Способ переработки отработанного ванадиевого катализатора

 

Изобретение относится к способу переработки отработанного ванадиевого катализатора путем обжига с получением обогащенного ванадийсодержащего продукта. Сущность изобретения: обжиг катализатора ведут при 900 - 1100^oC с подачей топочных газов, до обеспечения в полученном ванадийсодержащем продукте соотношения V : S = 1:0,10 - 0,40 и Y₂O₅ : Me₂O = 1 : 1,4 -2,0, где Me₂O - сумма окислов щелочных металлов, а отделенные серосодержащие газы направляют в сернокислотное производство.

Изобретение относится к способу переработки отработанного ванадийсодержащего катализатора и может быть использовано в металлургии и производстве серной кислоты.

Известен способ переработки отработанного ванадиевого катализатора (извлечение ванадия из отработанных катализаторов) путем хлорирующего обжига размолотых катализаторов с хлористым натрием при 780^oC в течение 3 ч с последующим выщелачиванием ванадия раствором серной кислоты и водной промывкой (Винаров И.В. и др. Комплексное использование минерального сырья, N 2, с. 17-19, 1988 г.).

Недостатком способа является многостадийность процесса, так как необходима операция предварительного измельчения катализатора; введение хлористого натрия на стадию обжига, который разлагается с выделением хлоридов, создающих агрессивную атмосферу в печи; потери ванадия и серы при выщелачивании прокаленных гранул (в маточнике остается до 5% относительно V₂O₅ и 100% серы в виде сульфатов, которые не утилизируются); длительность процесса.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ переработки отработанного ванадиевого катализатора, включающий обжиг катализатора при 600-750^oC с подачей кислорода на стадии обжига, выщелачивание обожженного продукта раствором минеральной кислоты, высаживание ванадия в виде FeVO₄ и разделение осадка, содержащего ванадий, и маточного раствора, содержащего сульфаты (патент США N 4115110, кл. C 22 B 34/22, 1977.).

Недостатком способа является недостаточная степень извлечения ванадия из сырья (85-92%) и полная потеря серы, находящейся в сырье, так как серосодержащий маточник не используется. Кроме того, способ вызывает затруднения в технологическом оформлении в связи с наличием стадии выщелачивания минеральной кислотой, требует значительных объемов и специального кислотостойкого оборудования.

Поставлена задача переработать отработанный ванадийсодержащий катализатор с практически полным переходом ванадия в конечный продукт, а также утилизировать серу, находящуюся в катализаторе.

Поставленная задача решена в предложенном способе переработки отработанного ванадиевого катализатора, включающем обжиг отработанного катализатора при 900-1100^oC с подачей топочных газов на стадию обжига с получением обогащенного по ванадию ванадийсодержащего материала. По этому способу обжиг ведут до получения в ванадийсодержащем материале соотношения (в мас.%): V : S = 1 : (0,1-0,4) и V₂O₅ : Me₂O = 1 : (1,4-2,0), где Me₂O - сумма окислов щелочных металлов, разделение полученного продукта и отходящих серосодержащих газов с последующим направлением их на производство серной кислоты.

Новым способом является проведение стадии обжига при указанных условиях и утилизации серы.

Сущность способа заключается в следующем. Для того, чтобы практически полностью исключить потери ванадия из отработанного ванадиевого катализатора и получить продукт, который в дальнейшем может быть использован для получения ферросплавов и легированных сталей, а также утилизировать серу, находящуюся в отработанном катализаторе и направить ее в сернокислотное производство необходимо определенным образом провести стадию обжига. Подача топочных газов на стадию обжига приводит к разложению сульфатов, содержащихся в катализаторе, восстановлению V⁺⁵ до V⁺⁴ и образованию ванадиевых бронз. Большую роль при этом играет и температура обжига, так как должно полностью пройти разложение сульфатов и выделенная сера перейти в отходящие газы. Наличие серы и щелочных металлов в больших количествах в ванадийсодержащем продукте в металлургической плавке является недопустимым, поэтому обжиг надо провести таким образом, чтобы получить определенное соотношение V : S и V₂O₅ : Me₂O. Это соотношение меняется в зависимости от качества отработанного катализатора, времени обжига и температуры, но в любом случае должно составлять соответственно V : S = 1 : 0,10-0,40 и V₂O₅ : Me₂O = 1 : 1,4-2,0. Установлено, что при использовании в металлургической плавке ванадийсодержащего материала с соотношением V : S = 1 : 0,10-0,40 и V₂O₅ : Me₂O = 1 : 1,4-2,0 оптимально и не влияет на процесс. При увеличении содержания S и Me₂O в этих соотношениях выше (для S>0,4 и для Me₂O >2,0) продукт не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к материалам, используемым в металлургической плавке. С другой стороны проведение процесса до меньшего соотношения, чем V : S = 1 : 0,1 и V₂O₅ : Me₂O = 1 : 1,4 потребует изменения условий обжига, увеличения температуры и времени, что, в свою очередь, приведет к потере ванадия за счет образования летучих соединений ванадия.

