Способ извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов, включающем слабокислотное выщелачивание при pH 2,5 - 3,0 и температуре 60 - 70^oC. Сущность: перед слабокислотным выщелачиванием исходный материал, взятый в виде пульпы, подвергают стадийной обработке кислотой для снижения pH пульпы при поддержании ее плотности 1150 - 1400 г/л и времени 10 - 20 мин на каждой стадии, при этом устанавливают на первой стадии pH 4, - 5,0 и температуру 25 - 40^oC, на второй стадии pH 3,9 - 4,5 и температуру 40 - 48^oC, на третьей - pH 3,4 - 3,9 и температуру 48 - 52^oC, на четвертой - pH 3,1 -3,4 и температуру 52 - 59^oC. В качестве исходного материала используют окисленные обоженные с соединениями щелочноземельных металлов ванадиевые шлаки. Устройство для осуществления указанного выше способа включает реакторы с мешалкой, систему подачи кислоты и систему нагревания пульпы, при этом система подачи кислоты выполнена из трубопровода, клапана, распределительного коллектора, жестко подсоединенного к трубопроводу после клапана и кислотопроводов, жестко присоединенных к коллектору и уходящих на различную глубину реакторов, при этом суммарное проходное сечение кислотопроводов не превышает площади сечения трубопровода подачи кислоты до клапана, коллектор выполнен с сопротивлениями, установленными в промежутках между кислотопроводами для равномерной подачи кислоты по кислопроводам и по всей высоте реактора. Кислотопроводы выполнены из кислотостойкого материала. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к переработке ванадиевого шлака гидрометаллургическим способом.

Известен способ извлечения ванадия из шлаков и других ванадийсодержащих материалов выщелачивания ванадия. ("Химия и технология ванадиевых соединений". Материалы первого Всесоюзного совещания по химии, технологии и применению соединений ванадия, Пермь, 1972, с. 35-36).

Наиболее близким по технической сущности и взятым в качестве прототипа является способ извлечения ванадия, изложенный в тезисах докладов III Всесоюзного совещания в г. Качканаре ч. 1, Свердловск, 1979, с 64; при выщелачивании ванадийсодержащего сырья, где оптимальной областью pH является интервал 2,5-3,2 и температура 60-65^oC. В этом интервале извлечение ванадия в раствор может достигать 80-85% Указанные выше способы извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов имеют ряд недостатков: наличие необратимых процессов, связанных с быстрым переходом от щелочной среды к кислотной, и неизбежные при этом потери извлекаемого ванадия; не обеспечивают полноты извлечения ванадия на стадии слабокислотного выщелачивания, что приводит к постоянным потерям ванадия в виде остаточных растворимых соединений; пульпа ванадиевого шлака, имеющая щелочную среду, в короткое время посредством подачи в нее концентрированной серной кислоты превращается в пульпу с кислой средой при значении pH 2,5-3,0, при этом идет быстрое выщелачивание ванадия и образование зон нестабильности, в которых образуется ванадиевый раствор по составу близкий к условиям гидролитического разложения, что приводит к местному выпаданию соединений ванадия в осадок.

Практическая эксплуатация в России цехов по производству пятиокиси ванадия и феррованадия показала, что в отвальном шламе содержится растворимый ванадий.

Так за ближайшие годы содержание растворимой формы ванадия в отвальном шламе колебалась от 0,6% до 1,4% Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение потерь ванадия с отвальными шламами, снижение себестоимости выпускаемой продукции и увеличение прибыли.

Технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов, включающем слабокислотное выщелачивание при pH 2,5 -3,0 и температуре 60 70^oC, исходный материал, взятый в виде пульпы перед слабокислотным выщелачиванием подвергают стадийной обработке кислотой для снижения pH пульпы при поддержании ее плотности 1150 1400 г/л и времени 10 -20 мин на каждой стадии, при этом устанавливают на первой стадии pH 4,5 5,0, температуру 25 40^oC, на второй стадии pH 3,0 4,5, температуру 40- 48^oC, на третьей стадии pH 3,4 3,9, температуру 48- 52^oC, на четвертой стадии pH 3,1 3,4 температуру 52 -59^oC.

При стадийной обработке в качестве исходного материала используют окисленные обоженные с соединениями щелочноземельных металлов ванадиевые шлаки.

Стадийная обработка пульпы перед слабокислотным выщелачиванием необходима по той причине, что пульпа окисленного с карбонатами и окислами кальция ванадиевого шлака имеет щелочную среду pH 11,5 -12,0, а серная кислота, поступающая в реактор, является не только нейтрализатором среды, но и растворителем ванадия.

