Способ извлечения ванадия из ванадийсодержащего шлака и линия для его осуществления

 

Изобретение относится к извлечению ванадия из ванадиевого шлака, а именно к способу, включающему стадийное, слабокислотное pH 2,5 - 5,0 выщелачивание в реакторах с заданным технологическим режимом и кислотное выщелачивание шлака 3,5% кислотой. Сущность: слабокислотное и кислотное выщелачивание осуществляют в реакторах непрерывно и противоточно, при этом пульпу ванадиевого шлака перед каждым реактором разделяют на твердую или жидкую фазы с отделением мелкодисперсного гипса от пульпы, при этом твердую фазу направляют от первого реактора к последнему, а жидкую - от последнего к первому; при этом линия для осуществления способа состоит из четырех реакторов для слабокислотного и трех реакторов для кислотного выщелачивания, соединенных последовательно и герметично друг с другом посредством переливных труб, трубопроводов и насосов для транспортировки пульпы и растворителя. Сущность: линия снабжена смонтированными на реакторах устройствами для непрерывного разделения пульпы на твердую и жидкую фазу, например гидроциклонами для вывода из пульпы ванадиевого шлака мелкодисперсного гипса, причем к трубопроводу выхода песков устройства второго реактора жестко присоединен трубопровод выхода жидкой фазы устройства четвертого реактора, к трубопроводу выхода песков устройства третьего реактора жестко присоединен трубопровод выхода жидкой фазы шестого и седьмого реакторов, к трубопроводам выхода песков устройств пятого и седьмого реакторов жестко присоединены трубопроводы подачи воды, к трубопроводу выхода песков устройства шестого реактора жестко присоединен трубопровод подачи кислоты и трубопровод выхода жидкой фазы последнего разделительного устройства, а трубопроводы выполнены с возможностью движения твердой и жидкой фаз в противоположных направлениях. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения ванадия из шлаков и других ванадийсодержащих материалов, и может быть использовано при производстве ванадиевой продукции.

Возрастающие потребности в высококачественной ванадийсодержащей продукции вызывают необходимость поиска новых технических решений более полного извлечения ванадия с обеспечением высоких экологических требований. Одной из основных технологических операций является извлечение ванадия из обожженного с различными реагентными добавками (на основе натрия или кальция) ванадийсодержащего сырья.

Известен способ извлечения ванадия из ванадиевого шлака и линия для извлечения растворимых соединений ванадия, используемые на Чусовском Металлургическом заводе (см. выписку из технологической инструкции ТИ 11-Ф-10-90 "Производство технической пятиокиси ванадия").

Недостатком известного способа и линии для его осуществления является то, что разделение пульпы перед каждой стадией извлечения ведут в барабанных вакуумных фильтрах с высокими энергетическими затратами, а подача твердого в реактор осуществляется периодически порциями. Периодическая подача твердого ухудшает процесс извлечения. Линия для извлечения требует больших затрат на содержание оборудования в рабочем состоянии.

Наиболее близкими по технологической сущности и принятый в качестве прототипа является способ извлечения ванадия из ванадиевого шлака и линия для его осуществления, используемые в Акционерном обществе открытого типа (АООТ) "Ванадий-Тулачермет" г. Тула (из технологической инструкции ТИ-127-Ф-06-94 "Производство технической пятиокиси ванадия"). Способ заключается в том, что ванадиевый шлак в виде пульпы поступает в первый реактор, где поддерживается заданный режим извлечения, а далее пульпа поступает последовательно во второй, третий, четвертый, пятый и шестой реактор, в каждом из которых поддерживается свой режим извлечения. Далее пульпа фильтруется и извлечение ванадия из шлака производится пассивным методом путем промывки осадка раствором (3,5% ) серной кислоты на фильтре. Линия для извлечения ванадия из ванадиевого шлака состоит из реактора, трубопроводов, насосов и фильтров.

