Способ извлечения ванадия

 

Изобретение относится к металлургии редких металлов и может быть использовано в технологии извлечения ванадия из ванадийсодержащего сырья путем обжига, выщелачивания и выделения оксида ванадия из растворов. Сущность: способ "ИКАТ" включает окислительный обжиг ванадийсодержащего сырья при 800 - 950^oС с добавками оксидов, карбонатов или смеси оксидов и карбонатов кальция и/или/ магния, выщелачивание обожженного материала при перемешивании карбонатным раствором аммиака и натрия в автоклаве при 80 - 170^oС в течение 1 - 3 ч, охлаждение пульпы, отделение раствора от твердого остатка, осаждение ванадиевых соединений путем кристаллизации при охлаждении раствора, отделение твердой фазы от маточного раствора, повторное использование при выщелачивании маточного раствора после укрепления аммиаком, щелочью и диоксидом углерода, обезвоживание и термическое разложение осадка до оксида ванадия.

Изобретение относится к металлургии редких металлов и может быть использовано в технологии извлечения ванадия из ванадийсодержащего сырья.

В промышленной практике для извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов, в частности из конверторных шлаков, применяют в основном пирометаллургическую технологию, включающую следующие операции: подготовку сырья к обжигу (дробление, размол, очистка от металлических включений, смешивание с реакционноспособной добавкой, окомкование); окислительный обжиг подготовленной шихты; выщелачивание обожженной шихты различными растворителями, осаждение ванадия из растворов в виде химического концентрата оксида ванадия; сушку, плавку (или компактирование) химического концентрата оксида ванадия; обезвреживание сточных вод.

Известен способ (содово-кислотная технология), по которому порошкообразная или окомкованная шихта, состоящая из ванадиевого шлака и активной добавки кальцинированной воды или сульфата натрия, направляется на окислительный обжиг в трубчатых вращающихся печах при температуре 650-880^оС. Обожженная шихта охлаждается и выщелачивается водой и разбавленной серной кислотой (3-6% ), в результате чего из обожженной шихты в раствор извлекается 88-93% ванадия. После фильтрования нерастворившийся остаток (1,0-1,7% V₂O₅) направляется снова на металлургическую переработку или в отвал, а раствор на выделение ванадия гидролитическим осаждением путем смешивания слабощелочных и кислых растворов до рН 1,6-1,9 и их нагрева до температуры 90-95^оС. Выпавший осадок поливанадат (натрия, марганца, железа), отфильтровывается и подвергается сушке и плавке, а маточный раствор направляется на химическую очистку от соединений ванадия и других элементов [Н.П.Слотвинский-Сидак, В.К. Андреев Ванадий в природе и технике, М. Знания, 1979, с.33-38] Полученный по известному способу плавленный продукт химический концентрат ванадия, содержит V₂O₅ 82-85% извлечение ванадия из шлака в химический концентра 66-68% Сливные воды, содержащие около V₂O₅ 0,3 г/л и сульфаты марганца, железа, титана, хрома, магния и других металлов, поступают с остальными заводскими сливами в водный бассейн. Со сливными водами на 1 т оксида ванадия сбрасывается более 1200 кг сульфатов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ извлечения ванадия, включающий окислительный обжиг ванадийсодержащего сырья с добавками соединений кальция, последующее выщелачивание аммиачно-карбонатным раствором, осаждение ванадия, регенерацию реагентов и использование их в этом же процессе [1] Задачи изобретения это увеличение производительности аппаратов выщелачивания и снижение удельных объемов охлаждающих растворов по сравнению с известным способом, характеризующимся повышенным отношением Ж:Т, что снижает производительность используемых аппаратов выщелачивания. Кроме того, известная технология связана с необходимостью охлаждения больших объемов растворов перед процессом кристаллизации ванадата аммония, что требует значительных энергозатрат.

Изобретение решает также задачу создания технологии, удовлетворяющей требованиям экологии за счет отсутствия вредных выбросов при обжиге и в гидравлической части технологии.

