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.

Известен способ получения пентаоксида ванадия (ст. Освоение технологии получения пятиокиси ванадия из технического окситрихлорида ванадия. - Ж. Цветная металлургия. - 1976, N 11, - с. 29-30), включающий разложение технического окситрихлорида ванадия водным раствором аммиака до pH 7,5, разбавление полученной вязкой пульпы водой до жидкотекучего состояния, нагревание до 90^oC, фильтрование, отделение титанового кека, введение в фильтрат и промводы хлорида аммиака в количестве 1 кг на 1 кг пентаоксида ванадия, охлаждение до 30^oC, фильтрование, отделение осадка метаванадата аммония от раствора, промывку (отмывку маточного раствора от хлорида аммония), прокалку при конечной температуре в прокалочной печи при 550^oC.

Недостатком данного способа получения пентаоксида ванадия являются большие потери ванадия с отходами производства, в частности с маточными растворами метаванадата аммония.

Наиболее близким способом того же назначения по совокупности общих признаков является способ получения пентаоксида ванадия (патент РФ N 1678073, опуб. БИ 26, 1996 и БИ N 16, 1997), выбранный в качестве прототипа. Способ включает разложение окситрихлорида ванадия в щелочном растворе (растворе гидроксида натрия), содержащем 30-50 г/л хлорида аммония и 50-100 г/л хлорида натрия, выделение из раствора метаванадата аммония, фильтрование пульпы, промывку, сушку и прокалку метаванадата аммония с получением целевого продукта - пентаоксида ванадия.

К недостатку данного способа относятся большие потери ванадия с маточными растворами метаванадата аммония - в связи с высокой остаточной концентрацией ванадия в растворе после осаждения (кристаллизации) метаванадата аммония.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка и сокращение потерь ванадия с отходами производства - маточными растворами метаванадата аммония. Технический результат заключается в уменьшении остаточного содержания (остаточной концентрации) ванадия в маточном растворе метаванадата аммония. Что приведет к снижению загрязнения водоемов токсичными соединениями ванадия.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения пентаоксида ванадия, включающем разложение окситрихлорида ванадия введением его в щелочной раствор, введение в раствор аммонийсодержащего неорганического соединения, выделение из раствора осадка метаванадата аммония, промывку и прокалку его с получением пентаоксида ванадия, особенность заключается в том, что окситрихлорид ванадия вводят в раствор карбоната натрия, обрабатывают неорганической кислотой до pH 1-2, нагревают до температуры 60-100^oC, выдерживают 1-3 часа, нейтрализуют щелочным реагентом, затем вводят в раствор аммонийсодержащее неорганическое соединение.

Кроме того, окситрихлорид ванадия вводят в 1-2 н. раствор карбоната натрия.

Кроме того, нейтрализацию щелочным реагентом проводят до pH 6-8. Кроме того, в качестве аммонийсодержащего неорганического соединения используют хлорид и/или нитрат аммония.

При прочих равных условиях вышеуказанный новый порядок выполнения действий, новые приемы их выполнения, новые режимы и параметры процесса обеспечивают достижение технического результата при осуществлении изобретения, а именно существенное снижение остаточной концентрации ванадия в маточных растворах после отделения осадка метаванадата аммония. Установлено, в частности, что остаточная концентрация ванадия в маточных растворах по предлагаемому способу не превышает 3-35 мг/дм³, в то время как во всех известных способах она обычно составляет 0,5-1,5 г/дм³.

Необходимо отметить, что по предлагаемому способу для достижения поставленной цели необходимо последовательное выполнение всех вышеперечисленных операций и соблюдение всех рекомендуемых параметров процесса (величины pH, температуры, продолжительности процесса). Например, экспериментально установлено, что если проводить разложение в растворе карбоната натрия, но без последующего снижения pH до 1-2 (а также без нагревания до 60-100^oC и выдержки 1-3 часа), то в этом случае цель изобретения не достигается, так как остаточная концентрация ванадия в маточном растворе составляет 1-2 г/дм³. С другой стороны, сама по себе обработка раствора после разложения окситрихлорида ванадия по одному из известных способов кислотой до pH 1-2 (при 60-100^oC и выдержке 1-3 часа), затем щелочью и хлоридом аммония не влияет на концентрацию ванадия в маточном растворе и, соответственно, не отражается на потерях ванадия. И лишь при одновременном выполнении условий по данному способу обеспечивается резкое (в десятки раз) снижение содержания ванадия в сточных водах.

