VANADIUMCORP-ELECTROCHEM
PROCESS TECHNOLOGY (VEPT)
***PATENT SOLD
TO VANADIUMCORP***
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disruptive process
VanadiumCorp-Electrochem
Process Technology (VEPT)
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VANADIUMCORP-ELECTROCHEM PROCÉDÉ TECHNOLOGIQUE (VEPT)
***BREVET VENDU
A VANADIUMCORP***
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bilingue sur ce procédé technologique innovant
VanadiumCorp-Electrochem
Procédé Technologique (VEPT)
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"VANADIUMCORP-ELECTROCHEM
PROCESS TECHNOLOGY" (VEPT)
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"VANADIUMCORP-ELECTROCHEM
PROCESS TECHNOLOGY" (VEPT)
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PROCESS
FOR RECOVERING
VANADIUM, IRON AND TITANIUM VALUES FROM VANADIFEROUS FEEDSTOCKS
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PROCÉDÉ DE RÉCUPÉRATION
DU VANADIUM ET DES VALEURS DE FER ET DE TITANE À PARTIR DE
TITANO-MAGNÉTITE
|
OUTLINE
-
BACKGROUND
and CURRENT SITUATION
- CHALLENGES
-
PILOT TESTING
- COMPARISON
WITH ALKALINE ROASTING
-
PERFORMANCES
-
TECHNICAL BENEFITS
- FEEDSTOCKS
and RAW MATERIALS PROCESSABILITY
-
ENVIRONMENTAL
BENEFITS
-
ECONOMIC
BENEFITS
-
INTELLECTUAL
PROPERTY
- PRESS
RELEASES
|
PLAN
-
FONDEMENTS
et SITUATION ACTUELLE
- LES DEFIS
-
ESSAIS PILOTE
- COMPARAISON AVEC
LE GRILLAGE ALCALIN
-
LES PERFORMANCES
-
LES AVANTAGES
TECHNOLOGIQUES
- MATIÈRES
PREMIÈRES QUI PEUVENT ETRE TRAITÉES
-
LES
AVANTAGES
ENVIRONNEMENTAUX
-
LES
AVANTAGES ÉCONOMIQUES
-
LA
PROPRIÉTÉS INTELLECTUELLE
- COUPURES
DE PRESSE
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This
novel chemical process also called the "VanadiumCorp-Electrochem
Process Technology (VEPT)"
addresses the recovery of vanadium, iron,
titanium, and silica values from a plethora of vanadiferous feedstocks
such as vanadiferous titanomagnetite, iron ores and concentrates:
magnetite and hematite, vanadium containing industrial wastes such as
BOF-slags, LD-slags and other industrial by-products also containing
vanadium.
The process consists of digesting the vanadiferous feedstocks
into concentrated sulfuric acid owing to the exothermic sulfation
reaction that allows to operate quasi-autogeneously while producing a
sulfation cake. The dissolution of the sulfation cake after separating
the insoluble solids yields a concentrated pregnant solution.
After reducing electrochemically the pregnant solution, the reduced
pregnant solution is then subjected to the chilling and crystallization
of
crystals of copperas (ferrous sulfate heptahydrate). The process
further comprises
removing titanium by hydrolysis from the iron depleted solution thereby
producing a vanadium-bearing pregnant solution. The further
concentration by evaporation and a sequence of chilling and
crystallization steps yields vanadyle sulfate pentahydrate to be
purified or to be
converted into various vanadium chemicals (AMV,
APV, V2O5) that could be
used as precursors for the
preparation of
vanadium electrolyte (VE) to be used for vanadium redox flow batteries
(VRFB) .
