Способ переработки ванадиевого концентрата глиноземного производства

 

Использование: при переработке ванадиевого концентрата глиноземного производства. Сущность: способ заключается в водной обработке ванадиевого концентрата с получением раствора ванадата и фосфата щелочного металла, осаждении фосфора, отделении и промывке образовавшегося осадка от ванадийсодержащего раствора и выделение ванадия из последнего. Перед осаждением фосфора к раствору ванадата и фосфата щелочного металла добавляют минеральную кислоту до рН 9,5-8,5 с последующей выдрежкой в течение 0,5-2,0 ч и отделением выделившегося осадка с примесями от очищенного ванадатно-фосфатного раствора. Из последнего ведут осаждение фосфора при исходной концентрации 10-30 г/л по P₂O₅ добавлением сульфата и/или хлорида магния, исходя из массового отношения Mg : P₂O₅= 0,75-1,0 при температуре 70-95°С. 5 табл.

Изобретение относится к способам комплексной гидрохимической переработки глиноземного сырья, алунитов и бокситов, в частности ванадий- и фосфорсодержащего глиноземного сырья, при переработке которого образуются ванадиевые концентраты глиноземного производства, т.е. солевые смеси, содержащие фосфат, ванадат, фторид, алюминат щелочного металла и другие примеси.

В основе известных способов переработки ванадиевых концентратов глиноземного производства находятся процессы разделения ванадия и фосфора. При этом производят водную обработку концентрата с получением раствора ванадата и фосфата щелочного металла, содержащего прочие примеси, такие как алюминий, кремний, железо, фтор и др. после чгео последовательно осаждают из раствора сначала фосфор и примеси, а затем ванадий. Ввиду относительной близости химических свойств водных растворов пятивалентного ванадия и фосфора ванадий частично соосаждается с фосфором и выводится из ванадийсодержащего раствора в составе образовавшегося осадка фосфата, что приводит к повышенным потерям ванадия.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ переработки ванадиевого концентрата глиноземного производства, включающий водную обработку концентрата с получением раствора ванадата и фосфата щелочного металла, осаждение фосфора, отделение и промывку образовавшегося осадка фосфата от ванадийсодержащего раствора и выделение ванадия из последнего. По этому способу ванадиевый концентрат глиноземного производства перерабатывают на поликальциевый фосфат, чистый ванадат аммония или ванадиевую кислоту и раствор, содержащий едкий натр, который направляют в цикл Байера. Осаждение фосфора ведут непосредственно из раствора ванадата и фосфата щелочного металла, полученного после водной обработки ванадиевого концентрата, добавлением гидроксида кальция. Образующийся осадок, содержащий малорастворимый поликальциевый фосфат, отделяют от ванадийсодержащего раствора, промывают водой и используют в качестве удобрения. Наряду с фосфатом кальция осадок содержит также фторид и ванадат кальция, а также другие примеси, такие как алюминий, кремний. Ванадийсодержащий раствор после отделения осадка поликальциевого фосфата упаривают и кристаллизуют из него ортованадат натрия при охлаждении. Ортованадат натрия отделяют от раствора, содержащего едкие щелочи, растворяют его в воде при нагреве и перерабатывают полученный водный раствор ортованадата натрия на продукционный ванадат аммония посредством добавления солей аммония или на ванадиевую кислоту посредством добавления минеральной кислоты. Основными недостатками описанного способа являются: извлечение фосфора в виде малоценного продукта, содержащего примеси, в том числе фтора и ванадия, повышенные потери ванадия с продукционным фосфатом, высокие удельные энергетические и капитальные затраты, обусловленные необходимостью отделения ванадия от образующегося раствора едких щелочей (упарка при нагерве, охлаждение упаренного раствора и кристаллизация ванадата натрия, отделение последнего от щелочного раствора и растворение ванадата натрия с получением слабощелочного ванадийсодержащего раствора, из которого выделяют продукционные ванадиевые соединения).

Целью изобретения является извлечение фосфора в виде высококачественного ценного продукта, снижение потерь ванадия с продукционным фосфатом и уменьшение удельных энергетических и капитальных затрат за счет существенного упрощения процесса.

