Способ получения соединений ванадия

 

Использование: изобретение относится к области получения соединений ванадия из металлургических шлаков. Сущность: способ предусматривает введение кальцийсодержащей добавки на стадии окислительного обжига шлаков в количестве, обеспечивающем массовое соотношение МnO : СаО : V₂O₅ 0,35-0,45 : 0,05-0,1:1 при содержании МnO в шлаке 5,8-6,9 мас.% и 0,45-0,70 : 0,65-1,3 : 1 при содержании МnO 7,2-11,5 мас.%. Изобретение позволяет повысить эффективность извлечения ванадия из конверторных шлаков. 2 с. и 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к химической технологии, конкретно к способам получения соединений ванадия из металлургических шлаков, и может быть использовано для получения пятиокиси ванадия (ПВ) при переработке ванадий- и марганецсодержащих конверторных шлаков.

Известен способ получения ПВ, включающий введение Ca-содержащей добавки в ванадийсодержащий шлак, его обжиг, выщелачивание ванадия серной кислотой и выделение ванадия из раствора в виде V₂O₅, при этом массовое отношение CaO/V₂O₅ 0,15 - 0,3. К недостаткам данного способа относится низкое извлечение ванадия в раствор.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту является способ получения ПВ, включающий введение Ca-содержащей добавки в ванадий-марганецсодержащий шлак, его обжиг, выщелачивание ванадия серной кислотой и выделение ванадия из раствора в виде V₂O₅ [2, прототип], при этом марганец в шлак вносят при продувке чугуна с комплексной реагентной добавкой, содержащей известняк и марганцевую руду, а массовое соотношение компонентов в шихте при обжиге составляет MnO : CaO : V₂O₅ 1,0 - 0,75 : 0,3 - 0,15 : 1.

К недостаткам способа относятся низкое извлечение ванадия в раствор (не более 90%); высокое содержание примеси Mn в товарной ПВ; сложность технологического процесса.

Задачей изобретения является разработка более эффективного способа извлечения ванадия из конверторных шлаков.

Поставленная задача решается описываемым способом получения соединений ванадия, включающим введение Ca-содержащей добавки в V- и Mn-содержащий шлак, его обжиг, выщелачивание ванадия серной кислотой и выделение ванадия из раствора, при этом Ca-содержащую добавку вводят в количестве, обеспечивающем весовое соотношение MnO : CaO : V₂O₅ 0,35 - 0,45 : 0,05 - 0,1 : 1 при содержании MnO в шлаке 5,8 - 6,9 мас.% и 0,45 - 0,70 : 0,65 - 1,3 : 1 при содержании MnO 7,2 - 11,5 мас.%, при этом используют шлак состава, мас.%: окись кремния 10 - 24; окись ванадия 12,0 - 28,0; окись титана 4,0 - 11,0; окись хрома 1,0 - 5,0; углерод - 0,3 - 0,7; гранулы металлического железа 8,0 - 24; окислы железа - остальное, содержащие 5,8 - 6,9 и 7,2 - 11,5 мас.% окислов марганца соответственно.

При изучении системы MnO-CaO-V₂O₅ было установлено, что при относительно низком содержании MnO в шлаке - в диапазоне 5,8 - 6,9 мас.% высокое извлечение V (больше 90%) при сернокислом выщелачивании достигается при значительно более низком, по сравнению с прототипом, расходе CaO на единицу массы V₂O₅: 0,05 - 0,1 и 0,15 - 0,30 соответственно. При высоком содержании MnO в шлаке - 7,2 - 11,5 мас.% для эффективного выщелачивания V необходима повышенная, по сравнению с прототипом, добавка CaO - 0,65 - 1,3.

Обнаруженное нами явление связано с образованием смешанных ванадатов марганца и кальция переменного состава, характеризующихся высокой растворимостью в разбавленных растворах кислот, что обеспечивает высокое извлечение V из шлака в раствор при сернокислом выщелачивании. Данные соединения образуются только при создании соотношения MnO : CaO : V₂O₅ в заявляемых пределах. При других соотношениях компонентов выход V при сернокислом выщелачивании резко уменьшается за счет образования более труднорастворимых соединений.

Таким образом, обнаруженное явление - увеличение степени выщелачивания ванадия раствором серной кислоты из шлака путем создания соотношения MnO : CaO : V₂O₅ при его обжиге в заявленных пределах является новым и неожиданным, а совокупность признаков изобретения удовлетворяет признакам "новизна" и "изобретательский уровень".

Пример 1 (прототип). В конвертор после заливки 175 т жидкого чугуна ввели, наряду с окалиной, 700 кг марганцевого агломерата состава, мас.%: 20,1 SiO₂; 6,0 CaO; 5,5 Fe₂O₃; 36,0 MnO; 0,15 P; Al₂O₃, S, MgO - остальное и 800 кг известняка. После продувки получили шлак состава, мас.%: 16,5 SiO₂; 18,0 V₂O₅; 6,0 CaO; 11,5 MnO; 29,0 Fe_общ; 8,0 TiO₂; 2,7 Cr₂O₃; 0,09 P; 1,5 Al₂O₃; 0,02 S; 3,0 MgO; 8,0 мет. включений.