The process was invented by Francois
CARDARELLI
and it is entitled METALLURGICAL
AND CHEMICAL PROCESSES FOR RECOVERING VANADIUM AND IRON VALUES FROM
VANADIFEROUS TITANOMAGNETITE AND VANADIFEROUS FEEDSTOCKS was published
originally under the PCT International Patent Application WO
2018/152628 (A1)
[PDF
file (4.54 MB)] |
Ce
nouveau procédé chimique "VanadiumCorp-Electrochem Processing
Technology (VEPT)" permet
de récupérer les valeurs de vanadium,
de fer, de titane et de silice à partir d’une multitude de matières
vanadifères telles que la titanomagnétite vanadifère, les minerais de
fer et leurs concentrés: comme la magnétite et l'hématite, les déchets
industriels. Le procédé consiste à digérer les matieres vanadifères
dans l'acide sulfurique concentré grâce à la réaction de sulfatation
qui est exothermique et qui permet de fonctionner de manière quasi
autogène tout en produisant un gâteau de sulfatation. La dissolution du
gâteau de sulfatation après séparation des solides insolubles donne une
solution mère concentrée. Après réduction électrochimique de la
solution, la liqueur est ensuite réduite
et
enfin soumise à une réfrigération suivit d'une cristallisation
pour produire des cristaux de copperas (sulfate ferreux heptahydraté)
et produit une solution appauvrie en fer. Le procédé comprend en outre
l'élimination du titane par hydrolyse à partir de la solution appauvrie
en fer, produisant ainsi une solution enrichie en vanadium. La
concentration ultérieure par évaporation, puis une séquence de
refroidissement et de cristallisation donnent le sulfate de vanadyle
qui reste à purifier ou divers produits chimiques dérivés du
vanadium (AMV, APV, V2O5) qui pourront être
utilisés comme précurseurs pour la préparation de l'electrolyte pour
les batteries redox (VRFB).
Le procédé
a été
inventé
par François
CARDARELLI
et porte la dénomination METALLURGICAL
AND CHEMICAL PROCESSES FOR RECOVERING VANADIUM AND IRON VALUES FROM
VANADIFEROUS TITANOMAGNETITE AND VANADIFEROUS FEEDSTOCKS dont l'application
internationale PCT WO
2018/152628 (A1)
[Fichier
PDF (4.5 Mo)] a été
publiée. |
BACKGROUND and CURRENT SITUATION
-
The
extraction of vanadium neglects the recovery
of iron, titanium and silica during soda ash roasting.
-
Only
the former Highveld-Evraz process was
addressing the recovery of iron values as pig iron.
-
Millions
of tonnes of calcine stockpiles
by-produced from soda ash roasting are abandoned without any attempt to
further
processing them.
-
The
conventional process requires the sourcing of
chemicals and raw materials (coal, electrodes, soda ash, and ammonia)
overseas
that impact the production cost significantly.
-
The
conventional process has significant water and
energy consumptions.
-
The
conventional process exhibits a large carbon
foot print due to the combustion taking place inside the rotary kiln
using
natural gas or pulverized coal as fuel.
-
The
Highveld-Evraz approach requires building an
integrated smelter requiring major capital investment.
-
Questionable
profitability leads to the closure of
the largest facilities worldwide (e.g., South Africa).
|
FONDEMENTS et SITUATION ACTUELLE
-
L’extraction du vanadium néglige la récupération du
fer, du titane et de la silice lors du grillage alcalin.
-
Seulement le procédé Highveld-Evraz produisait de
la fonte afin de valoriser le fer et de fournir un acier de haute
qualité.
-
Des quantités énormes de rejets issue du grillage
alcalin sont entreposées sans aucun effort de recyclage.
-
La production de vanadium nécessite
l'approvisionnement outremer en produits et matières premières
(charbon,
électrodes, ammoniac, soude) ce qui influence le coût de production de
manière
importante.
-
Consommations très importantes en eau et en énergie
-
Empreinte carbone significative du à la combustion
de gaz naturel ou charbon pulvérulent dans les fours rotatifs
-
L'approche sidérurgique du procédé Highveld-Evraz
nécessite
la construction d’une fonderie qui requiert des investissements de
capitaux
très importants
-
Profitabilité restreinte ayant entrainé la
fermeture de plusieurs usines à travers le monde comme en République
Sud-Africaine.
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CHALLENGES
-
To extract vanadium while also recovering and monetizing
all the iron, titanium and silica values.
-
To be applicable to a plethora of vanadiferous feedstocks
in order to mitigate the sourcing.
-
To utilize affordable and available chemicals (e.g.,
sulfuric acid).
-
To rely on a nearby source of chemicals and raw material
to reduce transporation costs (e.g., smelters).
-
To limit both water and energy consumptions.
-
To minimize the carbon foot print.
-
To use existing industrial equipment off-the-shelves.
-
To implement a cost affordable and proven technologies.
-
To
allow the seamless vertical integration with ELECTROCHEM TECHNOLOGIES & MATERIALS INC.
patented electrowinning process worldwide.
-
To facilitate a rapid commercial deployment.
-
To become highly profitable after commissioning by
monetizing all metal values.
|
LES DÉFIS
-
Extraire tout le vanadium mais aussi l'ensemble des
valeurs de fer, le titane et de silice.
