Способ переработки сульфатных ванадийсодержащих сточных вод

 

Изобретение относится к химической и металлургической промышленности, в частности к способам переработки сточных вод производств пятиокиси ванадия, использующих серную кислоту для извлечения ванадия из сырья. Способ включает нейтрализацию сточных вод с доведением значения pH до 8 - 11, отделение образовавшегося осадка, обработку карбонатом или гидроксидом щелочного металла, получение раствора метаванадата щелочного металла и осаждение из него поливанадиевой кислоты минеральной кислотой, причем при нейтрализации сточные воды обрабатывают карбонатом и/или гидроксидом щелочного металла, образовавшийся осадок удаляют, а оставшийся после нейтрализации раствор концентрируют выпариванием до массовой доли пятиокиси ванадия в упаренном растворе 1 - 6%, упаренный раствор кристаллизуют и отделяют кристаллы сульфата натрия от раствора метаванадата щелочного металла. Осуществление способа позволяет полностью утилизировать сточные воды с получением полезных продуктов при одновременном повышении степени извлечения ванадия из сточных вод.

Изобретение относится к технологии обезвреживания токсичных для окружающей среды сточных вод производств пятиокиси ванадия.

Получение ванадия и его соединений сопряжено с определенными трудностями. Например, при производстве пятиокиси ванадия для извлечения ванадия из сырья используют серную кислоту. При этом образуется большое количество сточных вод, загрязненных серной кислотой и сернокислыми солями натрия, ванадия, марганца, железа и других элементов.

Очень часто эти токсичные сточные воды сливают непосредственно в реки, в лучшем случае нейтрализовав их известью. При этом вместе со сточными водами теряется дефицитный ванадий. Кроме того, поскольку соли ванадия относятся к категории токсичных соединений, происходит непрерывное заражение окружающей среды.

Известен способ очистки сточных вод от пятиокиси ванадия, включающий нейтрализацию и сорбцию оксидами алюминия, железа и кремния (см. авт. свид. СССР N 1333649, МПК C 02 F 1/62, 1987 г.).

По этому способу сточные воды нейтрализуют до значений pH 5,8 - 6,0 и пропускают через сорбент - осадитель. После насыщения сорбента его выгружают и направляют на регенерацию кислотой или щелочью. Способ хорош тем, что после очистки сточных вод остаточное содержание в них пятиокиси ванадия не превышает следовых количеств. Но в результате регенерации сорбента образуется значительное количество отработанных регенерационных растворов, требующих деминерализации. Поэтому данный способ не нашел практического применения.

По авт. свид. СССР N 1736948, МПК C 02 F 1/62, 1992 г. очистка сточных вод от солей ванадия достигается обработкой аммонийными солями гуминовых кислот, выделенных из бурового угля, с получением ванадийсодержащего продукта, пригодного для термической переработки. Недостатками этого способа являются высокая стоимость и дефицитность реагентов, недостаточная степень очистки, получение некондиционного продукта.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ выделения ванадия из сточных вод, включающий нейтрализацию известью ("в сточные воды вводят известь в избыточном относительно ванадия количестве"), с доведением значения pH до 8-11, осаждение ванадата кальция, отделение осадка от водной фазы фильтрацией, разбавление осадка водой, пропускание через водную суспензию ванадата кальция углекислого газа до значения pH 6,5 - 8,0, повышение значения pH до 8-10 едкой щелочью или карбонатом щелочного металла, отделение осадка от раствора ванадата щелочного металла, добавление в раствор минеральной кислоты для осаждения поливанадиевой кислоты (см. заявку Японии N 2-10767 МПК C 01 G 31/00, C 02 F 1/62, 1990 г.). Этот способ принят в качестве прототипа.

После отделения осадка поливанадиевой кислоты от раствора осадок сушат, плавят и гранулируют.

Итак, при переработке сточных вод по способу-прототипу нейтрализацию их производят известью, осаждая содержащийся в них ванадий в осадок. Далее все вышеописанные операции осуществляют над осадком.

Конечным продуктом переработки сточных вод по данному способу являются товарная гранулированная пятиокись ванадия и отходы: очищенная от примесных металлов сточная вода с растворенными в ней солями щелочных металлов и твердый осадок, состоящий из смеси гипса, гидроксидов примесных металлов и остатка неизвлеченного ванадата кальция. Получаемые в результате переработки отходы не имеют практического применения и удаляются: вода - на сброс в природные водоемы, а осадок - в отвал.

Более полную утилизацию ванадийсодержащих кислых сточных вод можно получить при осуществлении заявляемого изобретения.

Заявляемое изобретение представляет собой способ переработки сульфатных ванадийсодержащих сточных вод, включающий их нейтрализацию с доведением значения pH до 8-11, отделение образовавшегося осадка, обработку карбонатом или гидроксидом щелочного металла, получение раствора метаванадата щелочного металла и осаждение из него поливанадиевой кислоты минеральной кислотой.

Перечисленные признаки заявляемого способа совпадают с признаками способа-прототипа.

Заявляемый способ отличается тем, что карбонатом и/или гидроксидом щелочного металла обрабатывают сточные воды при нейтрализации, образовавшийся осадок удаляют, а оставшийся после нейтрализации раствор концентрируют выпариванием до массовой доли пятиокиси ванадия в упаренном растворе 1-6%, упаренный раствор кристаллизуют и отделяют кристаллы сульфата натрия от раствора метаванадата щелочного металла.

