Способ извлечения ванадия из конвертерных ванадиевых шлаков

 

Изобретение относится к гидрометаллургии, в частности к способам извлечения ванадия из конвертерных ванадиевых шлаков монопроцесса. В качестве исходного продукта используют необожженные конвертерные ванадиевые шлаки монопроцесса, которые выщелачивают раствором серной кислоты при градиенте рН, равном, по меньшей мере, 0,1 ед. рН/мин до достижения рН раствора 3,0 - 4,0 с последующей фильтрацией и кислотным доизвлечением ванадия из кека. Предлагаемый способ позволяет упростить процесс извлечения ванадия из конвертерных шлаков за счет того, что в качестве исходного продукта используют конвертерные ванадиевые шлаки монопроцесса, которые не нужно подвергать окислительному обжигу, а заданные условия проведения процесса выщелачивания обеспечивают высокую степень извлечения ванадия из шлака.

Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано при переработке ванадиевых конвертерных шлаков монопроцесса для извлечения ванадия.

Ванадийсодержащие шлаки образуются в процессе конвертирования ванадиевых чугунов при температуре 1400 - 1600^oC. Конвертирование ванадиевых чугунов проводится двумя способами. Первый - дуплекспроцесс, который осуществляется в несколько стадий с образованием кислых шлаков, в которых отношение CaO к SiO₂ составляет 0,05 - 0,2. Второй - монопроцесс, который проводится при присадке соединений кальция, например известняка, и идет с образованием основных шлаков, при этом CaO : SiO₂ = 1,0 - 5,5.

До настоящего времени перерабатывались преимущественно кислые шлаки дуплекспроцесса, которые характеризуются повышенным содержанием ванадия (более 13 мас.% V₂O₅). Содержание оксида ванадия в конверторных шлаках монопроцесса обычно не превышает 10 мас.%. Однако в последних ванадий находится в окисленной форме в виде оксида пятивалентного ванадия, стабилизированного Ca²⁺, в отличие от шлаков дуплекспроцесса, где ванадий присутствует в восстановленной форме V³⁺ (V₂O₃, FeV₂O₄). Для переработки кислых щелоков дуплекспроцесса необходимо предварительно проводить процесс окисленного обжига, при котором ванадий переходит в растворимую форму V⁵⁺.

Известные способы извлечения ванадия из кислых конвертерных шлаков включают обжиг в окислительной атмосфере с реакционными добавками, например с содой, известняком, сильвинитом и др., и последующее многостадийное выщелачивание.

В качестве известных способов переработки шлаков дуплекспроцесса можно привести способ извлечения ванадия из шлаков, по которому конвертерный шлак обжигают с известняком в окислительных условиях, выщелачивают огарок в семь стадий с поддержанием на первой стадии pH 3,2 - 4,4, на второй стадии pH 3,0 - 3,8, на третьей стадии pH 2,6 - 3,4, на четвертой - седьмой стадиях pH 2,1 - 2,5 и завершает процесс кислотное доизвлечение ванадия из кека (Патент Российской Федерации N 2102511, кл. C 22 B 34/22, 3/08, 1998 г.).

Известен способ извлечения ванадия из кислых конвертерных шлаков, по которому ванадийсодержащий конвертерный шлак обжигают с содой в окислительных условиях, а огарок выщелачивают в две стадии при комбинированном воздействии перемешивания мешалкой и вибрации дна аппарата (Патент Российской Федерации N 1702705, кл. C 22 B 34/22, 1995).

Основным недостатком перечисленных способов является необходимость проведения окислительного обжига ванадиевого шлака, что существенно усложняет процесс.

Прототипом предлагаемого изобретения выбран способ извлечения ванадия из шлаков, включающий окислительный обжиг шлака с известняком, слабокислотное выщелачивание в четыре этапа, промывку кека и его просушку, кислотное извлечение ванадия из кека (Патент Российской Федерации N 2090640, кл. C 22 B 34/22, 1997).

Недостатками способа являются также необходимость проведения трудоемкого процесса окислительного обжига шлака и многостадийность процесса выщелачивания.

Достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение способа извлечения ванадия из конвертерных ванадиевых шлаков.

Указанный результат обеспечивается в способе извлечения ванадия из конвертерных ванадиевых шлаков, включающем слабокислотное выщелачивание исходного продукта раствором серной кислоты с последующей фильтрацией и кислотным доизвлечением ванадия из кека, при этом в качестве исходного продукта используют необожженные конвертерные ванадиевые шлаки монопроцесса и выщелачивание проводят при градиенте pH, равном, по меньшей мере, 0,1 ед. pH/мин до достижения pH раствора 3,0 - 4,0.

Согласно предлагаемому способу в качестве исходного продукта используют необожженные конвертерные ванадиевые шлаки монопроцесса, в которых ванадий находится в виде оксида пятивалентного ванадия, стабилизированного ионами Ca²⁺. При введении раствора серной кислоты в пульпу конвертерного ванадиевого шлака монопроцесса ванадий переходит в раствор и протекает химическая реакция взаимодействия серной кислоты с оксидом кальция с образованием сульфата кальция.

