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Il y a près de 200 ans, le Suédois Nils Gabriel Sefström a découvert un nouvel élément. Inspiré par la splendeur des couleurs de ses composés chimiques, il l’a appelé « vanadium », du nom de la déesse scandinave de la beauté, Vanadís (Freyja). Aujourd’hui, les composés de vanadium les plus purs au monde sont produits à l’échelle industrielle par la société U.S. Vanadium. Les vannes à glissières de Schubert & Salzer permettent ici d’atteindre et de maintenir la température optimale du processus.

La société U.S. Vanadium, basée dans l’Arkansas, aux États-Unis, est l’un des leaders de la production de composés de vanadium. L’acier allié au vanadium est utilisé pour les ponts, les bâtiments, les pièces automobiles, les navires, les pipelines, dans l’aéronautique et l’aérospatiale, ainsi que dans bien d’autres secteurs d’activités. La construction légère ainsi rendue possible peut contribuer de manière importante à rendre ces secteurs d’activités plus efficaces et plus économes en ressources.

Mais la société U.S. Vanadium est connue avant tout pour les composés qu’elle produit, à savoir le pentoxyde de vanadium (V2O5) et le trioxyde de vanadium (V2O3). Pour la production de ces deux substances, la société atteint, selon ses propres dires, le degré de pureté le plus élevé au monde. Ces composés ultrapurs sont utilisés pour des applications spéciales, telles que, par exemple, les colorants, les alliages spéciaux, ou encore comme catalyseurs pour la production d’acide sulfurique. C’est surtout la transition énergétique qui alimente la demande, car les oxydes de vanadium d’une extrême pureté sont des composants de base déterminants pour le bon fonctionnement des batteries à flux redox vanadium, qui permettent de stocker de l’énergie à grande échelle de manière durable et économe en ressources. En effet, les batteries à flux redox vanadium sont quasiment modulables à l’infini pour assurer le stockage d’énergie et, avec 15 000 à 20 000 cycles de charge et de décharge, elles ont une durée de vie élevée.

La production d’oxydes de vanadium est un travail de précision

Un grand nombre de déchets industriels, tels que, par exemple, les scories issues de l’industrie sidérurgique, servent de matière première pour la production d’oxydes de vanadium. Ceux-ci sont finement broyés et oxydés avec des sels de sodium, ce qui donne des composés de sodium et de vanadium solubles dans l’eau. Pour les extraire des scories avec une efficacité maximale, la suspension est chauffée à exactement 95 °C.

Par le passé, des variations de température survenaient régulièrement lors de ce processus continu. En raison de l’alimentation permanente et fluctuante des quantités de matériaux entrant dans le processus, il est difficile d’atteindre et maintenir avec précision la température optimale de la suspension de 95 °C. Afin de résoudre ce problème et d’accroître l’efficacité, la société U.S. Vanadium a testé au cœur du processus l’une des premières vannes à glissières à brides de type 8621 de Schubert & Salzer fabriquées aux États-Unis.

Ce fut un grand succès : « La mise en service de la vanne n’aurait pas pu être plus simple. Le positionneur est à réglage automatique. Dès que les raccordements pour l’arrivée d’air et l’alimentation électrique ont été effectués, il ne reste plus qu’à lancer le réglage automatique. Grâce à la structure à glissières de la vanne, l’installation devient un véritable jeu d’enfant, car il suffit d’un petit actionneur pour commander la vanne, ce qui rend l’ensemble plus compact », explique Ben Davis, ingénieur de processus et chef de projet au sein de la société U.S. Vanadium.

Vannes à glissière : meilleur contrôle des processus, implémentation extrêmement simple, efficacité accrue

La raison en est le principe physique de base, sur lequel reposent les vannes à glissières : deux disques fendus, disposés perpendiculairement au sens d’écoulement, sont glissés l’un sur l’autre. L’actionneur doit simplement surmonter le frottement dynamique entre les deux disques sur une course de vanne de 6 à 9 mm. La force de positionnement nécessaire est ainsi jusqu’à 90 pour cent inférieure à celle des autres types de vannes ; c’est la raison pour laquelle il est possible d’utiliser des actionneurs beaucoup plus petits. Malgré leur longueur de montage identique, les vannes à glissières de type 8621 sont donc plus compactes et plus faciles à manipuler que les vannes à siège conique comparables.

« La taille réduite de l’actionneur est également un avantage en terme de coûts énergétiques. La course plus courte et la force moindre requise pour couper et réguler la vanne nécessitent moins d’air », explique Davis. « Nous avons installé cette vanne dans une conduite de vapeur, qui est utilisée pour chauffer la suspension dans un réservoir de 50 000 gallons [quelque 190 000 litres], dans lequel nous extrayons le vanadium. Il s’agit là d’un processus continu, au cours duquel 100 à 140 gallons [environ 400 à 550 litres] de suspension froide sont ajoutés et retirés en quantité identique chaque minute. La suspension dans le réservoir est maintenue à une température de 95 °C. »

Très rapidement, il est apparu clairement que le remplacement de la vanne de régulation à siège auparavant installée par une vanne à glissière avait un effet très bénéfique sur le processus, permettant ainsi d’améliorer l’efficacité de la production d’oxydes de vanadium extrêmement purs. « La nouvelle vanne nous permet de mieux piloter le processus, de sorte que nous pouvons ajuster l’énergie thermique nécessaire à la suspension froide qui arrive, ce qui réduit les variations de température », ajoute Davis.

De bonnes perspectives pour la transition énergétique

Le passage aux vannes à glissière de Schubert & Salzer contribue largement aux efforts soutenus de l’entreprise U.S. Vanadium pour l’amélioration de l’efficacité du processus de fabrication et la réduction des coûts d’exploitation. Juste à côté de l’installation optimisée d’extraction des oxydes de vanadium, elle vient de mettre en service une nouvelle installation de production d’électrolytes pour les batteries à flux redox vanadium. La société U.S. Vanadium couvre ainsi l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement en électrolytes de vanadium ultrapurs.

https://www.usvanadium.com/