplotách, takže regenerácia zostáva konzistentná a zostáva menej inklúzií bohatých na vanád-. Kontrolovaná veľkosť častíc zabraňuje oxidácii jemných častíc pri vstupe do kúpeľa. Prídavky vanádu v množstve 0,05-0,15 % sú typické pre HSLA plechy a pásy, výkovky a nástroje, koľajnicové a kolesové ocele a mikro-legovanú výstuž a rovnaká zliatina sa používa na zvýšenie pevnosti odliatkov z tvárnej liatiny s ťažkými prierezmi.

Často kladené otázky

Otázka: Aký je rozdiel medzi FeV50 a FeV80?
Líšia sa obsahom vanádu, približne 50 % a približne 80 %. FeV80 nesie menej železa a trosky na jednotku vanádu, takže náklady na dopravu a manipuláciu na kilogram vanádu sú nižšie, zatiaľ čo FeV50 sa často ľahšie rozpúšťa pri malých teplotách.

Otázka: Ktorá cesta redukcie poskytuje najnižší obsah uhlíka?
Aluminotermická redukcia. Pretože hliník nepridáva takmer žiadny uhlík, je to obvyklá cesta pre nízkouhlíkové-feV80 a pre triedy, kde uhlík musí zostať veľmi nízky.

Otázka: Prečo je oxid vanadičný medzistupňom?
Vanád vstupuje do výroby ocele ako oxid pentoxid, pretože oxid sa ľahko vylúhuje, čistí a skladuje a pretože jeho kyslík sa pri konečnej redukcii čisto odstraňuje hliníkom alebo kremíkom.

Otázka: Koľko vanádu sa bežne pridáva do ocele?
Väčšina mikro-legovaných ocelí má 0,05{2}}0,15 % V, zatiaľ čo nástrojové ocele, rýchlorezné ocele a niektoré koľajnicové ocele môžu uniesť podstatne viac v závislosti od požadovanej kaliteľnosti a odolnosti proti opotrebovaniu.

Otázka: Aké formy ferovanádu sú k dispozícii?
Štandardná je hrudka 10-100 mm, s granulami a jemným práškom dodávaným pre vstrekovanie trubičkového drôtu, práškovú metalurgiu a miešanie, všetko balené v sudoch alebo big bagoch.

Otázka: Ako sa overuje obsah vanádu v zásielke?
Odoberaním vzoriek z každej šarže a jej analýzou titračnými alebo inštrumentálnymi metódami, potom vydaním certifikátu o analýze, ktorý uvádza vanád spolu s hliníkom, kremíkom, uhlíkom, fosforom a sírou.