Способ извлечения ванадия из шлаков и других ванадийсодержащих материалов

 

Способ извлечения ванадия из шлаков и других ванадийсодержащих материалов, включающий окислительный обжиг с карбонатами или окислами кальция или магния, слабокислотное выщелачивание при рН 2,5 - 3,2, кислотное довыщелачивание 1 - 5%-ным раствором серной кислоты, осаждение ванадия гидролизом и обработку осадка сульфатом алюминия, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь ванадия и сокращения объема сливных вод, раствор после кислотного доизвлечения разбавляют водой до рН,3,5 - 4,8, подогревают его до температуры 40 - 45^oС и направляют на слабокислотное выщелачивание.

Изобретение относится металлургии, в частности к способам извлечения ванадия из шлаков и других ванадийсодержащих материалов, и может быть использовано при производстве ванадиевой продукции. Для вскрытия шлаков применяют окислительный обжиг с содой [1] Недостаток этого способа получение сливных вод с высоким содержанием солей натрия. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ [2] включающий окислительный обжиг ванадийсодержащих материалов с карбонатами или окислами кальция или магния, кислотное выщелачивание огарка, гидролиз и обработку полученного концентрата пятиокиси ванадия реагентным раствором, причем в качестве реагента используют сульфат алюминия. По данному способу концентрат пятиокиси ванадия получают из смеси ванадийсодержащих растворов (рН-ных и кислых) гидролитическим осаждением. рН-ный или слабокислый раствор с промывными водами имеет рН среды 2,5-3,2. Кислый раствор или раствор кислотного доизвлечения ванадия и огарка с промывными водами содержит от 1 до 5% серной кислоты. Слабокислый (рН-ный) раствор образуется при выщелачивании ванадия из обожженного тонкоизмельченного ванадийсодержащего материала (конверторный ванадиевый шлак и известняк) водным раствором серной кислоты. Серная кислота добавляется в количестве, обеспечивающем рН среды 2,5-3,2. При этом расход серной кислоты колеблется и зависит от содержания пятиокиси ванадия, окиси кальция в обожженном ванадийсодержащем шлаке, отношения твердого к жидкому в пульпе (шихты к воде) и количества других легковскрываемых примесей. Слабокислотное выщелачивание ванадия ведут в аппаратах кислотостойкого исполнения поскольку при рН 2,5-3,2 легко переходит в раствор железо и восстанавливает пятивалентный ванадий до четырехвалентных форм, что приводит к разрушению аппарата, а также к потере ванадия. Ванадийсодержащие растворы, образующиеся в результате выщелачивания, отделяются от твердой фазы фильтрованием. Для полного вытеснения растворенного ванадия из твердой фазы последний промывают водой в отношении T Ж 1:2. Слабокислотное выщелачивание обеспечивает переход в раствор 75-80% вскрытого в процессе обжига ванадия. В твердой фазе остается 2-4% пятиокиси ванадия, в т.ч. 0,8-2,5% в кислоторастворимой форме. В связи с этим осуществляют доизвлечение ванадия из твердой фазы водным раствором 3-5%-ной серной кислоты. Обработанная водным раствором серной кислоты твердая фаза после фильтрации становится отходом производства отвальным шламом. Объем слабокислых ванадиевых растворов составляет 45-50 м³/ч, кислых 20-25 м³/ч. Химический состав растворов представлен в табл. 1. Таким образом, при выщелачивании огарка в растворы переходят не только соединения ванадия, но марганца, железа и другие примеси, которые в процессе гидролитического выделения ванадия соосаждаются с ним, загрязняя получаемый продукт. Ванадийсодержащие растворы (слабокислотные и растворы кислотного доизвлечения ванадия) объединяются в отношении 2:1 и направляются на осаждение ванадия из них при соблюдении следующих параметров: рН среды 1,5-1,6, температура 96-98^oС, τ 60 мин. В объединенных растворах содержание ведущего компонента уменьшается до 13-18 г/л, что отрицательно сказывается на производительности предприятия. Объем растворов, поступающих на гидролиз, составляет 80-100 м³/ч. В результате высокотемпературного гидролиза получают концентрат пятиокиси ванадия с содержанием примесей от 8-10% (в том числе окиси марганца 3-4%) и сливные воды, которые являются отходом производства. Концентрат пятиокиси ванадия используют для выплавки феррованадия, содержание марганца в котором колеблется от 3 до 6% что исключает возможность его применения для легирования некоторых марок сталей, например быстрорежущих. Как показала практика работы цеха по производству пятиокиси ванадия и феррованадия НПО "Тулачермет", средний