Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНТАОКСИДА ВАНАДИЯ

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при получении пентаоксида ванадия из окситрихлорида ванадия - побочного продукта производства губчатого титана.

При производстве губчатого титана в процессе очистки тетрахлорида титана образуется полупродукт - технический окситрихлорид ванадия, который перерабатывают на пентаоксид ванадия различными методами (ст. Освоение технологии производства пятиокиси ванадия из технического окситрихлорида ванадия. - Яковенко Б.И., Кунгина Н.И., Перминова А.С., Ельцов Б.И., Бокман Г.Ю. - Ж.Цветная металлургия, 1976, №11, стр.29-30).

Недостатком данного способа является то, что технический окситрихлорид ванадия содержит значительное количество примесей, таких как титан, кремний, железо и др., которые затрудняют процесс перехода ванадия в готовый продукт, либо не позволяют вести процесс с достаточной производительностью, забивая коллоидными соединениями фильтры.

Известен способ получения пентаоксида ванадия (пат. РФ №2172789, опубл. 27.08.2000, бюл.24), включающий разложение окситрихлорида ванадия щелочным раствором, содержащим гидроксид натрия с добавками хлорида натрия и аммонийсодержащего неорганического соединения, с получением метаванадата аммония, который затем отделяют от маточного раствора, осадок промывают, сушат и прокаливают с получением пентаоксида ванадия. В маточные растворы, содержащие ванадий, хлориды и нитраты натрия и аммония, вводят гидроксид натрия до концентрации 100 г/л и повторно используют для разложения окситрихлорида ванадия. Это позволяет повысить производительность процесса за счет сокращения расхода промвод, необходимых для промывки, уменьшения времени промывки и сокращения потерь ванадия с промводами.

Недостатком способа является то, что степень извлечения ванадия в готовый продукт низкая и составляет 86%, что приводит к большим потерям ванадия с промводами и создает дополнительные операции доизвлечения ванадия из сточных вод, так как примесь ванадия является экологически вредным компонентом для окружающей среды.

Известен способ получения пентаоксида ванадия (пат. РФ №2175990, опубл. 20.11.2001, бюл.32), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий заливку окситрихлорида ванадия в щелочной раствор (2-3 н раствор карбоната натрия) до рН 8,0, обработку раствором соляной кислоты до рН 1-2, нагрев до температуры 60-100°С, выдержку 1-3 часа, нейтрализацию щелочным реагентом, например гидроксидом натрия до рН 6-8, загрузку в подготовленный раствор твердого аммонийсодержащего неорганического соединения, например хлорида и/или нитрата аммония, с получением пульпы, фильтрацию, отделение осадка метаванадата аммония от маточного раствора, промывку, сушку и прокаливание при температуре 550°С. Это позволяет снизить потери ванадия с отходами производства.

Недостатком способа является то, что степень извлечения ванадия в готовый продукт низкая и составляет 86%, что приводит к большим потерям ванадия с промводами и создает дополнительные операции доизвлечения ванадия из сточных вод, так как примесь ванадия является экологически вредным компонентом для окружающей среды.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет повысить степень извлечения ванадия в готовый продукт до 98,5-98,8 мас.%.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения пентаоксида ванадия, включающий разложение окситрихлорида ванадия щелочным раствором с получением метаванадата натрия, загрузку твердого аммонийсодержащего неорганического соединения с получением пульпы метаванадата аммония, перемешивание, отделение осадка метаванадата аммония от маточного раствора, его промывку, сушку и прокаливание, в котором новым является то, что, в качестве щелочного раствора используют смесь карбоната натрия с гидроксидом натрия при массовом соотношении (0,05-0,1):1, для чего в реактор заливают водный раствор, последовательно загружают в него при непрерывном перемешивании твердый карбонат натрия, затем раствор гидроксида натрия, перемешивают, в полученный щелочной раствор загружают при непрерывном перемешивании раствор окситрихлорида ванадия с получением пульпы, пульпу выдерживают, фильтруют, промывают водой, вновь фильтруют с отделением маточного раствора метаванадата натрия, который обрабатывают твердой солью аммонийсодержащего неорганического соединения с получением пульпы метаванадата аммония.

Кроме того, в качестве водного раствора используют маточные растворы от промывки пульпы метаванадата натрия и промывки пульпы метаванадата аммония.

Кроме того, в щелочной раствор загружают окситрихлорид ванадия до содержания рН среды равной 7-8.

Кроме того, скорость подачи окситрихлорида ванадия в щелочной раствор составляет 250-300 кг/час.

Кроме того, температуру пульпы при загрузке окситрихлорида ванадия поддерживают 80-90°С.

Кроме того, продолжительность процесса выдержки при загрузке окситрихлорида ванадия составляет не менее 1 часа.

Кроме того, перемешивание растворов составляет 15-30 минут.

Кроме того, температуру маточного раствора метаванадата натрия на процессе обработки аммонийсодержащими неорганическими соединениями поддерживают 55-60°С.

Кроме того, массовая концентрация гидроксида натрия в растворе в процессе разложения составляет 100-150 г/л.