В известных способах извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов при подаче большого количества кислоты для наведения pH среды равной 2,5 -3,0 ступенчатый процесс (сначала нейтрализация, потом наведение pH среды до 3,0, затем выщелачивание ванадия) отсутствует. В известных способах идет одновременное выщелачивание ванадия и появление зон с раствором с нестабильным составом, так как скорости растворения и условия для различных солей металлов различны, а именно их присутствие в ванадиевых растворах определяют стабильность растворов. Более того, подача концентрированной кислоты в одну точку объема реактора даже при интенсивном перемешивании усугубляет вышеизложенные явления образование зон нестабильных растворов. Подача разбавленной кислоты исключена, так как увеличение жидкого снижает производительность способа и время выщелачивания, что ведет к ухудшению экономических показателей. Первая стадия обработки пульпы проводится при температуре 25 40^oC и pH среды 4,5 5,0 в основном для нейтрализации щелочной среды, где температура не активирует процесс выщелачивания ванадия. Температура 25^oC это температура воды в летних условиях, при температуре выше 40^oC будут активизироваться процессы выщелачивания, что нежелательно из-за появления зон нестабильных растворов. При pH среды более 5,0 происходит незначительная нейтрализация, что снижает производительность. При pH среды ниже 4,5 активизируются процессы выщелачивания, что нежелательно, т.к. на следующей стадии при подаче кислоты может возникнуть частично процесс гидролитического разложения ванадия.

Вторая стадия обработки пульпы проводится при температуре 40 48^oC и pH среды 3,9 4,5. На этой стадии температура 40^oC и pH среды 4,5 определяют первой стадией. При температуре больше 48^oC усиливается интенсивность выщелачивания. При pH 3,9 задача на данной стадии (а также на последующих) мягко провести процесс подготовки пульпы к активному выщелачиванию и поэтому введение большего количества кислоты нежелательно.

Третья стадии обработки пульпы проводится при температуре 48 52^oC и pH среды 3,4 3,9. На данной стадии температуры 48^oC и pH 3,9 определяются второй стадией. При температуре выше 52^oC и pH 3,4 - приближается к границам осуществления активного процесса выщелачивания.

Четвертая стадия обработки пульпы проводится при температуре 52 - 59^oC и pH среды 3,1 3,4. На данной стадии температуры 52^oC и pH 3,4 определяются третьей стадией. При температуре 59^oC и pH 3,1 процесс входит в границы активного осуществления процесса выщелачивания. Плотность пульпы поддерживают на каждой стадии 1150 1400 г/л, предельные значения выбраны экспериментально (при плотности пульпы ниже 1150 г/л, резко снижается производительность процесса; при плотности пульпы выше 1400 г/л, возникают сложности при транспортировке и перемешивании пульпы).

Время обработки пульпы на каждой стадии приняты 10 20 мин. При времени обработки ниже 10 мин не достигается однородности пульпы в реакторах объемом 20 м³. При времени обработки выше 20 мин на каждой стадии - увеличивается продолжительность процесса, следовательно, снижается его производительность. Указанный выше 4-х стадийный процесс позволяет мягко провести подготовку пульпы ванадиевого шлака к активному выщелачиванию при pH 2,5- 3,0 и температуре 60-70^oC, где и pH среды и температуры являются активатором процесса. Подготовленная указанным выше способом пульпа для проведения слабокислотного выщелачивания имеет однородный состав по температуре и pH среды, позволяет осуществлять последний с улучшением экономических показателей, так как процесс образования стабильных ванадиевых растворов будет происходить интенсивно и необратимо.

Известно устройство для выщелачивания, содержащее реактор с мешалкой, систему подачи кислоты в виде трубопровода и систему подогревания пульпы (ТИ-115-Ф-10-90 Чусовского металлургического завода, фиг. 2).

Недостатком данного устройства является подача кислоты, разбавленной или концентрированной, в одну точку реактора, что предопределяет неравномерность pH среды по уровням высоты реактора, а вследствие этого потери управлением процесса выщелачивания и неизбежные потери извлекаемого ванадия.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижения потерь ванадия с отвальными шламами, а также осуществление указанного выше способа извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов.

Технический результат достигается тем, что устройство для извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов, включающее реактор с мешалкой и с системами подачи кислоты и нагревания пульпы в реакторе, снабжено дополнительными реакторами и системы подачи кислоты каждого реактора выполнены из трубопровода, клапана, распределительного коллектора, жестко подсоединенного к трубопроводу после клапана и кислотопроводов, жестко присоединенных к коллектору и уходящих на различную глубину реактора, при этом суммарное проходное сечение кислотопроводов не превышает площади трубопроводов подачи кислоты до клапана, коллектор выполнен с сопротивлениями, установленными в промежутках между кислотопроводами, для равномерной подачи кислоты по кислотопроводам и по всей высоте реактора. Кислотопроводы выполнены из кислотостойкого материала.

Устройство поясняется чертежом.