объем сливных вод составляет 80-100 м³/ч. Химический состав их следующий: V₂O₅ 0,45-0,71 г/л; MnO 4-6 г/л; Fe_общ. 0,02-0,04 г/л. Со сливными водами теряется от 30 до 70 кг пятиокиси ванадия в час или 50 кг на 1 т получаемой пятиокиси ванадия. Таким образом, известный способ не обеспечивает снижения объема сливных вод, уменьшения потерь ванадия со сливными водами и интенсификации технологического процесса. Целью изобретения является уменьшение потерь ванадия и сокращение объема сливных вод. Указанная цель достигается тем, что в способе извлечения ванадия из шлаков и других ванадийсодержащих материалов, включающем окислительный обжиг с карбонатами или окислами кальция или магния, слабокислотное выщелаивание при рН 2,5-3,2, кислотное довыщелачивание 1-5%-ным раствором серной кислоты, осаждение ванадия гидролизом и обработку осадка сульфатом алюминия, раствор после кислотного доизвлечения разбавляют водой до рН 3,5-4,8, подогревают его до температуры 40-45^oС и направляют на слабокислотное выщелачивание. Сущность способа заключается в следующем. Разбавление водой раствора кислотного доизвлечения ванадия до рН среды 3,5-4,8 и подогрев полученного раствора до температуры 40-45^oС обеспечивает оптимальное отношение твердого к жидкому для выщелачивания 1:3-4 и стабильное получение рН-ных растворов с содержанием пятиокиси ванадия 30-37 г/л, т.е. тот интервал, при котором объем сливных вод уменьшается на 25-40% и достигается высокая производительность процессов слабокислотного выщелачивания и гидролиза. Повышение кислотности до рН среды менее 3,5 и температуры до более 45^oС исключает возможность подачи этих растворов непосредственно на стадию измельчения шихты в связи с тем, что создаются условия для протекания процесса местного гидролитического осаждения ванадия, которые приводят к потерям ванадия. Уменьшение кислотности до рН среды более 4,8 и температуры до менее 40^oС нецелесообразно из-за незначительного сокращения объема сливных вод, потерь ванадия и незначительной интенсификации производственного процесса. Повторное использование раствора кислотного доизвлечения ванадия без предварительного разбавления его водой до рН 3,5-4,8 для переработки шлаков по известково-сернокислотной технологии невозможно, поскольку концентрация серной кислоты в растворе кислотного доизвлечения ванадия колеблется от 1 до 5% что приводит к созданию условий осаждения ванадия одновременно с выщелачиванием. Кроме того, использование раствора кислотного доизвлечения ванадия требует применения оборудования по "мокрому" измельчению обожженной шихты в кислотостойком исполнении, что экономически нецелесообразно. Использование раствора кислотного доизвлечения ванадия для выщелачивания ванадия из огарка приводит к накоплению в технологических растворах примесей железа, марганца, кремния, фосфора и к последующему закономерному загрязнении пятиокиси ванадия, поэтому предлагаемое техническое решение не может быть реализовано без использования способа очистки пятиокиси ванадия от примесей на фильтре, например, сульфатом алюминия. Пример 1. 90 г обожженной при 860^oС в течение 60 мин ванадиевой шихты, состоящей из ванадиевого шлака и известняка при отношении CaO/V₂O₅ 0,45, разделили на 3 части. Каждую часть шихты весом 30 г переработали по схеме, приведенной в табл. 2, причем переработка шихты N 1 осуществлялась по технологической схеме способа-прототипа, а N 2 и 3 по предложенному способу. 30 г обожженной шихты поместили в химический стакан, прилили 120 мл воды, содержимое стакана подогрели до 60^oС и при постоянном перемешивании добавляли серную кислоту в количестве, обеспечивающем рН среды 2,5, т.е. осуществляли слабокислотное выщелачиваие. Фильтрованием отделили жидкую часть от твердой. Получили ванадиевые растворы слабокислотного выщелачивания, а твердую фазу в слое на фильтре обработали 3,0%-ным раствором серной кислоты (кислотное выщелачивание) при отношении твердого к жидкому 1:2 для доизвлечения ванадия. В результате этой операции получили раствор кислотного доизвлечения ванадия и отвальный шлам, который высушили при 105^oС и проанализировали. Для гидролитического выделения ванадия слабокислотный раствор и раствор кислотного доизвлечения ванадия объединили, подкорректировали серной кислотой рН среды до 1,6 и провели гидролиз при следующих параметрах: температура 96-98^oС, рН 1,6, при постоянном перемешивании в течение 1 ч. После этого отделили жидкую часть от твердой. Жидкую фазу (сливную воду) проанализировали на содержание V₂O₅ (г/л), а твердую фазу так называемую пятиокись ванадия, в слое на фильтре обработали 7%-ным раствором сульфата алюминия для удаления примесей, например, железа, марганца, высушили при 105^oС и проанализировали на содержание V₂О₅ и MnO. Пример 2. 