Наличие отличительных признаков в заявляемом изобретении свидетельствует о соответствии его критерию "новизна".

В настоящей заявке выполняется требование единства изобретения, так как все признаки относятся к одному объекту-способу переработки ванадийсодержащих сточных вод.

Заявляемый способ соответствует критерию "изобретательский уровень". Из приведенного выше описания уровня техники следует, что заявителями не выявлены источники информации, содержащие сведения об аналогах и технических решениях, имеющих признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявляемого изобретения и обладающие такими же свойствами. Отличительные признаки заявляемого способа не выявлены и в других источниках информации о способах и установках по переработке ванадийсодержащих сточных вод.

Изобретение промышленно применимо, так как способ по всем признакам заявляемой совокупности воспроизводим. Ни один его признак, ни весь способ в целом не противоречит использованию его в промышленности с достижением ожидаемого технического результата.

Заявляемая совокупность существенных признаков изобретения совместно с отличительными признаками находится в прямой причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом.

Согласно предлагаемому способу кислые сульфатные ванадийсодержащие сточные воды нейтрализуют карбонатом щелочного металла, например кальцинированной содой (карбонатом натрия). В качестве щелочного реагента для нейтрализации могут быть использованы также едкая щелочь или смесь едкой щелочи и карбоната щелочного металла.

При добавлении в сточные воды кальцинированной соды сначала происходит реакция нейтрализация серной кислоты. Продуктом реакции является сульфат натрия, растворенный в сточной воде. Далее при доведении значения pH до 8-11 во взаимодействие с содой вступают сульфатные соли тяжелых металлов: железа, марганца, алюминия, магния и других элементов. В результате этих реакций образуется растворимый в воде сульфат натрия и нерастворимые осадки карбонатов примесных металлов или их гидроксидов.

Растворенный в сточной воде ванадий в форме поливанадиевой кислоты реагируют с содой с образованием растворимого в воде (при pH 8-11) метаванадата натрия.

В результате нейтрализации сточных вод кальцинированной содой образуется суспензия, жидкой фазой которой является водный раствор сульфата и ванадата натрия, а твердой фазой - смесь твердых осадкой карбонатов и гидроксидов всех примесных металлов. Суспензию разделяют на составляющие фазы фильтрованием или центрифугированием. Осадок отделяют и в зависимости от его состава либо вывозят в отвал, либо направляют на дальнейшую переработку. После нейтрализации все операции, в отличие от прототипа, осуществляют не над осадком, а над осветленной сточной водой с растворенными в ней метаванадатом натрия и сульфатом натрия.

Итак, осветленную сточную воду с растворенным в ней метаванадатом натрия направляют на концентрирование выпариванием. При выпаривании раствора (сточной воды) образуется чистый конденсат, пригодный для любого использования или для слива в природный водоем, и концентрированный по сульфату натрия раствор. Выпаривание сточной воды проводят до массовой доли пятиокиси ванадия в упаренной растворе 1-6%.

Извлечение пятиокиси ванадия из растворов с массовой долей ниже одного процента нерентабельно.

При массовой доле пятиокиси ванадия более шести процентов увеличиваются потери ванадия с кристаллами сульфата натрия вследствие явления "высаливания" метаванадата натрия из концентрированного раствора сульфатом натрия.

Упаренный раствор поступает на кристаллизацию сульфата натрия, где образуется суспензия кристаллов сульфата натрия в маточном растворе. Выпаривание и кристаллизацию сульфата натрия проводят так, чтобы в маточном растворе массовая доля пятиокиси ванадия была в пределах 1-6%.

Полученную суспензию разделяют фильтрованием. Кристаллы сульфата натрия после дополнительной обработки могут быть реализованы как товарный продукт. Жидкую фазу - раствор метаванадата натрия - направляют на осаждение из него поливанадиевой кислоты путем добавления в раствор серной кислоты. Осажденную поливанадиевую кислоту отделяют от раствора. Раствор возвращают на переработку вместе с исходными сточными водами. Осажденную поливанадиевую кислоту сушат, плавят и гранулируют с получением товарной гранулированной пятиокиси ванадия.

Таким образом, при проведении всех операций, предусмотренных формулой изобретения, полностью утилизируются сточные воды с получением полезных продуктов: плавленой гранулированной пятиокиси ванадия, чистого конденсата, товарного сульфата натрия и осадка карбонатов и гидроксидов примесных металлов, незагрязненного гипсом и пригодного в качестве сырья для извлечения других полезных компонентов сточных вод, например марганца. При этом степень извлечения ванадия из сточных вод по результатам опытных исследований составляет 98%.

Формула изобретения

Способ переработки сульфатных ванадийсодержащих сточных вод, включающий их нейтрализацию с доведением значения рН до 8 - 11, отделение образовавшегося осадка, обработку карбонатом или гидроксидом щелочного металла, получение раствора метаванадата щелочного металла и осаждение из него поливанадиевой кислоты минеральной кислотой, отличающийся тем, что карбонатом и/или гидроксидом щелочного металла обрабатывают сточные воды при нейтрализации, образовавшийся осадок удаляют, а оставшийся после нейтрализации раствор концентрируют выпариванием до массовой доли пятиокиси ванадия в упаренном растворе 1 - 6%, упаренный раствор кристаллизуют и отделяют кристаллы сульфата натрия от раствора метаванадата щелочного металла.