Указанная цель достигается в способе переработки ванадиевого концентрата глиноземного производства, включающем водную обработку концентрата с получением раствора ванадата и фосфата щелочного металла, осаждение фосфора, отделение и промывку образовавшегося осадка фосфата от ванадийсодержащего раствоора и выделение ванадия из последнего, в котором, согласно изобретению, к раствору ванадата и фосфата щелочного металла перед осаждением фосфора добавляют минеральную кислоту до достижения рН 9,5-8,5 с последующей выдержкой в течение 0,5-2 ч и отделением выделившегося осадка с примесями от очищенного ванадатно-фосфатного раствора, а осаждение фосфора ведут из очищеного ванадатно-фосфатного раствора при исходной концентрации 10-30 г/л по Р₂О₅ добавлением растворимых солей магния, сульфата и/или хлорида, исходя из массового отношения MgO к Р₂О₅ 0,75 1,0 при температуре 70-95^оС.

Ванадиевые концентраты глиноземного производства выделяют кристаллизацией при понижении температуры щелочных алюминатных растворов. Концентраты состоят, главным образом, из воднорастворимых двойных солей: ванадат-фторида 2Na₃VO₄˙NaF ˙19H₂O и фосфат-фторида натрия 2Na₃PO₄ ˙NaF˙ 19H₂O. В качестве основных примесей концентраты могут содержать сульфиды калия, натрия и карбонат натрия. Ванадиевые концентраты отделяют от алюминатного раствора фильтрацией. Механическая влажность концентратов составляет 12-20 мас. В составе жидкой фазы ванадиевые концентраты содержат алюминатный раствор, т.е. едкие щелочи, алюминат натрия, примеси кремния, железа и др. Содержание пентаоксида ванадия в концентратах колеблется, в основном, в пределах 3-20 мас. Массовое соотношение пентаоксидов фосфора и ванадия может меняться, в зависимости от состава глиноземного сырья, в интервале 0,3-3,0.

В процессе водной обработки концентрата ванадат, фосфат, фторид натрия и примеси переходят в раствор, основными компонентами которого являются ванадат и фосфат щелочного металла.

Экспериментальными исследованиями установлено, что из раствора ванадата и фосфата щелочного металла, полученного водной обработкой ванадиевого концентрата глиноземного производства, после предварительной подготовки этого раствора может быть получен прямым осаждением в специальных условиях высококачественный гидрофосфат магния Mg(PO₄)₂ ˙ 22H₂O с заданными ценными свойствами при минимальных потерях ванадия и существенном упрощении процесса переработки ванадиевого концентрата.

Гидрофосфат магния является ценным и дефицитным продуктом. Его практическое применение основано на свойствах этого соединения: высокое содержание кристаллизационной воды (22 моль на 1 моль Mg₃(PO₄)₂), сравнительно низкая температура полной дегидратации (около 100^оС) и малая растворимость в воде (произведение растворимости ПР 3,9˙10^-26). Гидрофосфат магния используют в процессах обезвоживания, опреснения морской и океанической воды и др. Для опреснения морскую воду пропускают в аппарате через слой обезвоженного фосфата магния, при этом происходит образование двадцати двух водного кристаллогидрата. Посредством нагрева аппарата удаляют кристаллизационную воду, которую затем конденсируют и используют в качестве очищенной воды. Процесс многократно повторяют. Основным из требований к гидрофосфату магния является помимо вышеуказанных свойств этого соединения его высокая фильтрационная способность.

Предварительная подготовка раствора ванадата и фосфата щелочного металла заключается в добавлении минеральной кислоты до достижения рН 9,5-8,5 с последующей выдержкой в течение 0,5-2 ч и отделением выделившегося осадка с примесями от очищенного ванадатно-фосфатного раствора. Установлено, что при рН 9,5-8,5 из раствора выделяется в твердую фазу около 60-70% фтора в виде алюмофторида щелочного металла, а также основное количество прочих примесей, таких как кремний, железо и др. и кроме того создается необходимая ионная среда для последующего эффективного избирательного осаждения фосфора. Степень соосаждения вынадия с примесями менее 0,1% фосфора около 2% от содержания в ванадиевом концентрате. Количество осадка с примесями составляет около 5% от массы ванадиевого концентрата. Расход минеральной кислоты находится на уровне 0,8 1,0 кг по Н₂SO₄ на 1 кг Р₂О₅ в ванадиевом концентрате. Температура процесса добавления минеральной кислоты и последующей выдержки 70-95^оС. При температуре менее 70^оС образуются плохофильтруемые осадки, а при температуре более 95^оС показатели фильтрации осадков не улучшаются, но осложняется аппаратурное оформление процесса.