Подобранная опытным путем последовательность проведения операций получения пентаоксида ванадия позволяет исключить переход примесей в готовый продукт и тем самым повысить степень извлечения ванадия в готовый продукт.

Использование в качестве щелочного раствора смеси карбоната натрия и гидроксида натрия при соотношении, равном (0,05-0,1):1, позволяет уменьшить переход в маточной раствор метаванадата натрия соединений титана и кремния, что улучшает фильтрацию пульпы, корректирует рН среды и позволяет повысить степень извлечения ванадия в готовый продукт.

Применение в качестве водного раствора маточных растворов от промывки пульпы метаванадата натрия и промывки пульпы метаванадата аммония, а также фильтрата после фильтрации метаванадата натрия и метаванадата аммония позволяет повторно извлекать ванадий из растворов и тем самым повысить степень извлечения ванадия в готовый продукт.

Подбор определенного режима проведения процесса получения пентаоксида ванадия, а именно температура пульпы при процессе разложения 80-90°С, рН среды и время перемешивания, позволяет значительно уменьшить количество примесей за счет перехода их в твердую фазу при разложении метаванадата аммония и тем самым повысить степень извлечения ванадия в готовый продукт.

Поддержание температуры маточного раствора метаванадата натрия 55-60°С в процессе обработки твердыми аммонийсодержащими неорганическими соединениями позволяет увеличить реакционную способность раствора и, как следствие, повысить степень извлечения ванадия в готовый продукт.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе получения пентаоксида ванадия, изложенных в пунктах формулы изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Заявленные признаки являются новыми и не вытекают явным образом для специалиста, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Примеры осуществления способа.

Пример 1

В реактор разложения закачивают насосом типа ТН-70 5,0 м³ маточных растворов от процесса промывки пульпы метаванадата натрия и от процесса промывки пульпы метаванадата аммония. Включают мешалку реактора разложения и при перемешивании загружают 60 кг карбоната натрия (ГОСТ 5100-85), затем в реактор заливают 800 кг гидрооксида натрия (СТО 48-949.4-2009) при массовом соотношении 0,1:1 карбоната натрия к гидроксиду натрия, перемешивают в течение 15 минут и начинают загружать технический раствор окситрихлорида ванадия (СТО 48-375.4-2006) с содержанием VOCl₃ не менее 98 мас.% и массовой доле кремния не более 0,003% и по рН-метру следят за рН раствора. Окситрихлорид ванадия загружают до рН раствора, равного 7, в количестве 800 кг при скорости подачи окситрихлорида ванадия в щелочной раствор, равной 250 кг/час.

Взаимодействие технического окситрихлорида ванадия с гидроксидом натрия происходит по реакции:

VOCl₃+4NaOH=NaVO₃+3NaCl+2H₂O

TiCl₄+4NaOH=TiO(OH)₂+4NaCl+H₂O

В результате реакций получают пульпу в виде маточного раствора метаванадата натрия (СТО 48-349.1-2008) и диоксида титана - в виде титано-ванадиевого кека (СТО 48-386.1-2006). Полученную пульпу подвергают фильтрации на фильтре-прессе. Отделенный осадок диоксида титана, промывают горячей водой, затем гидроксидом натрия и направляют на дальнейшую переработку. А маточный раствор метаванадата натрия перед кристаллизацией нагревают до температуры 55°С, для чего в рубашку реактора подают пар, затем насосом типа ТН-70 подают в реактор на процесс кристаллизации при обработке хлористым аммонием (ГОСТ 22-73) из расчета 2,6 кг на 1 кг пентаоксида ванадия или аммиачной селитрой - нитрат аммония (ГОСТ2-85) из расчета 4,2 кг на 1 кг пентаоксида ванадия, по реакции:

NaVO₃+NH₄Cl=NH₄VO₃+NaCl

NaVO₃+NH₄NO₃=NH₃VO₃+NaNO₃

При перемешивании в результате реакции образуется пульпа с метаванадатом аммония, которую фильтруют на барабанном вакуум-фильтре БОН-5. Температуру пульпы при загрузке окситрихлорида ванадия поддерживают 85°С. При фильтрации одновременно осуществляется промывка осадка от водорастворимых солей артезианской водой. Полученный осадок метаванадата аммония (ТУ 6-09-517-2002) направляют в прокалочную печь, при температуре 400-660°С метаванадат аммония разлагается:

2NH₄VO₃=V₂O₅+2NH₃+H₂O

В результате получают готовый продукт пентаоксид ванадия (ТУ 1761-465-05785388-2006). Выход готового продукта в виде пентаоксида ванадия составляет 98,5-98,8 мас.%. Примеси в готовом продукте - пентаоксиде ванадия составляют, мас.%: железо - 0,03-0,07, кремний - 0,03-0,07, марганец - 0,01, сера - 0,005, фосфор - 0,01, хлор - 0,01, сумма калия и натрия - 0,1-0,3.

Таким образом, предложенный способ получения пентаоксида ванадия при новой последовательности действий позволяет повысить степень извлечения ванадия в готовый продукт до 98,5-98,8 мас.%. Что значительно снижает выбросы ванадия в виде отходов в окружающую среду и уменьшает ее загрязнение.