Недостатками данного способа извлечения ванадия из ванадиевого шлака и линии для его осуществления являются: прямоточная система извлечения в реакторах и на фильтре, когда ванадиевый шлак и растворитель движутся в одном направлении; при этом происходит постепенное обеднение ванадиевого шлака, что замедляет процесс извлечения, а растворитель, обогащаясь соединениями ванадия, тоже теряет свою активность, что в сумме резко замедляет процесс извлечения, принуждая к увеличению объема технологического оборудования (количество реакторов); наличие в пульпе мелкодисперсного гипса снижает активность процесса растворения соединений ванадия согласно константе равновесия применение способов, увеличивающих активность извлечения (повышение температуры, увеличение концентрации растворителя, увеличение интенсивности перемешивания) приводит к дополнительным затратам; линия для извлечения содержит сложное фильтровальное оборудование, ремонт которого требует значительных затрат; отсутствие унификации оборудования линии затрудняет внедрение автоматической системы управления.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение извлечения ванадия, улучшение экологии извлечения, увеличение производительности процесса и снижение затрат на содержание и ремонт оборудования.

Технический результат достигается тем, что слабокислотное и кислотное выщелачивание осуществляют в реакторах непрерывно и противоточно, при этом пульпу ванадиевого шлака перед каждым реактором разделяют на твердую и жидкую фазы с отделением мелкодисперсного гипса от пульпы, при этом твердую фазу направляют от первого реактора к последнему, а жидкую от последнего к первому, а линия снабжена смонтированными на реакторах устройствами для непрерывного разделения пульпы на твердую и жидкую фазы, например гидроциклонами для вывода из пульпы ванадиевого шлака мелкодисперсного гипса, причем к трубопроводу выхода песков устройства второго реактора жестко присоединен трубопровод выхода жидкой фазы устройства четвертого реактора, к трубопроводу выхода песков устройства третьего реактора жестко присоединен трубопровод выхода жидкой фазы шестого и седьмого реакторов, к трубопроводам выхода песков устройств пятого и седьмого реакторов жестко присоединены трубопроводы подачи воды, к трубопроводу выхода песков устройства шестого реактора жестко присоединен трубопровод подачи кислоты и трубопровод выхода жидкой фазы последнего разделительного устройства, а трубопроводы выполнены с возможностью движения твердой и жидкой фаз в противоположных направлениях.

Извлечение методом противотока известно в металлургии (Труды Всесоюзного семинара по пульсационной технике под ред. С.М.Карпачевой, М. Атомиздат, 1974, с.91), но все происходит при пассивном слое твердого.

Извлечение в реакторах противотоком применено впервые и позволяет увеличить интенсивность процесса не только за счет противотока, а за счет активного перемешивания, улучшая условия массообмена. Извлечение в противотоке позволяет использовать раствор менее концентрированный по ванадию для извлечения соединений ванадия из более бедной, по содержанию ванадия, твердой фазы, при этом химическое равновесие достигается при пониженном содержании ванадия в твердой фазе кек, т.е. противоток, позволяет повысить извлечение Y₂O₅ на стадии слабокислотного выщелачивания.

Кроме того, извлечение интенсифицируется применением гидроциклонов для разделения пульпы перед каждым реактором на твердую и жидкую фазы, причем при разделении пульпы перед вторым реактором из технологического потока выводится мелкодисперсный гипс, улучшая процесс растворения соединений ванадия, согласно константе равновесия что применимо в металлургии впервые.

Выведение мелкодисперсного гипса исключает возможность сорбирования соединений ванадия на поверхности частиц гипса при последующих стадиях выщелачивания.

Разделение пульпы известно в металлургии: это методы дренирования, обезвоживания, фильтрации, отстаивания, сгущения и оборудование для их осуществления.

Однако применение их для разделения пульпы ванадиевого шлака перед реактором не позволяет вывести мелкодисперсный гипс из твердой фазы (см. Фридман и др. "Обезвоживание продуктов обогащения", М. Недра, 1988, с. 17, 21, 26, 40, 73). Разделение пульпы с помощью гидроциклонов также известно в металлургии (см. А.И. Поваров "Гидроциклоны на обогатительных фабриках", М. Недра, 1978, с. 185), но применение гидроциклонов на пульпе ванадиевого шлака с подачей продуктов разделения в противоток и выведением мелкодисперсного гипса использовано впервые. Разделение пульпы ванадиевого шлака перед каждым реактором известно в металлургии (см. выписку из инструкции Чусовского металлургического завода), но разделение пульпы ванадиевого шлака непрерывно с использованием гидроциклонов применено впервые, что снижает затраты на содержание и ремонт оборудования. Линии для выщелачивания с применением растворителя различной активности известны в металлургии, но предлагаемая линия обеспечивает противоток при активном извлечении с непрерывным разделением пульпы перед каждым реактором и выводом мелкодисперсного гипса из технологического потока.