Технические результаты достигаются тем, что в известном способе, включающем окислительный обжиг ванадийсодержащего сырья с добавками соединений кальция, выщелачивание обожженного материала аммиачно-карбонатным раствором, отделение раствора от твердого остатка, осаждение из раствора ванадиевых соединений, отделение твердой фазы от раствора, его регенерацию и возвращение на выщелачивание, в соответствии с изобретением, окислительный обжиг проводят при 800-950^оС, выщелачивание ведут при перемешивании водным аммиачно-карбонатным раствором натрия или калия в автоклаве при 80-170^оС в течение 1-3 ч, перед отделением раствора от твердого остатка пульпу охлаждают, осаждение ванадиевых соединений ведут путем кристаллизации при охлаждении раствора, регенерацию раствора ведут путем укрепления аммиаком, щелочью и диоксидом углерода, твердую фазу после обезвоживания подвергают термическому разложению до оксида ванадия.

Сущность заявленной известково-карбонатной технологии извлечения ванадия "ИКАТ" заключается в том, что при выщелачивании ванадийсодержащего сырья, обожженного при 800-950^оС с активными добавками оксидов и карбонатов, используют водный карбонатный раствор аммиака и натрия (или калия), причем процесс выщелачивания проводят при перемешивании с определенной выдержкой под давлением и при повышенных температурах. В этих условиях, определенных экспериментальным путем, реагент осуществляет избирательный перевод ванадия в жидкую фазу, что обеспечивает на последующих стадиях получение готового продукта, практически не содержащего примесей. Кроме того, благодаря способности карбонатных растворов аммиака и натрия легко регенерироваться за счет абсорбции NH₃ и СО₂, возможно многократное их использование в технологическом цикле и создание замкнутой по растворам технологии.

Отсутствие сточных вод обеспечивает высокий экологический уровень технологии "ИКАТ".

За счет увеличения растворимости V₂O₅ в растворителе увеличивается производительность аппаратов выщелачивания и снижаются удельные объемы охлаждающих растворов.

П р и м е р реализации способа "ИКАТ". Конвертерный ванадиевый шлак, содержащий V₂O₅ 17 мас. смешивали с известняком (СаСО₃) из расчете СаО 0,3-0,45 кг на 1 кг V₂O₅ в шлаке, смесь измельчали до крупности частиц -0,1 мм и очищали от металлических включений. Полученную шихту обжигали в муфельной печи в воздушной атмосфере при 870^оС в течение 2 ч. Обожженный материал крупностью -0,1 мм загружали в автоклав, оборудованный перемешивающим устройством, куда подавали водный раствор, содержащий NH₃ 40 г/л, СО₂ 54 г/л и NaCO₃ 5 г/л. После нагрева до 150^оС и выдержке в течение 120 мин пульпу охлаждали до 70^оС и отделяли фильтрованием ванадийсодержащий раствор от твердого остатка. Раствор охлаждали до 20^оС, выдерживали при перемешивании в течение 300 мин. Образовавшиеся при этом кристаллы ванадата аммония отделяли от маточного раствора и после сушки нагревали до 350^оС с выдержкой при этой температуре в течение 120 мин.

Полученный продукт оксид ванадия содержал SiO₂, Fe₂O₃. MnO₂ и СаО примесей 0,5 мас.

Маточный раствор после добавок NH₃. CО₂ и Na₂CO₃ до необходимых концентраций использовали повторно для выщелачивания новой порции шлака.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВАНАДИЯ, включающий окислительный обжиг ванадийсодержащего сырья с добавками соединений кальция, выщелачивание обожженного материала, аммиачно-карбонатным раствором, отделение раствора от твердого остатка, осаждение из раствора ванадиевых соединений, отделение твердой фазы от раствора, его регенерацию и возвращение на выщелачивание, отличающийся тем, что окислительный обжиг проводят при 800 - 950^oС, выщелачивание ведут при перемешивании аммиачно-карбонатным раствором натрия или калия в автоклаве при 80 - 170^oС в течение 1 - 3 ч, перед отделением раствора от твердого остатка пульпу охлаждают, осаждение ванадиевых соединений ведут путем кристаллизации при охлаждении раствора, регенерацию раствора ведут путем укрепления аммиаком, щелочью и диоксидом углерода, твердую фазу после обезвоживания подвергают термическому разложению до оксида ванадия.