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 аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечисленных заявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения. Новизна заявленного способа заключается в новой последовательности действий, что позволяет снизить содержание ванадия в маточных растворах и тем самым уменьшить его содержание в сточных водах. 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. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

Сущность предложенного технического решения заключается в следующем. Окситрихлорид ванадия разлагают в растворе соды: вливают в 1-3 н. раствор карбоната натрия. Затем в раствор вводят раствор неорганической кислоты, например соляной, до значения pH 1-2, нагревают до 60-100^oC и выдерживают 1-3 часа. После чего раствор нейтрализуют щелочным реагентом, например раствором гидроксида натрия до pH 6-8 и вводят расчетное количество аммонийсодержащего неорганического соединения, например хлорида аммония (1,8-2,5 кг/кг пентаоксида ванадия). Пульпу (суспензию) фильтруют, осадок после промывки сушат и прокаливают с получением товарного пентаоксида ванадия. Маточные растворы, содержащие 3-50 мг/дм³ ванадия, направляют на ионно-обменную (сорбционную) доочистку от ванадия и утилизацию избытка аммонийсодержащего неорганического соединения - хлорида аммония.

Примеры осуществления способа.

Пример 1 (по прототипу)
Окситрихлорид ванадия вливали в раствор (110 г/дм³) гидроксида натрия, содержащий 50 г/дм³ хлорида натрия и 40 г/дм³ хлорида аммония; разложение вели до значения pH 8,0. Пульпу фильтровали, осадок метаванадата аммония промывали на фильтре водой, после чего загружали во вращающуюся печь и прокаливали при конечной температуре 550^oC. В указанных условиях потери ванадия с маточными растворами составили 1,7%. Остаточная концентрация ванадия в маточном растворе составила 500 мг/дм³.

Пример 2 (по предлагаемому способу)
Окситрихлорид ванадия вливали в 2,5 н. раствор карбоната натрия до значения pH 8,0. Раствор затем обрабатывали соляной кислотой до pH 1,5, нагревали до температуры 80^oC и выдерживали в течение 1,5 часов, после чего раствор нейтрализовали раствором гидроксида натрия до pH 7,0 и вводили твердый хлорид аммония из расчета 2,5 кг на 1 кг пентаоксида ванадия. Пульпу перемешивали, выделяющийся осадок метаванадата аммония отделяли от маточного раствора, промывали, сушили и прокаливали с получением товарного продукта - пентаоксида ванадия.

В указанных условиях потери ванадия с маточными растворами составили 0,05% (от исходного количества ванадия). Остаточная концентрация ванадия в маточном растворе составила 10 мг/дм³.

Пример 3.

Окситрихлорид ванадия вливали в 2,5 н. (~270 г/л) раствор карбоната натрия до значения pH 8,0. В раствор затем вводили хлорид аммония из расчета 2,5 кг на 1 кг пентаоксида ванадия. Пульпу перемешивали, выделяющийся осадок метаванадата аммония отделяли от маточного раствора, промывали, сушили и прокаливали с получением товарного продукта - пентаоксида ванадия.

В указанных условиях потери ванадия с маточным раствором составили 7,6% (от исходного количества ванадия). Остаточная концентрация ванадия в маточном растворе - 15400 мг/дм³.

Таким образом, результаты этого опыта показывают, что получение пентаоксида ванадия из окситрихлорида ванадия путем разложения последнего в растворе соды без какой-либо последующей специальной обработки растворами (нейтрализация, нагревание и т.д.) в принципе возможно. Однако поставленная задача изобретения - снижение потерь ванадия с маточными растворами за счет уменьшения остаточных концентраций ванадия в маточнике - не достигается. Более того, по сравнению с известным способом-прототипом (см. пример 1) происходит увеличение потерь ванадия.

Пример 4.

В опытах этой серии изменяли режимы и параметры проведения процесса (величина pH, температура, время), определяли остаточную концентрацию ванадия в маточном растворе и определяли таким образом оптимальные условия.

Окситрихлорид ванадия вливали в 2-3 н. раствор карбоната натрия. Раствор затем обрабатывали соляной кислотой до pH 0,5-5,0, нагревали до температуры 60-110^oC, выдерживали в течение 0-5 часов, нейтрализовали раствором гидроксида натрия до pH 4-9,6. В подготовленный таким образом раствор вводили твердый хлорид аммония и/или нитрат аммония. Пульпу затем фильтровали, осадок метаванадата аммония отдели от маточного раствора, промывали, сушили и прокаливали при температуре 550^oC.

В указанных условиях потери ванадия с маточными растворами в зависимости от выбранных условий составляли от 0,05-0,15% (оптимальные условия) до 1-7,6% (при отклонении режимов процесса от оптимальных). Остаточная концентрация ванадия в маточных растворах соответственно составляла от 10-40 мг/дм³ (оптимальные условия) до 200-1520 мг/дм³ (для неоптимальных условий).

Результаты опытов обобщены в таблице.

Таким образом, разработанный способ получения пентаоксида ванадия обеспечивает в оптимальных условиях осуществление процесса достижения технического результата, заключающегося в уменьшении остаточного содержания ванадия в маточном растворе метаванадата аммония; это в свою очередь позволяет решить задачу изобретения - сократить потери ванадия с отходами производства.