Осаждение фосфата магния из очищенного ванадатно-фосфатного раствора, полученного добавлением минеральной кислоты до рН 9,5-8,5 с помощью растворимых солей магния, взятых в количестве 0,75-1,0 кг по MgO на 1 кг Р₂О₅, при исходной концентрации 10-30 г/л по Р₂О₅ и температуре 70-95^оС позволяет выделить из раствора практически весь фосфор в виде высококачественного гидрофосфата магния Mg₃(PO₄)₂˙22H₂O при минимальной степени соосаждения ванадия, не превышающей 0,1-0,5% от содержания в ванадиевом концентрате. После отделения фосфата от жидкой фазы получают практически нейтральный ванадийсодержащий раствор (рН 7-7,5), выделение ванадия из которого осуществляют непосредственным добавлением минеральной кислоты при нагреве или добавлением солей аммония при понижении температуры раствора, что значительно упрощает процесс, по сравнению с известным способом, включающим предварительную упарку раствора после отделения фосфата с последующей кристаллизацией ванадата натрия, его отделением от раствора и растворением в воде.

При добавлении минеральной кислоты к раствору ванадата и фосфата щелочного металла до рН более 9,5 резко снижается степень осаждения фосфата магния, возра- стают потери ванадия с осадком фосфата и образуется низкокачественный продукт с пониженным содержанием фосфата магния, в большой степени загрязненный примесями, в том числе гидроалюмината, фторида, ванадата, гидроксида магния и др.

При рН менее 8,5 резко возрастают потери фосфора с осадком, содержащим примеси, за счет образования алюмофосфата (вариспита AlPO₄ ˙n H₂O), что понижает товарное извлечение фосфора в фосфат магния, а в последующем процессе осаждения фосфата магния активно протекает гидролиз ванадата щелочного металла что приводит к выделению из раствора основного количества ванадия совместно с фосфатом магния. Соответственно резко возрастают потери ванадия с осадком фосфата магния, а получаемый фосфат магния не отвечает по качеству требованиям, предъявляемым к этому продукту из-за высокого содержания примесей.

Экспериментальные исследования показали, что при рН менее 8,5, в частности при рН 8,0, в 1,5 раза возрастает расход минеральной кислоты за счет ее расхода на частичное образование кислых анионов НРО₄^- и Н₂РО₄^2-. Однако при последующем осаждении фосфата магния образуется при исходном рН 8,0 средний фосфат магния, в результате чего происходит подкисление раствора по реакции 2Na₂HPO₄ + 3MgCl₂ Mg₃(PO₄)₂ + + 2HCl + 4NaCl Образующаяся кислота идет при температуре процесса 70-95^оС на гидролитическое осаждение ванадия по реакции 10NaVO₃ + 10HCl Na₂H₂V₁₂O₃₂+ + 10NaCl + 4H₂O При этом из раствора совместно с фосфатом магния выделяется основная часть ванадия.

Продолжительность выдержки раствора после добавления минеральной кислоты составляет 0,5-2,0 ч. При продолжительности менее 0,5 ч образуются плохофильтруемые осадки, а при продолжительности более 2 ч показатели фильтрации осадков не улучшаются.

Осадок с примесями, основной составляющей которого является алюмофторид калия, натрия (Na, K)₃ AlF₆ ˙n H₂O, отделяют от очищенного ванадатно-фосфатного раствора фильтрацией на фильтре давления или вакуум-фильтре, промывают водой и возвращают в глиноземное производство, предпочтительно, на стадию кристаллизации ванадиевого концентрата. К очищенному ванадатно-фосфатному раствору с исходной концентрацией 10-30 г/л по Р₂О₅ добавляют при температуре 70-95^оС раствор соли магния, сульфата и/или хлорида, исходя из массового отношения MgO P₂O₅= 0,75 1,0 при механическом перемешивании раствора. Практически в момент слияния растворов происходит образование среднего фосфата магния Mg₃(PO₄)₂ ˙ 22H₂O без осаждения ванадата магния. Степень выделения фосфора из раствора составляет 98-99,5% Осадок отделяют от ванадийсодержащего раствора фильтрацией на барабанном вакуум-фильтре или нутч-фильтре, промывают водой методом репульпации с последующей фильтрацией и дополнительной промывкой на фильтре. Возможно осуществление промывки только на фильтре. Промытый осадок представлен двадцатидвухводным средним фосфатом магния с содержанием основного вещества более 99 мас. Продукт может быть эффективно использован в процессах обезвоживания, а также опреснения морской и океанической воды.

