СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВАНАДИЯ ИЗ РАСТВОРОВ

Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к способам извлечения ванадия из ванадийсодержащих щелочных растворов, полученных от выщелачивания металлургических шлаков и других ванадийсодержащих материалов.

Известен способ извлечения ванадия из щелочных и кислых растворов, полученных соответственно от водного и последующего кислотного выщелачивания шлаков, предварительно обожженных с содой, путем взаимной нейтрализации указанных щелочных и кислых растворов [1, 2]. Данный способ реализован в практике на Чусовском металлургическом заводе.

Известен также способ гидролитического осаждения ванадия путем нейтрализации растворов, полученных после кислотного выщелачивания шлаков, предварительно обожженных с кальцийсодержащими добавками [1, 2]. Способ реализован на ААОТ “Ванадий - Тулачермет”.

Оба указанных способа имеют следующие недостатки:

- не обеспечивают полного извлечения ванадия из растворов (извлечение ванадия ≤90%);

- обеспечивают получение товарного продукта недостаточно высокого качества, содержащего примеси элементов пустой породы (V₂O₅ ≤75%);

- загрязняют окружающую среду, т.к. применение этих способов приводит к получению большого количества сточных вод, содержащих ионы ванадия, кальция, хрома, кремния, железа, фосфора, SO

- экономически дорогостоящи из-за большого количества используемых и нерегенерируемых реагентов (Na₂CO₃, СаО, Н₂SO₄, NH₄Cl и т.д.).

Наиболее близким по технической сущности является “Способ выделения ванадия” [3] из щелочных растворов путем предварительного упаривания с последовательной обработкой растворов аммиаком, охлаждением растворов до 5-7°С, обработкой углекислым газом в течение 3 часов для перевода едкого натра, соды и гидроксида аммония в бикарбонаты и введением “затравки” - кристаллов ванадата аммония. При этих условиях кристаллизуется метаванадат аммония (NH₄VO₃). Содержание V₂O₅ в исходном растворе снижается с 30 до 1,8 г·дм^-3. Степень осаждения ванадия из раствора ≤94%.

Пентаоксид ванадия, полученный после прокаливания ванадата аммония при 460°С, содержит (кроме V₂O₅) примеси Na₂O, SiO₂, Al₂O₃ и др. Аммиак, выделяющийся от прокаливания NH₄VO₃, предлагается улавливать и возвращать в технологическую схему.

Из маточного раствора при нагревании острым паром при 80-85°С предлагается выделять газообразные аммиак и СO₂, которые направляют на обработку новой порции раствора перед осаждением из него ванадия.

Ввиду сложности предложенной технологической схемы и аппаратурного оформления, повышенной энергоемкости схемы (два цикла упарки растворов, охлаждение раствора до 5-7°С для кристаллизации NH₄VO₃, термическое разложение ванадата аммония), достаточно низкой степени извлечения ванадия из раствора ≤94%, получение товарного продукта, загрязненного примесями, “сокращения”, а не полной ликвидации сточных вод, данная технология не нашла промышленного применения.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка более простого в использовании, более экономичного,

экологически чистого способа извлечения ванадия из щелочных растворов, в том числе из растворов от выщелачивания металлургических шлаков. Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является обеспечение наиболее полного извлечения ванадия из растворов, получение наиболее чистых товарных продуктов, полный возврат маточных растворов в оборот технологической схемы.

Поставленная задача достигается тем, что в способе извлечения ванадия, включающем выщелачивание ванадийсодержащего материала с получением щелочного ванадийсодержащего раствора и извлечение из него ванадия, согласно изобретению извлечение ванадия осуществляют при комнатной температуре путем смешивания ванадийсодержащего раствора с одноатомным спиртом (например, метиловым или этиловым) в количестве, обеспечивающем его содержание в растворе не менее 25% объемных, отстаивание смеси с получением двух фаз: донной, в которой концентрируется ванадий и из которой получают твердый осадок ванадата натрия, и верхней, представляющей собой водный раствор щелочи со спиртом, которую отделяют, отгоняют спирт, корректируют и направляют на получение щелочных ванадийсодержащих растворов.

При отстаивании ванадийсодержащий раствор разделяется на две фазы: донную и верхнюю. Донная фаза представляет собой пересыщенный водный раствор ванадата натрия. Верхняя фаза - водно-спиртовой раствор соды.

Разделение исходного раствора на две фазы осуществляется за счет присутствия в нем одноатомного спирта. Обработка спиртом обеспечивает снижение удельного веса и динамической вязкости раствора, понижение растворимости NaVO₃, в результате чего происходит расслоение раствора по удельным весам, и наиболее тяжелая фракция, включающая ванадат натрия, переходит в донную фазу.

Остаточное содержание ванадия в растворе верхней фазы составляет 0,1 г·дм^-3 при содержании ванадия в исходном растворе до 30-40 г·дм^-3. Таким образом, извлечение ванадия в донную фазу на данной операции - более 99%.

Донная ванадийсодержащая фаза после промывки и сушки представляет собой твердый осадок ванадата натрия, не содержащий практически посторонних примесей.

Полученный ванадат натрия может быть использован непосредственно как химически чистый реагент, а также в плавке для получения феррованадия или переработан по известным технологиям в другие ванадиевые соединения, например, такие как NH₄VO₃, V₂О₅ и т.д.