-
Doit être applicable à de nombreuses autres sources de
vanadium afin de sécuriser l'approvisionnement.
-
Doit reposer sur l’utilisation de produits chimiques peu
dispendieux et disponibles (e.g., acide sulfurique).
-
Accès à une source locale pour ces produits afin de
minimiser l'impact des coûts de transport
(e.g., fonderies).
-
Réduire drastiquement la consommation d’eau et d’énergie.
-
Minimiser l’empreinte carbone.
-
Utiliser des infrastructures et des équipements
industriels existants.
-
Technologie abordable et prouvée.
-
Doit
permettre l’intégration verticale avec la technologie électrochimique
brevetée mondalement d’ÉLECTROCHEM TECHNOLOGIES & MATÉRIAUX INC.
-
Facile et rapide à implémenter commercialement.
-
Doit être très profitable rapidement après le démarrage
tout en valorisant tous les métaux.
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PILOT TESTING
The
pilot testing of the process was performed inside ELECTROCHEM TECHNOLOGIES & MATERIALS INC. own
facilities using
our proprietary equipments and our custom build 15-gallon
(60-liter)
digester vessel with a nameplate processing capacity of 300 kg per
month of titano-magnetite .
-
Prototype and semi-pilot campaigns with magnetite
completed.
-
Recovery of vanadium, copperas, titania and silica.
-
Sulfuric acid consumption close to stoichiometry.
-
Reduced water consumption.
-
Recovery of iron values as pure ferrous sulfate
heptahydrate (copperas).
-
Recovery of vanadium either as vanadyl sulfate, vanadium
chemicals (AMV, APV) or vanadium pentoxide.
-
Benchmarking of other vanadiferous feedstocks (BOF slags,
LD-slags,
industrial residues, by-products).
-
Preliminary
costs and benefit analysis (CAPEX and OPEX) followed by a preliminary
discounted cash flow financial analysis [Net Present Valkue (NPV),
Internal rate of retirn, (IRR), Discounted payback period (DPB)].
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ESSAIS PILOTE
Nous
avons récemment effectué les essais pilotes dans les installations ÉLECTROCHEM TECHNOLOGIES & MATÉRIAUX INC. avec
nos equipement exclusifs et notre digesteur de 60
litres (15-gallons) qui nous permet
d'effectuer toutes les opérations unitaires requises par ce
procédé chimique vert et innovant avec une capacité nominale de
300 kilogrammes par mois.
-
Campagnes prototypes and semi-pilotes sur la magnétite et
autres complétées.
-
Récupération du vanadium, du fer, du titane et de la
silice.
-
Consommation d’acide sulfurique proche de la stœchiométrie.
-
Consommation d’eau réduite au minimum requis.
-
Récupération du fer sous forme de sulfate de fer
heptahydrate (copperas).
-
Récupération du vanadium: sulfate de vanadyle, pentoxyde
de vanadium, et autres produits de vanadium (AMV, APV).
-
Évaluation des autres sources de vanadium (laitiers
sidérurgiques, scories, résidus industriels, sous-produits)..
-
Analyse
technico-économique préliminaire (Investissement en capital, cout
d'exploitation) suivie d'une analyse financière préliminaire
par analyse des flux de trésorerie actualisés [Valeur actuelle nette
(VAN), Taux de rendement interne (TRI), retour sur investissement
(RSI)].
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COMPARISON WITH
ALKALINE ROASTING
ELECTROCHEM TECHNOLOGIES & MATERIALS INC. has also
performed in 2016 well before the VEPT the conventional processing
of vanadium rich feedstocks from various origins including
vanadium-rich
slags, vanadiferous titanomagnetite, and vanadium-rich residues using
the conventional
approach used in the vanadium industry. Electrochem Technologies &
Materials Inc. was selected because
our strong know-how in molten salts and high temperature alkaline
and caustic processing capabilities. The campaign consisted first to
perform the
pyrometallurgical treatment of 25-kg batches of raw materials by
caustic fusion, soda ash
roasting, alkaline roasting and salt roasting using our 12-kW shaft
kiln. The roasted
or sintered material underwent hydrometallurgical operation units such
as
hot alkaline and hot acid leaching using counter current cascade
leaching reactors and
producing 75 liters per batch of pregnant leach solution (PLS).
Afterwards, vanadium was precipitated from the PLS either as
ammonium
metavanadate (AMV) (NH4VO3) or hydrated vanadium
pentoxide (V2O5.250H2O) or ammonium
polyvanadate (APV) [(NH4)2V6O16].