Процесс осаждения фосфора практически полностью завершается с окончанием дозировки раствора солей магния. Однако для получения хорошо фильтруемых осадков (удельный съем осадка с фильтра 1,5-2,0 т/м² ч) необходима выдержка пульпы после окончания добавки солей магния в течение 0,5-1 ч. При продолжительности выдержки менее 0,5 ч существенно снижаются показатели фильтрации продукта (до 0,1-0,2 т/м² ч). Увеличение продолжительности выдержки более 1 ч не способствует улучшению показателей фильтрации осадка.

Температура процесса осаждения фосфата магния составляет 70-95^оС. При температуре менее 70^оС резко ухудшается фильтруемость осадка (снижение удельного съема осадка с фильтра до 0,1-0,2 т/м² ч). При температуре 70-95^оС показатели фильтрации продукта находятся на уровне 1,5-2,0 т/м² ч, а при температуре более 95^оС не улучшаются.

При исходной концентрации очищенного ванадатно-фосфатного раствора менее 10 г/л по Р₂О₅ резко ухудшаются показатели фильтрации фосфата магния, а при исходной концентрации более 30 г/л по Р₂О₅ образуется не транспортируемая полностью загустевшая масса, в составе которой теряется весь ванадийсодержащий раствор.

Для регулирования концентрации Р₂О₅ перед добавлением солей магния осуществляют при необходимости разбавление раствора ванадата и фосфата щелочного металла оборотными промводами и/или водой.

При дозировке растворимых солей магния, сульфата и/или хлорида, исходя из массового отношения MgO к Р₂О₅ менее 0,75 снижается степень осаждения фосфора, т.е. уменьшается извлечение фосфора в товарный фосфат магния, а получаемый ванадатный раствор загрязнен фосфором, что способствует недоосаждению ванадия при получении товарного ванадийсодержащего продукта и ухудшает качество последнего. При дозировке солей магния, исходя из массового отношения MgO к Р₂О₅ более 10 не происходит избирательного выделения фосфора из раствора, так как начинается активное соосаждение ванадата магния, что приводит к получению низкокачественного фосфорсодержащего продукта, загрязненного ванадием, и резкому уменьшению извлечения ванадия в товарный ванадийсодержащий продукт. Осуществление добавления растворимых солей магния, исходя из массового отношения MgO к Р₂О₅ 0,75-1,0, обеспечивает получение высококачественного фосфата магния при минимальных потерях ванадия с ним. Образующийся ванадийсодержащий раствор при этом не загрязнен фосфором, т.е. при последующем выделении ванадия из ванадийсодержащего раствора после отделения осадка фосфата магния получают не загрязненные вредной примесью фосфора ванадийсодержащие продукты при степени выделения ванадия из раствора около 100% Выделение ванадия из ванадийсодержащего раствора после отделения фосфата магния может быть осуществлено непосредственно добавлением солей аммония с последующим охлаждением раствора и кристаллизацией метаванадата аммония. Получаемый метаванадат аммония содержит более 99 мас. основного вещества. Прокалка метаванадата аммония получают чистый оксид ванадия. Для выделения ванадия может быть использован также гидролитический метод, в соответствии с которым непосредственно к раствору после отделения фосфата магния добавляют минеральную кислоту до слабокислой реакции раствора при нагреве. Образующийся осадок гексаванадата щелочного металла содержит после прокалки при температуре 580^оС около 94 мас. V₂O₅ и около 6 мас. суммы оксидов щелочных металлов, т.е. является высококачественной технической пятиокисью ванадия. Ванадий может быть выделен из ванадатного раствора после отделения фосфата магния любыми другими известными способами.