Устройство для извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов (см. фиг. 1) содержит реакторы 1, мешалку 2, трубопровод 3 для подачи кислоты к реактору, клапан 4 регулирования подачи кислоты в реактор, распределительный коллектор 5, смонтированный после клапана, с выходными патрубками 6 и кислотопроводами 7, подающими кислоту по различным уровням реактора, сопротивления 8, смонтированные в промежутках между выходными патрубками, для преодоления давления гидродинамического столба, создаваемого уровнем пульпы в реакторе, переливного патрубка 9 реактора.

В случае, если суммарное проходное сечение кислотопроводов равно или превышает площадь сечения трубопровода подачи кислоты до клапана, в системе отсутствует подпор подачи кислоты на различные уровни, и следовательно не достигается должной подачи кислоты и обеспечения соответствующей pH среды, равномерно по объему реактора.

Способ извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов и устройство для его осуществления работают следующим образом.

Пульпа ванадиевого шлака, окисленного в обжиговой печи с карбонатами и окислами кальция, имеющая температуру 18 25^oC, pH среды 11-12, поступает в реактор устройство для извлечения ванадия, где посредством мешалки постоянно перемешивается. Одновременно с пульпой в реактор поступает кислота через клапан, распределительный коллектор и кислотопроводы, причем кислота подается равными порциями по всем кислотопроводам благодаря сопротивлениям и обеспечивает равномерную мягкую нейтрализацию щелочной среды до pH 4,5-5,0. Подготовленная на первой стадии пульпа по переливному патрубку реактора поступает в следующее устройство второй стадии обработки, которое копирует первое. На второй стадии в пульпу добавляется кислота аналогично первой стадии и доводится pH среды до 3,9 4,5 и температуры 40 48^oC, причем пульпу подогревают острым паром или при помощи нагревательного элемента. Через переливной патрубок пульпа с второй стадии поступает в аналогичное устройство третьей стадии, где pH среды подачи кислоты доводится до 3,4-3,9, а температура пульпы до 48 52^oC. Далее на четвертой стадии в аналогичном устройстве пульпа доводится до pH среды 3,1 3,4 и температуры 52 59^oC, т.е. близкой к условиям активного выщелачивания, которое происходит в следующих реакторах.

Таким образом, каждая стадия (1, 2, 3 и 4) осуществляется в отдельном реакторе.

Мягкое изменение pH среды от 11,5 12,0 до 3,1 3,4 позволяет весь поступающий объем пульпы подготовить для активного выщелачивания без образования зон нестабильных растворов и неизбежных потерь ванадия.

Применение способа извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов и устройства для его осуществления позволяет осуществить мягкую подготовку пульпы для активного выщелачивания при последующих жестких параметрах активного выщелачивания без потерь ванадия и более глубоком извлечении. Это улучшит экономические показатели процесса извлечения ванадия.

Примеры конкретного выполнения способа извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов приведены в таблице.

В примере 1 технологические параметры даны по прототипу.

Анализ указанной таблицы показывает, что пульпа в примерах 2, 3, 4, предварительно обработанная по предлагаемому изобретению, выщелачивается глубже и содержание растворимого ванадия в остатке снижается в 1,5 2 раза.

В примере 5 указаны параметры способа, выходящие за заявляемые пределы.

Формула изобретения

1. Способ извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов, включающий слабокислотное выщелачивание при pН 2,5 3,0 и температуре 60 70^o, отличающийся тем, что перед слабокислотным выщелачиванием исходный материал, взятый в виде пульпы, подвергают стадийной обработке кислотой для снижения pН пульпы при поддержании ее плотности 1150 1400 г/л и времени 10 20 мин на каждой стадии, при этом устанавливают на первой стадии pН 4,5 5,0, температуру 25 40^o, на второй стадии pН 3,9 4,5, температуру 40 - 48^o, на третьей pН 3,4 3,9, температуру 48 52^o, на четвертой - pН 3,1 3,4, температуру 52 29^o.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при стадийной обработке в качестве исходного материала используют окисленные обожженные с соединениями щелочноземельных металлов ванадиевые шлаки.

3. Устройство для извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов, включающее реактор с мешалкой и с системами подачи кислоты и нагревания пульпы в реакторе, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными реакторами и система подачи кислоты каждого реактора выполнена из трубопровода, клапана, распределительного коллектора, жестко подсоединенного к трубопроводу после клапана и кислотопроводов, жестко присоединенных к коллектору и уходящих на различную глубину реактора, при этом суммарное проходное сечение кислотопроводов не превышает площади трубопровода подачи кислоты до клапана, коллектор выполнен с сопротивлениями, установленными в промежутках между кислотопроводами, для равномерной подачи кислоты по кислотопроводам и по всей высоте реактора.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что кислотопроводы выполнены из кислотостойкого материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2