This
campaign was in line with our key expertise developed in-house
over the years by our company
for the metallurgical and chemical processing of metals of
group VB(5) (V, Nb, Ta) and group VIB(6) (Cr, Mo, W). This testwork
allowed us to be able to identify the pitfalls and drawbacks of the
conventioanl processing vs. the new innovative and
disruptive VEPT processing.
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COMPARAISON AVEC LE GRILLAGE
ALCALIN
ÉLECTROCHEM TECHNOLOGIES & MATÉRIAUX INC.a également
effectué en 2016 bien avant le VEPT le traitement conventionnel de
matières premières riches en vanadium d'origines diverses, notamment
les scories et laitiers métallurgiques riches en vanadium, la
titanomagnétite vanadifère et les
résidus riches en vanadium, selon l'approche classique utilisée dans
l'industrie du vanadium. Electrochem Technologies & Matériaux Inc.
a été choisi pour son savoir-faire en matière de sels fondus et ses
capacités de traitement alcalin et caustique à haute température. La
campagne a d'abord consisté à effectuer le traitement pyrométallurgique
de lots de 25 kg de matières premières par fusion caustique, grillage
alcalin, et grillage avec des sels, à l'aide de notre four de 12 kW. Le
matériau grillé ou fritté a été soumis à des opérations
unitaires hydrométallurgique telles que la lixiviation alcaline et
acide, à l’aide de réacteurs de lixiviation en cascade à contre-courant
et produisant 75 litres par lot de solution de lixiviation en
suspension (PLS). Ensuite, le vanadium a été précipité sous forme de
métavanadate d'ammonium (AMV) (NH4VO3) ou de
pentoxyde de vanadium hydraté (V2O5.250H2O)
ou de polyvanadate d'ammonium (APV) [(NH4)2V6O16].
Cette campagne s'inscrivait dans le prolongement de notre savoir-faire
développé au fil des années par notre société pour le traitement
métallurgique et chimique des métaux du groupe VB (5) (V, Nb, Ta) et du
groupe VIB (6) (Cr, M , W). Ce test nous a permis d’identifier les
pièges et les inconvénients du traitement conventionnel par rapport au
nouveau procédé innovant VEPT.
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PERFORMANCES
- LOWER CO2-EMISSIONS(*)
-
NO SIDE
REACTIONS
-
PRODUCTS
- OPTIONAL: PURE GYPSUM (CaSO4.2H2O)
[by-produced when processing calcia-rich BOF-slags and LD-slags]
(*) MOSTLY RELATED TO THE
GENERATION OF UTILITY STEAM
|
LES
PERFORMANCES
- OPTIONEL: GYPSE (CaSO4.2H2O) [sous
produit obtenus avec les laitiers de convertisseurs basiques et
de laitiers de type Linz-Donnavitz]
(*)
ESSETIELEMENT RELIÉ A LA PRODUCTION DE
VAPEUR
|
TECHNICAL BENEFITS
-
Usually 95% of the titano-magnetite goes into solution.
-
It recovers vanadium, copperas, titanium and silica values.
-
It relies on sulfuric acid which is readily available from
nearby smelters especially in the Province of Quebec.
-
The
sulfation reaction of magnetite is exothermic thus it allows a
quasi-autogenous operation without need to provide external heat during
the digestion.
-
The process exhibits both reduced water and energy
consumptions.
- The process is a much lower carbon dioxide emitter than the
conventional salt roasting.
-
It uses digesters, crystallizers, centrifuges that are
existing industrial equipment.
-
The
production of copperas allows the seamless vertical integration with ELECTROCHEM TECHNOLOGIES & MATERIALS INC. exclusive patented iron electrowinning process
for jurisdictions having access to cheap electricity
-
Profitability is ensured because all the metal values are
monetized while targeting a zero discharge approach
|
LES AVANTAGES TECHNOLOGIQUES
-
Couramment 95% de la titano- magnétite passe totalement en
solution.
-
Il permet la récupération des valeurs de vanadium, de fer,
de titane et de silice.
-
Le
procédé repose sur l’utilisation de l’acide sulfurique qui est
largement disponible depuis des fonderies ceci étant particulièrement
le cas au Québec.
-
La
réaction de sulfatation de la magnétite est exothermique et permet
ainsi d’opérer de manière quasi-autogène sans apport d'énergie
extérieure durant la digestion.