Предлагаемый способ переработки ванадиевого концентрата на высококачественный фосфат магния и ванадийсодержащие продукты проверен в опытно-заводском масштабе на Ленинградском опытном заводе института ВАМИ (на ЛОЗе ВАМИ) с использованием ванадиевого концентрата, полученного на Гянджинском глиноземном комбинате при комплексной переработке алунита.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществить переработку ванадиевого концентрата глиноземного производства на высококачественные ванадий- и фосфорсодержащие продукты при достижении высоких показателей извлечения фосфора (более 97%) и ванадия (более 99%0 из ванадиеовго концентрата при существенном снижении удельных энергетических и капитальных затрат за счет упрощения процесса, по сравнению с известным способом.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что к раствору ванадата и фосфата щелочного металла, полученного водной обработкой концентрата, добавляют перед осаждением фосфора минеральную кислоту до достижения рН 9,5-8,5 с последующей выдержкой в течение 0,5-2 ч и отделением выделившегося осадка с примесями от очищенного ванадатно-фосфатного раствора.

Данный технический прием позволяет не только выделить из раствора ванадата и фосфата щелочного металла основную часть примесей, что способствует последующему выделению высококачественного фосфоросодержащего продукта, но и создает необходимую ионную среду ванадатно-фосфатного раствора для последующего эффективного избирательного осаждения товарного фосфата магния.

Отличием заявляемого способа от прототипа является также то, что осаждение фосфора ведут из очищенного ванадатно-фосфатного раствора при исходной концентрации 10-30 г/л по Р₂О₅ добавлением растворимых солей магния, сульфата и/или хлорида, исходя из массового соотношения MgO к Р₂О₅ 0,75 1,0, при температуре 70-95^оС. Это отличие дает возможность выделить практически весь фосфор в виде товарного двадцати двух водного среднего фосфата магния, пригодного для использования в процессе опреснения морской и океанической воды, при минимальных потерях ванадия, а также произвести последующее прямое эффективное осаждение ванадия без дополнительной подготовки раствора.

Указанные отличия предлагаемого способа от прототипа позволяют, таким образом, существить переработку ванадиевого концентрата глиноземного производства с получением выcококачественного ценного фосфорсодержащего продукта при снижении потерь ванадия с продукционным фосфатом и уменьшить удельные энергетические и капитальные затраты за счет существенного упрощения процесса (исключение переделов упарки при нагреве, охлаждения упаренного раствора и кристаллизации ванадата натрия, отделения последнего от щелочного раствора и растворения ванадата натрия с получением слабощелочного ванадийсодержащего раствора, из которого выделяют продукционные ванадиевые соединения в способе по прототипу).

П р и м е р ы.

При комплексной переработке алунита, содержащего, 18,2 Al₂O₃; 19,0 SO₃; 44,0 SiO₂, 0,17 P₂O₅; 0,15 F и 0,05 V₂O₅, получили кристаллизацией из щелочного алюминатного раствора 566,0 кг/ч ванадиевого концентрата с механичекой влажностью 14,0 мас. при выпуске продукционного глинозема в количестве 100 тыс.т в год. Содержание массовых долей в твердой фазе ванадиевого концентрата, V₂O₅ 4,9; P₂O₅ 12,2; F 2,1; K₂O 6,8; Na₂O 26,3; H₂O_крист 38,4; SO₃ 8,3; прочие 1,0. Количество твердой фазы ванадиевого концентрата 462,2 кг. В составе жидкой фазы, присутствующей во влажном ванадиевом концентрате, содержится 84,0 л щелочного алюминатного раствора с массовой концентрацией 121,8 г/л Na₂O; 52,7 г/л Al₂O₃; 30,0 г/л SO₃, относительное содержание оксида калия в растворе от суммы оксидов калия и натрия (мол. К₂О) 22% Ванадиевый концентрат обработали 1,97 м³ оборотной промводы, полученной на последующей стадии технологического процесса, при температуре 60^оС в течение 0,5 ч. Далее к полученному раствору ванадата и фосфата щелочного металла (рН раствора около 13,0) добавили серную кислоту до достижения рН 9,0 и осуществили выдержку пульпы при температуре 85^оС в течение 1,0 ч. Расход кислоты составил 49,2 кг, в пересчете на 100% H₂SO₄. Полученная пульпа содержит в составе твердого, в основном, алюмофторид натрия, калия.

