Attrezzatura principale per la produzione di ferrovanadio: forno elettrico ad arco.
Processo per la produzione del ferrovanadio: Riduzione silicotermica.
La reazione chimica nel forno elettrico ad arco è:
2/5V2O5(l)+Si=4/5V+SiO2 (Si)=-326840+46.89T (J/mol)
V2O5(l)+Si=V2O3+SiO2 (Si)=-1150300+259.57T (J/mol)
2V2O3+3Si=4V+3SiO2 (Si)=-103866.7+17.17T (J/mol)
2VO+Si=2V+SiO2 (Si)=-56400+15.44T (J/mol)
La variazione dell'energia libera dell'ossido di vanadio bassovalente ridotto con silicio ad alte temperature è positiva quando il silicio viene ridotto termicamente, indicando che la riduzione dell'ossido di vanadio bassovalente con silicio in un mezzo acido non è possibile . Quando si riducono gli ossidi di vanadio con il silicio, la reazione procede lentamente e in modo incompleto a causa del calore insufficiente ed è necessario aggiungere una fonte di calore esterna per accelerare la reazione. Il metodo silicotermico generale per la fusione del ferrovanadio prevede la fusione di fogli fusi V2O5 in ferrovanadio con ferrosilicio in un forno elettrico ad arco in ferrolega.
Inoltre, questi ossidi reagiscono con la silice per produrre silicato di vanadio, ed è più difficile ridurre il vanadio dal silicato di vanadio. Pertanto il forno venne caricato con calce, per i seguenti motivi:
① reagisce con il biossido di silicio in modo che SiO2 e CaO generino silicato di calcio stabile, per prevenire la generazione di silicato di vanadio.
② Ridurre il punto di fusione e la viscosità delle scorie, migliorare le prestazioni delle scorie e rafforzare le condizioni di fusione.
③In presenza di ossido di calcio, aumenta l'alcalinità delle scorie, e migliora le condizioni termodinamiche di riduzione, rendendo più probabile la reazione termica. La reazione è:
2/5V2O5(l)+Si+CaO=4/5V+CaO.SiO2 (Si)=-419340+49.398T (J/mol)
2/5V2O5(l)+Si+2CaO=4/5V+2CaO SiO2 (Si)=-445640+35.588T (J/mol)
2/3V2O3+Si+2CaO=4/3V+2CaO-SiO2 (Si)=-341466.67-5.43T (J/mol )
La capacità del silicio di ridurre gli ossidi di vanadio a bassa valenza non è buona quanto il carbonio alle alte temperature e, per evitare l'aggiunta di carbonio, il silicio viene utilizzato come agente riducente nelle prime fasi di riduzione e l'alluminio nelle fasi successive della produzione.
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