-
Les consommations d’eau et d’énergie sans trouve donc
réduites.
- Le
procédé emet moins de dioxyde de carbone que le procédé
conventionnel de grillage.
-
Le
procédé repose sur l’utilisation de digesteurs, de cristallisoirs, de
centrifugeuses qui sont des équipements industriels connus et existants.
-
La
production de copperas permet l’intégration verticale avec la technologie
électrochimique brevetée d’ÉLECTROCHEM TECHNOLOGIES &
MATÉRIAUX INC.
-
La profitabilité est assurée car tous les métaux sont
valorisés et les effluents réduit au stricte minimum.
|
FEEDSTOCKS & RAW
MATERIALS PROCESSABILITY
- For the sake of clarity, it is important to mention that
not all the vanadium feedstocks are
equivalent and some are not necessarily suitable to be processed by the
VEPT.
- The VEPT addresses and
targets mainly iron-rich and low grade vanadium vanadiferous
materials while vanadium-rich raw
materials containing low concentrations of iron and titanium such
as spent catalysts, spent residues from oil refineries or containing
more than 30 wt.% V2O5 are usually better
processed using the conventional alkaline roasting or by the salt
roasting routes.
- Actually, the major limitations are usually the high carbon
content (C), the free alkalinity (Na2O)
and the basicity (CaO, MgO). The first requires a specific
treatment that poses certain
environmental issues while the two later consume irretriviably sulfuric
acid values unless there is a particular economical interest locally
for selling the sodium sulfate dodecahydrate (Glauber's salt), the
gypsum and the magnesium sulfate heptahydrate that are by-produced.
|
MATIÈRES PREMIÈRES QUI
PEUVENT ETRE TRAITÉES
- Par
souci de clarté, il est important de mentionner que toutes les matières
premières à base de vanadium ne sont pas équivalentes et que toutes ne
peuvent pas être traitées par la technologie VEPT.
- Le
VEPT s’adresse principalement aux matières riches en fer et à faible
teneur en vanadium, tandis que les matières premières riches en
vanadium contenant de faibles concentrations de fer et de titane,
telles que les catalyseurs usés, les résidus de raffineries de pétrole
ou contenant plus de 30% en poids de V2O5,
sont généralement mieux traitées par la voie conventionnelle de
grillage alcalin ou salin .
- En effet, les principales limites sont généralement liées à
la teneur élevée en carbone (C), l’alcalinité libre (Na2O)
et la basicité (CaO, MgO). La première nécessite un traitement qui pose
certains problèmes
environnementaux tandis que les deux derniers consomment de manière
irréversible des valeurs d'acide sulfurique, sauf s'il existe un
intérêt économique particulier pour la vente locale de sulfate de
sodium dodécahydraté (sel de Glauber), de gypse et de sulfate de
magnésium heptahydraté qui seront produits.
|
ENVIRONMENTAL
BENEFITS
|
LES
AVANTAGES ENVIRONNEMENTAUX
|
ECONOMIC
BENEFITS
-
COSTS
& BENEFITS
-
LOW
CAPEX & LOW OPEX vs. ROASTER & SMELTERS
- LOW
CAPITAL INTENSITY (CAPEX per unit mass of production capacity)
-
HIGH
PROFITABILITY FOR TARGETED JURUSDICTIONS (Canada, Scandinavia, India,
RSA)
-
COMMERCIAL
DEPLOYMENT
-
COMPETITIVE
ADVANTAGE FROM ELECTROCHEM
|
LES
AVANTAGES ÉCONOMIQUES
-
COUTS
ET
BÉNÉFICES
-
FAIBLE
INVESTISSEMENT EN CAPITAL ET FAIBLE COUTS D'EXPLOITATION
- FAIBLE
CAPITAL SPECIFIQUE (CAPEX par unite de masse de capacite nominale)
-
PROFITABILITÉ
ÉLEVÉE POUR DES LOCALISATIONS CIBLÉS (Canada, Scandinavie, Inde, RSA)
-
DÉPLOYEMENT
COMMERCIAL
-
AVANTAGES
COMPÉTITIFS OFFERT PAR ELECTROCHEM
|
INTELLECTUAL
PROPERTY (IP)
***PATENT
SOLD TO VANADIUMCORP***
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LA
PROPRIÉTÉ INTELLECTUELLE
***BREVET
VENDU A VANADIUMCORP***
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PRESS RELEASES
|
COUPURES
DE PRESSE
|
Français