Массовая концентрация жидкой фазы пульпы, г/л: V₂O₅ 10,0; P₂O₅ 24,6; F 1,3; SO₃ 35,4; K₂O 12,7 мол. количество жидкой фазы 2,24 м³. Степень осаждения фтора составила 70,0% фосфора 2,1% Потери ванадия с осадком практически отсутствуют. Далее осуществили фильтрацию пульпы на фильтр-прессе, промывку осадка на фильтре горячей водой с последующим разбавлением фильтрата полученной промводой и свежей водой для понижения концентрации оксида фосфора. Общее количество воды, взятой на промывку осадка и на разбавление фильтрата, составило 699,0 кг. Количество промытого осадка с примесями, в пересчете на сухую массу 25,9 кг, влажность осадка 48 мас. После фильтрации и разбавления получили 2,91 м³ очищенного ванадатно-фосфатного раствора с массовой концентрацией, г/л: V₂O₅ 7,7; P₂O₅ 18,9; F 1,0; SO₃ 27,1.

К очищенному ванадатно-фосфатному раствору добавили водный раствор хлорида магния с концентрацией 400 г/л MgCl₂ в количестве около 0,28 м³, что соовтетствует дозировке соли магния, исходя из массового отношения MgO к P₂O₅ 0,85. При этом образовался осадок фосфата магния. Пульпу выдержали в течение 1 ч при температуре 85^оС при механическом перемешивании, после чего пульпу отфильтровали на барабанном вакуум-фильтре. Количество фильтрата составило 2,8 м³, его массовая концентрация, г/л: Р₂О₅ 0,1; V₂O₅ 8,0; F 0,7; MgO 0,1. Значение рН раствора около 7,0. Степень извлечения фосфора в осадок 99,5% фтора 34,0% потери ванадия с фосфатом магния 0,1% от содержания в очищенном ванадатно-фосфатном растворе.

Осадок фосфата магния промыли методом водной репульпации с последующей фильтрацией и промывкой на фильтре. Полученную промводу (1,97 м³) направили в стадию водной обработки исходного ванадиевого концентрата. Получили 256 кг продукционного фосфата магния, в пересчете на массу воздушно-сухого осадка, с массовым содержанием Mg₃(PO₄)₂˙22H₂O 99,1% Содержание массовых доей в воздушно-сухом продукте, Р₂О₅ 21,4; V₂O₅ 0,01; F 0,4; MgO 18,7; Н₂О_{кристл.} 59,7 (сумма компонентов превышает 100% так как фтор находится в осадке в виде бескислородного фторида магния MgF₂, тогда как содержание магния дано в пересчете на оксид MgO). Полученный фосфат магния является высококачественным продуктом, пригодным для эффективного использования в процессе опреснения воды, как показали выполненные испытания.

В ванадийсодержащем растворе после отделения фосфата магния ванадий представлен, в основном, анионом метаванадата. Раствор направили на выделение ванадия гидролитическим методом. При температуре 90^оС к ванадийсодержащему раствору при перемешивании добавили концентрированную серную кислоту до снижения значения рН от 7 до 1,35-1,40. Расход кислоты составил 10,9 кг в пересчете на 100% H₂SO₄. Далее осуществили последующее перемешивание образовавшейся пульпы гексаванадата калия, (K, Na)₂H₂V₁₂O₃₂ при температуре 90^оС в течение 1 ч, конечную пульпу отфильтровали на нутч-фильтре, а осадок промыли на фильтре горячей водой, взятой из расчета 3 кг на 1 кг воздушно-сухого осадка. Фильтрат с массовой концентрацией V₂O₅ 0,2 г/л; Р₂О₅ 0,1 г/л; F 0,7 г/л возвратили в глиноземное производство. Влажность промытого гексаванадата около 70 мас. Продукт прокалили при температуре около 600^оС. Получили 23,5 кг продукционного технического оксида ванадия с содержанием, мас. V₂O₅ 93,9; K₂O 3,3; Na₂O 3,1. Продукт отвечает по качеству требованиям, предъявляемым к техническому оксиду ванадия высшей категории качества.

Сквозное извлечение ванадия и фосфора в товарные продукты составило около 97% от содержания в ванадиевом концентрате. Безвозвратные потери ванадия и фосфора при переработке ванадиевого концентрата отсутствуют, так как осадок алюмофторида и раствор после осаждения ванадия передаются в глиноземное производство, а ванадий и фосфор, содержащийся в них, возвращается в технологический процесс в составе ванадиевого концентрата.