Проведение выщелачивания при градиенте pH, равном, по меньшей мере, 0,1 ед. pH/мин позволяет перевести ванадий в раствор в анионной форме в виде хорошо растворимого соединения H₄V₁₀O₂₈^2-. Одновременно обеспечивается формирование крупных кристаллов сульфата кальция, которые не препятствуют переходу ванадия из шлака в раствор. Кроме того, при таком градиенте pH не создается местного перекисления, при котором ванадиевые комплексы могут переходить из анионной в катионную форму VO₂₊. При этом наличие в растворе анионных и катионных форм ванадия способствует образованию нейтральных молекул, которые осаждаются, снижая степень извлечения ванадия в раствор.

Выщелачивание проводят до достижения pH 3,0 - 4,0. При этом ванадий селективно переходит в раствор, а железо и сульфат кальция остаются в кеке. Оставшийся ванадий доизвлекают из кека кислотным выщелачиванием.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет упростить процесс извлечения ванадия из конвертерных шлаков за счет того, что в качестве исходного продукта используют конвертерные ванадиевые шлаки монопроцесса, которые не нужно подвергать окислительному обжигу, а заданные условия проведения процесса выщелачивания обеспечивают высокую степень извлечения ванадия из шлака.

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

Ванадийсодержащий конвертерный шлак монопроцесса в количестве 1000 г, содержащий мас.%: V₂O₅ - 9,1, CaO - 37,3, FeO - 28,9, смешивали с 5 л воды. Отношение твердой фазы (Т) к жидкой фазе (Ж) составляло Т : Ж = 1 : 5. В полученную пульпу при перемешивании подавали раствор серной кислоты плотностью 1370 кг/м³ при поддержании градиента pH, равном 0,2 ед.pH/мин. Выщелачивание вели до достижения pH раствора 3,0.

Отделяли ванадийсодержащий раствор от твердой фазы фильтрованием, кек промывали при Т : Ж = 1 : 1. Объединенный фильтрат содержал, г/л: V₂O₅ - 12,8, CaO - 0,7, Fe_общ. - 0,3. Извлечение ванадия в раствор 65,7%.

Кек после выщелачивания направляли на кислотное доизвлечение ванадия при pH 0,5, Т : Ж = 1 : 3.

Отделяли раствор от твердой фазы фильтрованием, осадок промывали при Т : Ж = 1 : 1. Фильтрат содержал, г/л: V₂O₅ - 9,3, CaO - 0,1, Fe_общ. - 12,1. Степень извлечения ванадия в раствор 30,7%. Общее извлечение ванадия 95,8%.

Пример 2.

Ванадийсодержащий конвертерный шлак монопроцесса в количестве 1000 г, содержащий, мас.%: V₂O₅ - 7,8, CaO - 31,5, FeO - 27,9 смешивали с 4 л воды. Т : Ж = 1 : 4. В полученную пульпу при перемешивании подавали раствор серной кислоты плотностью 1370 кг/м³ при поддержании градиента pH, равном 0,1 ед. pH/мин, до достижения pH раствора 4,0.

Отделяли ванадийсодержащий раствор от твердой фазы фильтрованием, кек промывали при Т : Ж = 1 : 1, объединенный фильтрат содержал, г/л: V₂O₅ - 11,6, CaO - 0,5, Fe_общ. - 0,05. Извлечение ванадия в раствор 66,4%.

Кек после выщелачивания направляли на кислотное доизвлечение ванадия при pH 0,3, Т : Ж = 1 : 3.

Отделяли раствор от твердой фазы фильтрованием. Фильтрат содержал, г/л: V₂O₅ - 7,7, CaO - 0,1, Fe_общ. - 10,1. Степень доизвлечения ванадия 29,7% в раствор. Общее извлечение ванадия 96,1%.

Пример 3.

Ванадийсодержащий конвертерный шлак монопроцесса в количестве 1000 г, содержащий, мас.% : V₂O₅ - 8,4, CaO - 20,4, FeO - 25,8, смешивали с 4 л воды. Т : Ж = 1 : 4. В полученную пульпу при перемешивании подавали раствор серной кислоты плотностью 1370 кг/м³ при поддержании градиента pH, равном 0,15 ед. pH/мин, до достижения pH раствора 3,5.

Отделяли ванадийсодержащий раствор от твердой фазы, кек промывали при Т : Ж = 1 : 1, объединенный фильтрат содержал, г/л: V₂O₅ - 12,3, CaO - 0,1, Fe_общ. - 0,2. Извлечение ванадия в раствор 66,8%.

Кек после выщелачивания направляли на кислотное доизвлечение ванадия при Т : Ж = 1 : 3, pH 0,3.

Отделяли раствор от твердой фазы фильтрованием, осадок промывали при Т : Ж = 1 : 1. Фильтрат содержал, г/л: V₂O₅ - 8,5, CaO - 0,13, Fe_общ. - 12,8. Степень доизвлечения ванадия в раствор 30,1%. Общее извлечение ванадия 96,9%.

Формула изобретения

Способ извлечения ванадия из конвертерных ванадиевых шлаков, включающий слабокислотное выщелачивание раствором серной кислоты с последующей фильтрацией и кислотным доизвлечением ванадия из кека, отличающийся тем, что в качестве исходного продукта используют необожженные конвертерные ванадиевые шлаки монопроцесса и выщелачивание проводят при градиенте pH, равном, по меньшей мере, 0,1 ед.pH/мин до достижения pH раствора 3,0 - 4,0.