Монтаж гидроциклонов в технологических линиях с примыканием выходного трубопровода песков к принимающей емкости известно, но жесткое присоединение к ним трубопроводов слива для распульповки твердого и начала химического процесса извлечения применено впервые.

Соединение гидроциклонов, реакторов и насосов трубопроводами известно в металлургии, но в данном изобретении соединение обеспечивает движение твердой и жидкой фазы в противоположных направлениях (противоток).

На чертеже представлена линия.

Она содержит реакторы 1, 2, 3, 4 для слабокислотного выщелачивания ванадиевого шлака и 5, 6, 7 для кислотного; пульповые насосы 8 для перекачки пульпы с заданным давлением в трубопроводе; разделительное устройство (гидроциклон, группа гидроциклонов, батарейный гидроциклон и др.) 9 для разделения пульпы на твердую (пески) и жидкую (слив) фазы; трубопроводы 10 выхода песков, в которые врезаны трубопроводы 11 для распульповки песков сливом последующего разделительного устройства; запорную арматуру 12 для направления движения пульпы, песков, слива по трубопроводам в нужном направлении.

Способ и линия извлечения ванадия из ванадиевого шлака работают следующим образом. Пульпа ванадиевого шлака поступает в реактор 1, куда одновременно поступает слив гидроциклона 9 реактора 3, частично обогащенный растворенными соединениями ванадия. Поступившая в реактор 1 твердая часть пульпы (ванадиевый шлак) содержит различные по активности соединения ванадия. Поэтому на стадии извлечения в реакторе 1 необходимо максимально насытить жидкую фазу ванадиевыми соединениями, что и происходит при наличии высокоактивных соединений ванадия в твердом и растворителя частично насыщенным растворенными соединениями ванадия в реакторе 2. Таким образом, решается одна из экономических задач минимальное количество растворителя при максимальном его насыщении. Из реактора 1 насосом 8 пульпа подается в разделительное устройство 9 реактора 2, в котором она делится на слив (ванадиевый насыщенный раствор с мелкодисперсным гипсом, поступающий на очистку и переработку), и пески (ванадиевый шлак, в котором извлечены высокоактивные ванадиевые соединения и отсутствует мелкодисперсный гипс), поступающие по трубопроводу выхода песков 10, к которому присоединен трубопровод 11 подачи слива с разделительного устройства 9 реактора 4 для распульповки песков и транспортировки в реактор 2. Слив разделительного устройства 9 реактора 4 имеет большую активность, т. к. он содержит мало растворенных соединений ванадия и за счет этого в реакторе 2 из ванадиевого шлака извлекаются менее активные соединения ванадия.

Из реактора 2 насосом 8 пульпа подается в разделительное устройство 9 реактора 3, в котором она делится на слив (ванадиевый ненасыщенный раствор), поступающий в реактор 1 для насыщения, и пески (ванадиевый шлак, который содержит растворимые соединения ванадия), поступающий по трубопроводу 10 выхода песков, к которому присоединен трубопровод 11 подачи слива с разделительного устройства 9 реактора 5 для распульповки песков и транспортировки их в реактор 3. Слив содержит еще меньше растворенных соединений ванадия и за счет этого обладает большой активностью, позволяющей глубже производить извлечение в реакторе 3.