Другим вариантом выделения ванадия из ванадийсодержащего раствора после отделения фосфата магния является осаждение метаванадата аммония. В этом случае к ванадий содержащему раствору добавили сернокислый аммоний в количестве 2,5-3,0 кг на 1 кг V₂O₅, охладили раствор до температуры 20^оС и выдержали при механическом перемешивании в течение 4 ч при той же температуре. После фильтрации полученной пульпы на нутч-фильтре и промывки осадка на фильтре холодной водой получили 39,7 кг метаванадата аммония, в пересчете на массу воздушно-сухого материала. Метаванадат аммония прокалили при температуре 580^оС до образования пятиокиси ванадия. Количество полученной пятиокиси ванадия составило 21,7 кг. Содержание массовых долей в продукте, V₂O₅ 99,6; сумма К+Na менее 0,1; сера менее 0,005; фосфор менее 0,01; примеси хрома, марганца, железа, кремния отсутствуют. По качеству продукт отвечает требованиям, предъявляемым к чистой пятиокиси ванадия для металлургических целей высшей марки ВнО-1. Сквозное извлечение ванадия в продукционную пятиокись ванадия около 95% от содержания в ванадиевом концентрате.

Таким образом, при мощности глиноземного производства 100 тыс.т в год образуется при переработке ванадиевого концентрата 2,24 тыс.т. в год продукционного высококачественного фосфата магния и 204 т в год технического оксида ванадия (или 190 т в год чистой пятиокиси ванадия марки ВнО-1). При этом исключаются безвозвратные потери ванадия с продукционным фосфатом, а выделение ванадия ведется непосредственно из раствора после отделения фосфата магния, что существенно упрощает технологический процесс, по сравнению с известным способом при снижении удельных энергетических и капитальных затрат.

Для обоснования выбора заявляемых параметров процесса осуществили переработку ванадиевого концентрата глиноземного производства, аналогичного по количеству и качеству ванадиевому концентрату в вышеописанном примере, при изменении значения рН при добавлении минеральной кислоты от 8,0 до 10,0, дозировки растворимых солей магния от 0,65 до 1,1 кг по MgO на 1 кг Р₂О₅ и массовой концентрации Р₂О₅ в очищенном ванадатно-фосфатном растворе от 5 до 35 г/л. Остальные технологические параметры процесса аналогичны вышеописанному примеру.

Полученные результаты примеров 1, 2, 3 (описанный пример), 4-14 представлены в табл.1-5.

В табл.1-3 (примеры 1-5) показано влияние значения рН при добавлении минеральной кислоты к раствору ванадата и фосфата щелочного металла, полученному после водной обработки ванадиевого концентрата, на показатели извлечения полезных компонентов, расходные показатели и качество получаемого фосфата магния при дозировке солей магния, исходя из массового отношения MgO к P₂O₅ 0,85. В табл.4, 5 представлены данные по осаждению фосфата магния при различной дозировке солей магния (табл.4) и различной исходной концентрации Р₂О₅ (табл.5) при постоянном значении рН 9,0 исходного очищенного ванадатно-фосфатного раствора.

При добавлении минеральной кислоты к раствору ванадата и фосфата щелочного металла до рН более 9,5, в частности до рН 10,0, степень осаждения фосфата магния снижается от 97,5% достигаемых при рН 9,5 до 70,6% а потери пентаоксида ванадия с продукционным фосфатом магния соответственно возрастают от 0,5 до 3,8% (табл.3). При этом резко снижается содержание фосфата магния в продукте (с 98,3 до 86,3 мас.) за счет загрязнения осадка примесями, в том числе гидроалюмината, фторида, ванадата и гидроксида магния (массовая доля Al₂O₃ в фосфате магния возрастает от 0,1 до 1,3% фтора от 0,7 до 2,5% V₂O₅ от 0,04 до 0,40%), т.е. образуется низкокачественный фосфорсодержащий продукт.

При добавлении минеральной кислоты к раствору ванадата и фосфата щелочного металла до рН менее 8,5, в частности, до рН8,0, резко возрастают потери фосфора с осадком, содержащим примеси, образующемся при добавлении минеральной кислоты (табл.1). При рН 8,5 с осадком теряется 2,4% фосфора от содержания в растворе после водной обработки ванадиевого концентрата, а при рН= 8,0 потери фосфора увеличиваются до 7,6% за счет активизации конкурирующей реакции образования варисцита (AlPO₄ ˙n H₂O). При этом степень очистки раствора от фтора умнеьшается от 68,3% достигаемой при рН 8,5 до 29,8% Кроме того, в процессе последующего осаждения фосфата магния идет подкисление раствора, что приводит к гидролизу ванадата натрия с образованием малорастворимых гексаванадатов щелочного металла. В результате гидролиза ванадата основная часть ванадия (83,8%) выделяется из раствора и теряется с фосфатом магния (табл.3).