Экспериментально установлено, что температура ниже 900^oC приводит к потере серы, а выше 1100^oC - к потере ванадия.

Так при проведении процесса при температуре ниже 900^oC степень извлечения сырья составит 64,8%, в то время как при проведении его при указанных температурах (900-1100^oC) степень извлечения составит - 80-96,7%.

При увеличении температуры выше 1100^oC потери ванадия с газовой фазой составят более 20%.

Пример 1. 160 кг отработанного катализатора, содержащего 5,1% V₂O₅, 25,0% SO₃, 10,0% K₂O обжигают при 1000^oC в течение 1 ч во вращающейся печи при подаче топочных газов. После окончания обжига в конечном продукте соотношение составляет V : S = 1 : 0,1, V₂O₅ : Me₂O = 1 : 2,0, степень извлечения серы - 96,7%, обогащение продукта по ванадию (% содержания V₂O₅ в конечном продукте к % содержанию V₂O₅ в исходном катализаторе) составило 121,5%. Продукт охлаждают и затаривают, отходящие газы направляют в циклон для улавливания пыли и подают в промывное отделение H₂SO₄ и далее - в контактный аппарат.

Пример 2. 100 кг отработанного ванадиевого катализатора, содержащего 6,4% V₂O₅, 31% SO₃, 14% Me₂O обжигают при 1100^oC в течение 0,5 ч во вращающейся печи при подаче топочных газов. После окончания обжига в конечном продукте соотношение составляют: V : S = 1 : 0,158, V₂O₅ : Me₂O = 1 : 1,68, степень извлечения серы - 94,56%, обогащение продукта по ванадию - 123,4%. Продукт охлаждают и затаривают, отходящие газы направляют в циклон для улавливания пыли и подают в промывное отделение H₂SO₄ и далее - в контактный аппарат.

Пример 3. 100 кг отработанного ванадиевого катализатора, содержащего 7,3% V₂O₅, 31% SO₃, 12,8% Me₂O обжигают при 900^oC в течение 1 ч во вращающейся печи при подаче топочных газов. После окончания обжига в конечном продукте соотношение составило: V : S = 1 : 0,4; V₂O₅ : Me₂O = 1 : 1,4; степень извлечения серы - 90,0%; обогащение продукта по ванадию - 123,2%. Продукт охлаждают и затаривают, отходящие газы направляют в циклон для улавливания пыли и подают в промывное отделение H₂SO₄ и далее - в контактный аппарат.

Использование предложенного способа позволит практически полностью избежать потерь ванадия из отработанного ванадиевого катализатора, утилизировать серу (степень извлечения серы составляет 80-99%) в виде газообразного SO₂ и SO₃ и направить ее в сернокислотное производство. Кроме того, позволяет расширить область применения ванадийсодержащего продукта, полученного из отработанного катализатора и применять его не только для получения ферросплавов, но и в производстве легирования сталей. Способ прост в технологическом оформлении, не требует проведения стадии выщелачивания и применения минеральных кислот.

Формула изобретения

Способ переработки отработанного ванадиевого катализатора, включающий обжиг катализатора при повышенной температуре и разделение обогащенного ванадийсодержащего продукта и серусодержащего продукта, отличающийся тем, что обжиг ведут при температуре 900 - 1100^oC с подачей топочных газов до обеспечения в полученном ванадийсодержащем продукте соотношения Y : S = 1 : 0,10 - 0,40 и Y₂O₅ : Me₂ = 1 : 1,4 - 2,0, Me₂O - сумма окислов щелочных металлов, а отделенные серусодержащие газы направляют в сернокислотное производство.