30 г обожженной шихты поместили в химический стакан, прилили 120 мл разбавленного водой до рН 3,5 и подогретого до 45^oС раствора кислотного доизвлечения ванадия, подогрели до 60^oС и при постоянном перемешивании добавили серную кислоту в количестве, обеспечивающем рН среды 2,5, т.е. осуществили слабокислотное выщелачивание, фильтрованием отделили жидкую часть от твердой. Получили ванадиевые растворы слабокислотного выщелачивания, а твердую фазу в слое на фильтре обработали 3,0%-ным раствором серной кислоты (кислотное выщелачивание) при отношении твердого к жидкому 1:2 для доизвлечения ванадия. В результате этой операции получили раствор кислотного доизвлечения ванадия и отвальный шлам. Раствор кислотного доизвлечения ванадия разбавляли водой до рН среды 3,5-4,8 и направляли на проведение слабокислотного выщелачивания новой порции обожженной ванадиевой шихты. Отвальный шлам высушили при 105^oС и проанализировали. Гидролитическое выделение ванадия осуществляли из раствора только слабокислотного выщелачивания, который серной кислотой подкислили до рН среды 1,6. Гидролиз провели при следующих параметрах: 96-98^oC, рН среды 1,6, при постоянном перемешивании в течение 1 ч. После этого отделили жидкую часть от твердой. Жидкую фазу (сливную воду) проанализировали на содержание V₂O₅ (г/л), а твердую фазу в слое на фильтре обработали 7%-ным раствором сульфата алюминия для удаления примесей, например, железа, марганца, высушили при 105^oС и проанализировали на содержание V₂O₅ и MnO. Пример 3. 30 г обожженной шихты поместили в химический стакан, прилили 120 мл разбавленного водой до рН среды 4,8 и подогретого до 45^oС раствора кислотного доизвлечения ванадия, подогрели до 60^oС и при постоянном перемешивании добавили серную кислоту в количестве, обеспечивающем рН среды 2,5, т.е. осуществили слабокислотное выщелачивание, параметры которого следующие: рН 2,5; 60^oC, t 30 мин. Фильтрованием отделили жидкую часть от твердой. Получили ванадиевые растворы слабокислотного выщелачивания, а твердую фазу в слое на фильтре обработали 3,0%-ным раствором серной кислоты (кислотное выщелачивание) при отношении твердого к жидкому 1:2 для доизвлечения ванадия. В результате этой операции получили раствор кислотного доизвлечения ванадия и отвальный шлам. Раствор кислотного доизвлечения ванадия разбавили водой до рН среды 3,5-4,8 и направили для проведения слабокислотного выщелачивания новой порции обожженной ванадиевой шихты. Отвальный шлам высушили при 105^oС и проанализировали. Гидролитическое выделение ванадия осуществляли из раствора только слабокислотного выщелачивания, который подкислили серной кислотой до рН среды 1,6. Гидролиз провели при следующих параметрах: рН среды 1,6; 96-98^oС, при постоянном перемешивании в течение 1 ч. После этого отделили жидкую часть от твердой. Жидкую фазу (сливную воду) проанализировали на содержание V₂O₅ (г/л), а твердую фазу в слое на фильтре обработали 7%-ным раствором сульфата алюминия для удаления примесей, например, железа, марганца, высушили при 105^oС и проанализировали на содержание V₂O₅ и MnO. Использование предлагаемого технического решения позволяет сократить объем сливных вод на 30% с одновременным снижением потерь ванадия, повысить производительность технологического процесса на 30% Гидролитическое выделение ванадия обычно ведут на двух нитках вертикально расположенных аппаратов( смеситель, гидролизер, сгуститель). После реализации изобретения процесс гидролитического осаждения ванадия можно осуществлять на одной нитке или увеличить производительность данного процесса вдвое.

Формула изобретения

Способ извлечения ванадия из шлаков и других ванадийсодержащих материалов, включающий окислительный обжиг с карбонатами или окислами кальция или магния, слабокислотное выщелачивание при рН 2,5 3,2, кислотное довыщелачивание 1 5%-ным раствором серной кислоты, осаждение ванадия гидролизом и обработку осадка сульфатом алюминия, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь ванадия и сокращения объема сливных вод, раствор после кислотного доизвлечения разбавляют водой до рН,3,5 4,8, подогревают его до температуры 40 45^oС и направляют на слабокислотное выщелачивание.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2