При добавлении растворимых солей магния, исходя из массового отношения MgO к Р₂О₅ менее 0,75 понижается степень осаждения фосфора и, соответственно, уменьшается извлечение фосфора в товарный фосфат магния. Так при массовом соотношении MgO к Р₂О₅ 0,65 (табл.4) степень осаждения фосфора снизилась до 84,9% от 98,0% имеющих место при соотношении 0,75. В растворе после отделения фосфата магния содержится при этом повышенное количество фосфора (3,0 г/л Р₂О₅), что вызывает значительные осложнения технологии последующего выделения ванадия из раствора. В кислой среде ванадий и фосфор образуют комплексные гетерополикислоты, что способствует, с одной стороны, недоосаждению ванадия при гидролитичеcком выделении гексаванадатов щелочных металлов, а с другой стороны, приводит к загрязнению ванадийсодержащих продуктов вредной примесью фосфора.

При добавлении растворимых солей магния, исходя из массового отношения MgO к Р₂О₅ более 1,00, например 1,1, возрастают потери ванадия с продукционным фосфатом магния до 30,0 от содержания в растворе, а получаемый фосфат магния содержит 2,4 мас. V₂O₅, что выше допустимых норм (табл.4). Таким образом, в этом случае резко снижается извлечение ванадия в товарный ванадийсодержащий продукт и образуется низкокачественный фосфорсодержащий продукт.

Исходная концентрация Р₂О₅ в очищенном ванадатно-фосфатном растворе, направляемом на осаждение фосфата магния, оказывает решающее влияние на физико-механические свойства получаемой пульпы фосфата магния. При концентрации менее 10,0 г/л Р₂О₅ резко ухудшаются показатели фильтрации пульпы (до 0,2 т/м² ч), а при концентрации более 30,0 г/л Р₂О₅ образуется полностью загустевшая не транспортируемая студенистая масса, с которой теряется практически весь ванадий, присутствующий в растворе (табл.5).

Осуществление дозировки минеральной кислоты к раствору ванадата и фосфата щелочного металла, полученного водной обработкой ванадиевого концентрата, до достижения рН 9,5-8,5 с последующей выдержкой в течение 0,5 2 ч и отделением выделившегося осадка с примесями от очищенного ванадатно-фосфатного раствора с дальнейшим осаждением фосфора из очищенного ванадатно-фосфатного раствора при исходной концентрации 10-30 г/л по Р₂О₅ добавлением растворимых солей магния, исходя из массового отношения MgO к Р₂О₅ 0,75 1,0, при температуре 70 95^оС позволяет осуществить переработку ванадиевого концентрата глиноземного производства на высококачественные фосфор- и ванадийсодержащие продукты с достижением высоких показателей извлечения ванадия и фосфора в товарные продукты при существенном упрощении технологического процесса и снижении удельных энергетических и капитальных затрат, по сравнению с известными способами.

Формула изобретения

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ВАНАДИЕВОГО КОНЦЕНТРАТА ГЛИНОЗЕМНОГО ПРОИЗВОДСТВА, включающий водную обработку концентрата с получением раствора ванадата и фосфата щелочного металла, осаждение фосфора, отделение и промывку образовавшегося осадка фосфата от ванадийсодержащего раствора и выделение ванадия из последнего, отличающийся тем, что перед осаждением фосфора к раствору ванадата и фосфата щелочного металла добавляют минеральную кислоту до pH 9,5 8,5 с последующей выдержкой в течение 0,5 2,0 ч и отделением выделившегося осадка с примесями от очищенного ванадатно-фосфатного раствора, а осаждение фосфора ведут из очищенного ванадатно-фосфатного раствора при исходной концентрации 10 30 г/л по P₂O₅ добавлением сульфата и/или хлорида магния исходя из массового соотношения MgO P₂O₅ 0,75 1,0 при температуре 70 95^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4