Из реактора 3 насосом 8 пульпа подается в разделительное устройство 9 реактора 4, в котором она делится на слив, поступающий в трубопровод выхода песков 10 разделительного устройства 9 реактора 2 для репульпации песков и насыщения ванадиевыми соединениями в реакторе 2, и пески, поступающие по трубопроводу 10 выхода песков, к которому присоединен трубопровод 11 подачи слива с разделительных устройств 9 реакторов 6 и 7 водной промывки и кислотного выщелачивания. Активность слива к растворению ванадиевых соединений на этой стадии повышается не только за счет снижения концентрации ванадия в растворе, а и за счет увеличения концентрации кислоты. В реакторе 4 заканчивается слабокислотное выщелачивание и пульпа насосом 8 подается в разделительное устройство 9 реактора 5. Слив направляется в трубопровод 10 выхода песков разделительного устройства 9 реактора 3, а пески в трубопровод выхода песков, где репульпируются водой и поступают в реактор 5. Из реактора 5 пульпа насосом 8 подается на разделительное устройство 9 реактора 6. Слив поступает в трубопровод выхода песков 10 разделительного устройства 9 реактора 4, а пески в трубопроводе выхода песков репульпируются сливом последнего разделительного устройства 9 и направляются в реактор, куда дополнительно подается кислота. В реакторе 6 происходит активное кислотное извлечение активным растворителем за счет увеличения концентрации кислоты, что позволяет максимально глубоко произвести извлечение соединений ванадия из шлака. Из реактора 6 пульпы насосом 8 подается в разделительное устройство 9 реактора 7. Слив поступает в трубопровод выхода песков разделительного устройства реактора 4, а пески в трубопроводе выхода песков репульпируются водой и направляются в реактор 7. Из реактора 7 пульпа насосом 8 подается на последнее разделительное устройство 9. Слив поступает в трубопровод выхода песков разделительного устройства реактора 6, а пески репульпируются водой и направляются на шламовое поле для утилизации. Расположение запорной арматуры и трубопроводов позволяет осуществить движение твердого и жидкого в противоположных направлениях (противоток).

Предлагаемый способ извлечения ванадия из ванадиевого шлака и линия для его осуществления увеличивает степень (глубину) извлечения за счет организации противотока при активном (в реакторах) извлечении, что увеличивает производство и снижает себестоимость продукции. Линия для извлечения ванадия из ванадиевого шлака имеет не сложное оборудование (реактор, насос, гидроциклон), оборудование однотипное и взаимозаменяемое, что сокращает расходы на содержание и ремонт. Линия для извлечения ванадия из ванадиевого шлака герметична, что улучшает экологию извлечения.

Примеры конкретного выполнения способов извлечения ванадия из ванадиевого шлака приведены в таблице.

В примере 1 технология извлечения по прототипу.

Анализ указанной таблицы показывает, что извлечение в примерах 2 и 4 методом противотока, с разделением пульпы и выводом мелкодисперсного гипса, происходит глубже, чем в прототипе, и содержание ванадия в отвальном шламе снижается при увеличении производительности.

Однако в примере 3, где осуществлен вывод мелкодисперсного гипса, показатели лучше.

Формула изобретения

1. Способ извлечения ванадия из ванадийсодержащего шлака, включающий стадийное, слабокислотное при pН 2,5 5,0 выщелачивание в реакторах с заданным технологическим режимом и кислотное выщелачивание шлака 3,5%-ной кислотой, отличающийся тем, что слабокислотное и кислотное выщелачивание осуществляют в реакторах непрерывно и противоточно, при этом пульпу ванадиевого шлака перед каждым реактором разделяют на твердую и жидкую фазы с отделением мелкодисперсного гипса от пульпы, при этом твердую фазу направляют от первого реактора к последнему, а жидкую от последнего к первому.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разделение пульпы ведут непрерывно.

3. Линия для извлечения ванадия из ванадийсодержащего шлака, включающая четыре реактора для слабокислотного выщелачивания и три реактора для кислотного выщелачивания, соединенных последовательно и герметично друг с другом посредством переливных труб, трубопроводов и насосов для транспортировки пульпы и растворителя, отличающаяся тем, что она снабжена смонтированными на реакторах устройствами для непрерывного разделения пульпы на твердую и жидкую фазы, например, гидроциклонами для вывода из пульпы ванадиевого шлака мелкодисперсного гипса, причем к трубопроводу выхода песков устройства второго реактора жестко присоединен трубопровод выхода жидкой фазы устройства четвертого реактора, к трубопроводу выхода песков устройства третьего реактора жестко присоединен трубопровод выхода жидкой фазы шестого и седьмого реакторов, к трубопроводам выхода песков устройств пятого и седьмого реакторов жестко присоединены трубопроводы подачи воды, к трубопроводу выхода песков устройства шестого реактора жестко присоединен трубопровод подачи кислоты и трубопровод выхода жидкой фазы последнего разделительного устройства, а трубопроводы выполнены с возможностью движения твердой и жидкой фаз в противоположных направлениях.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2