Полученный шлак обжигали при 950^oC в течение 1 ч и затем выщелачивали ванадий 5%-ным раствором серной кислоты. Из полученного раствора методом гидролиза выделяли V₂O₅. Общий выход V₂O₅ составил 85%, а ее чистота 93%.

Примеры 2 - 5 иллюстрируют заявляемый способ.

Пример 2. Смешивают 100 кг конверторного шлака состава, мас.%: 10,0 SiO₂; 12,9 V₂O₅; 5,8 MnO; 8,0 Fe_мет; 4,0 TiO₂; 1,0 Cr₂O₃; 58,0 Fe₂O₃; 0,3 C и 2,3 кг известняка. Весовое соотношение MnO : CaO : V₂O₅ 0,45 : 0,1 : 1. Смесь обжигают при 860^oC в течение 1 ч и выщелачивают ванадий 5%-ной серной кислотой. После выделения V₂O₅ из раствора ее выход составил 90,8%, а чистота 97%.

Пример 3. Способ осуществляют аналогично примеру 2, с тем отличием, что смешивают 100 кг конверторного шлака состава, мас.%: 10,0 SiO₂; 19,7 V₂O₅; 6,9 MnO; 24,0 Fe_мет; 11,0 TiO₂; 5,0 Cr₂O₃; 22,7 Fe₂O₃; 0,7 C и 1,75 кг известняка. Массовое соотношение MnO : CaO : V₂O₅ 0,35 : 0,05 : 1. Выход V₂O₅ составил 91,2%, а чистота 96,5%.

Пример 4. Способ осуществляют аналогично примеру 2, с тем отличием, что смешивают 100 кг конверторного шлака состава, мас.%: 10,0 SiO₂; 10,3 V₂O₅; 7,2 MnO; 8,0 Fe_мет; 4,0 TiO₂; 1,0 Cr₂O₃; 59,2 Fe₂O₃; 0,3 C и 23,9 кг известняка. Массовое соотношение MnO : CaO : V₂O₅ 0,70 : 1,3 : 1. Выход V₂O₅ составил 93,1%, а чистота 96,2%.

Пример 5. Способ осуществляют аналогично примеру 2, с тем отличием, что смешивают 100 кг конверторного шлака состава, мас.%: 10,0 SiO₂; 25,5 V₂O₅; 11,5 MnO; 24,0 Fe_мет; 4,0 TiO₂; 5,0 Cr₂O₃; 19,3 Fe₂O₃; 0,7 C и 29,6 кг известняка. Массовое соотношение MnO : CaO : V₂O₅ 0,45 : 0,65 : 1. Выход V₂O₅ составил 92,6%, а чистота 95,8%.

Таким образом, заявляемый способ позволяет увеличить, по сравнению с прототипом, степень извлечения ванадия из шлаков на 5 - 8% при одновременном увеличении чистоты товарной пятиокиси ванадия.

Список использованных источников 1. Смирнов Л.А. и др. Металлургическая переработка ванадийсодержащих титаномагнетитов. - Челябинск: Металлургия, 1990, с. 20.

2. Патент РФ N 2034039, C 21 C 5/28, 1993.

Формула изобретения

1. Способ получения соединений ванадия, включающий введение кальцийсодержащей добавки в ваналий- и марганецсодержащий шлак, его обжиг, выщелачивание ванадия серной кислотой и выделение ванадия из раствора, отличающийся тем, что кальцийсодержащую добавку вводят в количестве, обеспечивающем массовое соотношение MnO : CaO : V₂O₅ 0,35 - 0,45 : 0,05 - 0,1 :1 при содержании MnO в шлаке 5,8 - 6,9 мас.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют шлак состава, мас.%: Окись кремния - 10,0 - 24,0 ванадия - 12,9 - 19,7 титана - 4,0 - 11,0 марганца - 5,8 - 6,9 хрома - 1,0 - 5,0 Углерод - 0,3 - 0,7 Гранулы металлического железа - 8,0 - 24,0
Окислы железа - Остальное
3. Способ получения соединений ванадия, включающий введение кальцийсодержащей добавки в ванадий- и марганецсодержащий шлак, его обжиг, выщелачивание ванадия серной кислотой и выделение ванадия из раствора, отличающийся тем, что кальцийсодержащую добавку вводят в количестве, обеспечивающем массовое соотношение MnO : CaO : V₂O₅ 0,45 - 0,70 : 0,65 - 1,3 : 1 при содержании MnO 7,2 - 11,5 мас.%.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что используют шлак состава, мас.%:
Окись кремния - 10,0 - 24,0
ванадия - 10,3 - 25,5
титана - 4,0 - 11,0
марганца - 7,2 - 11,5
хрома - 1,0 - 5,0
Углерод - 0,3 - 0,7
Гранулы металлического железа - 8,0 - 24,0
Окислы железа - Остальноеи