Способ извлечения ванадия из отходов сжигания сернистых мазутов

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для извлечения ванадия из золы, являющейся отходом, образующимся при сжигании в теплоагрегатах ТЭЦ и ГРЭС сернистых ванадийсодержащих мазутов. Техническим результатом является исключение образования вредных газовых выбросов при извлечении ванадия и использование доступного оборудования. Способ заключается в том, что исходную золу смешивают с карбонатом натрия и водой в весовом соотношении 100:(10-60):(30-50) и полученную смесь выдерживают при температуре 100-150°С, предпочтительно 115-120°С, в течение 2 часов. Из полученного саморассыпающегося спека выщелачивают ванадий водой при температуре 95-100°С и соотношении Ж:Т=(1,5-3):1. 1 табл.

 

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для извлечения ванадия из отходов, образующихся при сжигании в теплоагрегатах ТЭЦ и ГРЭС сернистых ванадийсодержащих мазутов.

В настоящее время из-за отсутствия рациональной технологии переработки отходы накапливаются в отстойниках ТЭЦ, создавая опасность для окружающей среды. Отходы представляют собой шламистый материал с содержанием V₂O₅ от 0,8 до 20%, состоящий в основном из оксидов железа, кальция, кремния и несгоревших сажистых остатков органики.

Известен способ переработки зольных остатков ТЭЦ в шихте с другими ванадийсодержащими материалами для получения ванадиевого агломерата и окатышей, используемых далее в черной металлургии для легирования стали (авт. св. СССР №918322, МПК С22В 34/22, публ. 1982 г.). Способ предназначен для использования ванадия в черной металлургии.

В то же время для других областей применения ванадия представляет наибольший интерес получение его в виде пятиокиси ванадия. Для извлечения ванадия в виде пятиокиси ванадия из различных растворов используют осаждение из растворов малорастворимого ванадата аммония с последующим разложением его или осаждение из раствора гидратированной пятиокиси ванадия V₂O₅×Н₂О при рН раствора 1,5-2 с последующим обезвоживанием осадка (Химия и технология редких и рассеянных элементов. Под ред. Большакова. Т.3, М., 1976, стр.320).

Известен способ перевода ванадия из золы в раствор посредством обработки золы раствором перекиси водорода при комнатной или пониженной температуре (заявка Япония №49-32404, МПК С22В 55/00, публ. 1974 г.). Из раствора после нагрева и окисления осаждают ванадий в виде пятиокиси.

Недостаток этого способа - использование дорогостоящего и легко разлагающего реагента.

Известен способ обработки летучих зол, содержащих ванадий, концентрированным раствором едкого натра, который селективно растворяет ванадий из золы, получаемой при переработке битумных сланцев (патент Франции №2187878, МПК С10С 3/00, публ. 1974 г.).

В данном способе применяется довольно дорогой реагент, кроме того, при выщелачивании ванадия из золы, образующейся после сжигания мазутов на ТЭЦ, следует ждать невысокого извлечения ванадия в раствор, поскольку при выщелачивании едким натром ванадаты кальция и железа из золы ТЭЦ разлагаются неполно.

По химизму взаимодействия и технической сущности наиболее близким к предлагаемому способу является способ переработки, применяемый для извлечения ванадия из различных продуктов, заключающийся в спекании ванадиевого сырья с кальцинированной содой (карбонатом натрия) при температуре 600-800°С в окислительной атмосфере с последующим выщелачиванием ванадия из спека водой (патент США №3929460, МПК С22В 7/04, 34/22, публ. 1975 г.).

Описан способ извлечения ванадия из ванадийсодержащих шлаков, близких по составу ванадийсодержащим золам. Данный способ применяется для селективного извлечения ванадия из различных продуктов. В зависимости от расхода соды в раствор может быть извлечено до 90% ванадия. Для осуществления данного способа требуется обжиговая вращающаяся трубчатая печь, футерованная огнеупорами, и система утилизации и обезвреживания образующейся газовой среды.

Необходимость в специальном высокотемпературном оборудовании и дополнительных мероприятиях по пыле- и газоулавливанию затрудняют реализацию способа в условиях каждой отдельной ТЭЦ.

Известен также способ извлечения ванадия из ванадийсодержащего сырья, в качестве которого используют золы ТЭС и после смешивания их с известняком дополнительно обрабатывают водой при Т:Ж 1:1,5:10, температуре 30-80°С в течение 10-30 мин (патент РФ №2080403, МПК С22В 34/22, публ. 1997 г).

Задачей создания предлагаемого изобретения является разработка экологически безвредного, доступного для реализации в обычных условиях способа извлечения ванадия из золы, являющейся отходом сжигания сернистых мазутов с применением карбоната натрия (кальцинированной соды).

Поставленная задача решена в предлагаемом способе, сущность которого заключается в том, что для извлечения ванадия из золы, являющейся отходом сжигания сернистых мазутов, осуществляют термообработку смеси исходной золы с карбонатом натрия и последующее выщелачивание ванадия из полученного спека, при этом исходную золу смешивают с карбонатом натрия и водой, взятых в весовом соотношении 100:(10-60):(30-50), термообработку полученной смеси осуществляют при температуре 100-150°С в течение 2 часов, а выщелачивание ванадия ведут водой при температуре 95-100°С и соотношении Ж:Т=(1,5-3):1.

В условиях предлагаемой термообработки золы газовая фаза состоит, в основном, из водяных паров, которые могут быть легко сконденсированы.

Для очистки газовой смеси не требуется дополнительных мероприятий.