Верхняя фаза после отгонки спирта и доукрепления содой или другими щелочами направляется на выщелачивание свежей порции ванадийсодержащего материала. Отгоняемый из пульпы спирт поступает на осаждение ванадия из свежей порции раствора.

Таким образом предлагаемый нами способ извлечения ванадия из щелочных растворов принципиально отличается от прототипа (без упарки ванадийсодержащих растворов или охлаждения до 5-7°С, без применения токсичных реагентов, каковым является аммиак, без использования большого количества дорогостоящего СО₂, без сложных способов регенерации реагентов) тем, что используется только один реагент - спирт, который легко регенерируется, полным использованием маточного щелочного раствора (после извлечения из него ванадия) в обороте технологической схемы, что исключает появление в схеме каких-либо сточных вод, а следовательно, - безвозвратных потерь ванадия. Подтверждением извлечения ванадия по заявляемому способу являются данные таблицы 1.

Пример осуществления способа.

После окислительного обжига без каких-либо добавок щелочных или

щелочноземельных металлов ванадийсодержащий шлак выщелачивают водным раствором соды.

В зависимости от содержания ванадия в шлаке и условий выщелачивания концентрация ванадия в щелочном содовом растворе составляет 20-40 г·дм^-3, а остаточная концентрация соды 40-200 г·дм^-3.

К полученному щелочному содовому ванадийсодержащему раствору добавляли этиловый спирт из расчета получения объемной концентрации спирта в растворе от 20% и более. Смесь щелочного содового ванадийсодержащего раствора со спиртом размешивали и отстаивали. При отстаивании в течение 2,5-3 мин происходит расслаивание раствора на две фазы: донную и верхнюю.

Донную фазу из реакционного сосуда выпускали через сливное отверстие, промывали, сушили и анализировали на содержание ванадия и примесей.

Верхнюю фазу анализировали на остаточное содержание ванадия и содержание соды, отгоняли и улавливали спирт, после чего подавали на выщелачивание новой порции шлака.

Результаты опытов представлены в табл. 1.

Таблица 1. Данные опытов извлечения ванадия из содовых растворов. Количество пробы, мл Содержание ванадия и соды в исходных растворах (),г·дм-3 Задано спирта Верхняя фаза Донная фаза     мл Спирта в объеме смеси растворов, % Содержание ванадия, г·дм-3 Количество ванадия, г Извлечение ванадия, % Количество ванадия, г Извлечение ванадия, % 40 35,6/63 10 20 26,45 1,243 87,29 0,1010 12,71 40 35,6/63 13,5 25,2 2,70 0,115 8,08 1,2890 91,92 40 35,6/63 16 28,6 0,10 0,0044 0,31 1,4196 99,69 40 35,6/63 20 33,3 0,10 0,0048 0,34 1,4192 99,66 40 35,6/63 24 37,5 0,10 0,0052 0,36 1,4188 99,64

Из таблицы 1 следует, что оптимальной концентрацией спирта в растворе является ≥25, при которой извлечение ванадия в донную фазу происходит до 99,7%.

Примерно аналогичные результаты получены при извлечении ванадия из щелочных растворов КОН и NaOH.

Предлагаемый способ может быть использован в существующей на практике технологии извлечения ванадия из растворов водного выщелачивания шлаков, предварительно обожженных с содой (например, на Чусовском металлургическом заводе).

Таким образом, предлагаемое техническое решение по сравнению с известным позволяет упростить технологию извлечения ванадия из щелочных содовых растворов, повысить извлечение ванадия и получить более качественный товарный продукт (табл. 2).

Вышесказанное, в конечном итоге, приводит к удешевлению производства ванадиевых продуктов.

Таблица 2. Сравнительные данные по заявляемому и известному способам.   Условия осаждения ванадия Результаты осаждения ванадия Способ в ванадий содержащем растворе, г·дм-3 Концентрация задаваемых реагентов Температура раствора при осаждении, °С Температура сушки и обжига, °С Остаточ ная концент рация ванадия в растворе, г·дм-3 Извле чение ванадия из растворов, % Товарная продукция Приме си в товар ной продукции Заявляемый до 200 Спирта в ванадийсодержащем растворе ≥25% объемных 20-25 120 (сушка) 0,1 99,7 NaVO3 - Известный 43 NН3 - 84 г·дм-3, непрерыв ная подача в раствор СO2 в течение 3 час, затравка NH4VO3 5-7 за счет прину дительного охлаж дения раст вора 460 (обжиг) 1,8 94 V2O5 Na2O, SiO2, Аl2O3 и др.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. В.В. Вдовин, А.А. Каменских, А.А. Карпов и др. “Сравнительный технико-экономический анализ существующих технологических схем производства оксида ванадия из конвертерных шлаков”. Химия, технология и промышленная экология неорганических соединений. Сб. научных трудов, вып.2, 1999, с.69-77. Издательство Пермского университета, г. Пермь.

2. Н.П. Лякишев, Н.П. Слотвинский-Сидак и др. Ванадий в черной металлургии, 1983, с.36-47. Издательство “Металлургия”.

3. А.с. 453089 (СССР), “Способ выделения ванадия”, БИ №43, 29.11.77, Н.П. Слотвинский-Сидак, В.И. Потапов, Л.И. Колпаков.