Использование смеси воды с содой при заданных соотношениях позволяет создать в слое золы эффект концентрированного раствора при сравнительно невысоком расходе соды. Контакт частиц золы с концентрированным раствором при температурах 100-150°С обеспечивает десорбцию ванадия с частиц сажи и интенсивное протекание массообменных процессов по схемам:

Ca(VO₄)₂+Na₂CO₃→СаСО₃↓+2NаVO₄

Fe(VO₄)₂+Na₂CO₃+1/4O₂+1/2H₂O→Fe(OH)CO₃↓+2NaVO₄+CO₂

Перевод ванадия в растворимую форму, а кальция и железа - в малорастворимые соединения.

Образующийся рассыпчатый спек выщелачивается водой. Для накопления концентрации ванадия в растворе выщелачивание проводится в плотных пульпах, при соотношении Ж:Т=(1,5-3):1 с частичным или полным использованием получаемых растворов для выщелачивания свежих порций спека. Получаемые растворы с рН 1,5-2 нагреваются до кипения. При этом из раствора выделяется осадок гидратированной пятиокиси ванадия. Разложение исходной золы содовым раствором при относительно низких температурах позволяет получить достаточно чистую пятиокись ванадия с содержанием примесей менее 2%.

Ввиду доступности реализации способа и экологической безопасности он может быть использован непосредственно в условиях каждой ТЭЦ или ГРЭС на небольших установках простой конструкции.

Предлагаемый способ был разработан в лабораторном и укрупненно-лабораторном масштабе. Эффективность применения способа иллюстрируется приведенными примерами и результатами опытов, представленными в таблице.

Пример 1 (по известному аналогу - патент США №3929460).

Навеска исходной золы с содержанием V₂O₅ - 11,3% смешивается с кальцинированной содой (карбонатом натрия) в весовом соотношении 100:20. Смесь нагревается в муфельной печи при температуре 800°С в течение 2 час с продувкой воздухом. После охлаждения спек измельчается и выщелачивается водой при температуре 95°С в течение 1 часа при соотношении Ж:Т=3:1.

В раствор с содержанием V₂O₅ 27,7 г/л извлечено 73,6% V₂O₅. Выход кека составил 48,2%, остаточное содержание в кеке V₂О₅ - 6,2%.

Пример 2 (по предлагаемому способу).

Навеска исходной золы с содержанием V₂O₅ - 11,3% смешивается с карбонатом натрия и водой в соотношении 100:20:50. Смесь нагревается в сушильном шкафу при температуре 120°С в течение 2 часов при контакте с воздухом. Полученный горячий спек выщелачивается водой при температуре 95°С в течение 1 часа при соотношении Ж:Т=3:1.

В раствор с содержанием V₂O₅ 28,0 г/л извлечено 74,4% V₂O₅, выход кека 88,7%. Содержание в нем V₂O₅ 3,26%.

Приведенные примеры показывают, что по аналогу и предлагаемому способу при одинаковом расходе соды достигается примерно одинаковое извлечение ванадия в раствор. Выход кека по аналогу меньше вследствие сжигания при 800°С частиц сажи, содержащихся в золе. Вследствие этого содержание V₂O₅ в кеке по аналогу выше, чем по предлагаемому способу.

Данные, приведенные в таблице, показывают, что в предлагаемом способе при расходе соды 10-60% от массы золы обеспечивается приемлемое извлечение ванадия в раствор. Расход соды более 60% не обеспечивает экономически приемлемый прирост извлечения ванадия. Расход воды 30-50% от массы золы является оптимальным для растворения соды, вводимой в смесь, и достаточным для поддержания смеси во влажном состоянии в период термообработки при 100-150°С.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет перевести ванадий в раствор с извлечением, сопоставимым и несколько более высоким, чем по аналогу. При этом процесс проводится при низких температурах, исключающих образование вредных газовых выбросов, и с использованием доступного оборудования.

Таблица
Результаты выщелачивания ванадия из золы ТЭЦ после термообработки золы с карбонатом натрия по аналогу (патент США №3929460) и по предлагаемому способу.
№ опыта	Условия термообработки исходной золы (на 100 г золы)	Условия выщелачивания полученного спека	Характеры раствора после выщелачивания	Кек после выщелачивания	Извлечение V2O5 в раствор, %
	Расход Na2CO3,%	Расход Н2O, %	t, °C	τ, час	Раствор для выщелачивания Ж:Т	t, °C	τ, час	Объем, л на 100 г золы с промводой	pH	V2O5, г/л	Выход, %	V2O5,%
1	По аналогу	Н2O, 3:1	95	1	0,3	9,1	27,7	48,2	6,2	73,6
20	-	800	2
2	По предлагаемому способу	Н2O, 3:1	95	1	0,3	8,9	26,5	91,0	3,67	70,4
10	50	120	2
3	20	50	120	2	Н2O, 3:1	95	1	0,3	9,3	28,0	88,7	3,26	74,4
4	40	50	120	2	H2О, 3:1	95	1	0,3	10,1	28,7	86,5	3,11	76,2
5	60	50	120	2	Н2O, 3:1	95	1	0,3	10,8	30,0	83,2	2,77	79,6

Способ извлечения ванадия из золы, являющейся отходом сжигания сернистых мазутов, включающий термообработку смеси исходной золы с карбонатом натрия и последующее выщелачивание ванадия водой из полученного спека, отличающийся тем, что исходную золу смешивают с карбонатом натрия и водой, взятых в весовом соотношении 100:(10-60):(30-50), и осуществляют термообработку смеси при температуре 100-150°С в течение 2 ч, а выщелачивание ванадия водой ведут при температуре 95-100°С и соотношении Ж:Т=(1,5-3):1.