Способ переработки ванадийсодержащих отходов производства

 

Изобретение относится к металлургии, в частности гидрометаллургии ванадия, и может быть использовано для переработки и обезвреживания жидких ванадийсодержащих отходов производства - сточных вод, образующихся при получении различных товарных соединений ванадия: NH₄VO₃, V₂О₅ и др. Способ направлен на решение задачи, заключающейся в увеличении производительности процесса. Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа, состоит в повышении рабочей сорбционной емкости по ванадию, в сокращении расхода ионита и реагентов. Способ переработки ванадийсодержащих отходов производства включает сорбцию ванадия из растворов в динамическом режиме на ионите полиоксиаминного типа до проскока ванадия в фильтрат, промывку ионита и десорбцию ванадия. Новым в способе является то, что после проскока ванадия в фильтрат ионит в колонке обрабатывают раствором соляной кислоты с концентрацией 0,5-5 г/дм³ в количестве 5-15 объемов на 1 объем ионита, после чего вновь осуществляют сорбцию ванадия на обработанном ионите. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к гидрометаллургии ванадия и может быть использовано для переработки и обезвреживания жидких ванадийсодержащих отходов производства - сточных вод, образующихся при получении различных товарных соединений ванадия - NH₄VO₃, V₂O₅ и др.

Известен способ переработки жидких ванадийсодержащих отходов путем извлечения ванадия из растворов сорбцией ионитами, выбранными из ряда АВ-17, АВ-16Г, ЭДЭ-10П при 40-50^oС и рН 6-8 (см. синтез и свойства соединений III-IV групп: научн. тр. / Ин-т химии УНЦ СССР, Свердловск, 1973. Вып. 15. с. 132-138). К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе не обеспечивается очистка от ванадия сильнозасоленных, высокоминерализированных хлоридных растворов до санитарно-допустимых норм.

Известен способ переработки ванадийсодержащих отходов производства - маточных растворов и промвод метаванадата аммония (Журн. Цветная металлургия, 1983, 22, с.13-18. Опытно-промышленные испытания сорбционной технологии извлечения ванадия из сточных вод).

Известный способ заключается в сорбционном извлечении ванадия на ионитах эпоксиаминного типа СБ-1 и СВ-1 с последующей промывкой ионита водой и десорбцией ванадия растворами гидроксида натрия. К причинами, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится сравнительно невысокая сорбционная емкость используемых ионитов по ванадию и, как следствие, неудовлетворительная производительность процесса.

Наиболее близким из известных аналогов к заявленному изобретению по совокупности признаков и назначению является известный способ переработки жидких ванадийсодержащих отходов производства из сильнозасоленных хлоридных сточных вод (а.с. СССР 944367 по заявке 3226596/22-02 с приор, от 03.10.1980. МПК С 22 В 34/22. Опубл. БИ 15, 1999, с.562 - "Способ извлечения ванадия из хлоридных растворов сорбцией") - принят за прототип.

Способ по прототипу заключается в сорбционном извлечении ванадия из жидких хлоридных отходов - сточных вод на полиоксиаминном ионите, содержащих 5-30% сильноосновных групп, при этом сорбцию ванадия ведут либо при рН 0,5-3,0 (преимущественно рН 0,7-2,0), либо при рН 5-8 (5-7), а десорбцию ванадия из ионита осуществляют поочередной обработкой растворами гидроксида натрия и соляной кислоты с последующим объединением элюатов.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится большой расход реагентов для десорбции ванадия, что связано со сравнительно небольшой рабочей сорбционной емкостью.

Заявленное техническое решение направлено на решение задачи, заключающейся в увеличении производительности процесса.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявленного изобретения, состоит в повышении рабочей сорбционной емкости ванадия и сокращении расхода ионита и реагентов.

Указанный технический результат при осуществлении заявленного изобретения достигается тем, что в известном способе переработки ванадийсодержащих отходов производства, включающем сорбцию ванадия из растворов в динамическом режиме на ионите полиоксиаминного типа, промывку ионита и десорбцию ванадия, особенность заключается в том, что после проскока ванадия в фильтрат ионит обрабатывают раствором соляной кислоты с концентрацией 0,5-5 г/дм³ в количестве 5-15 объемов на 1 объем ионита, после чего вновь осуществляют сорбцию ванадия на ионите.

При прочих равных условиях новый вышеуказанный порядок выполнения действий, новый прием их выполнения обеспечивают достижение технического результата при осуществлении заявляемого изобретения. Анализ совокупности признаков заявляемого изобретения, нового порядка выполнения действий, новых приемов их выполнения и достигаемого при этом результата показывает, что между ними существует вполне определенная причинно-следственная связь, выражающаяся в следующем.

Опытным путем установлено, что введение в технологический процесс сорбционной переработки жидких ванадийсодержащих отходов - сильнозасоленных хлоридных сточных вод - дополнительной операции - обработки ионита, насыщенного ванадием, слабым (0,5-5 г/дм³) раствором НСl вполне позволяет увеличить рабочую сорбционную емкость ионита по ванадию и, как следствие, повысить производительность процесса на 20-40%, соответственно сократить удельные расходы реагентов для десорбции ванадия из ионита.

Анализ уровня техники в отношениях совокупности всех существенных признаков заявленного технического решения показывает, что предложенный способ соответствует критерию "новизна".

Проверка соответствия заявленного изобретения требованиям "изобретательского уровня" в отношении совокупности существенных признаков свидетельствует о том, что предлагаемый способ не следует для специалистов явным образом из известного уровня техники.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, приведены в примерах и заключаются в следующем.

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

Ванадийсодержащие отходы производства - хлоридные сточные воды производства метаванадата аммония, содержащие 1,1 г/л ванадия и 145 г/л хлоридов натрия и аммония, пропускают через сорбционный фильтр, заполненный ионитом эпоксиаминного типа. При удельной нагрузке 1 л сточных вод на 1 г ионита наблюдается полный проскок ванадия в фильтрат (С_{фильтрата}=С_исх.). Сорбционная емкость ионита по ванадию при этом составляет 350 г/л. После проскока ванадия ионит промывают и затем обрабатывают раствором соляной кислоты концентрацией 3 г/л в количестве 10 объемов на 1 объем смолы, а затем через ионит дополнительно пропускают сточные воды до полного проскока ванадия в фильтрат. Сорбционная емкость ионита по ванадию при этом увеличивается на 25,7% и составляет 460 мг/г. Десорбцию ванадия из ионита осуществляют последовательной обработкой ионита 2 н. раствором гидроксида натрия и 3 н. раствором соляной кислоты.

Пример 2. Жидкие ванадийсодержащие отходы - сточные воды производства пентаоксида ванадия - 0,87 г/л ванадия, 122 г/л хлоридов натрия и аммония при рН 7,6 - пропускают через сорбционные фильтры, заполненные ионитом эпоксиаминного типа. В процессе проведения опытно-промышленных испытаний переработано 500 м³ сточных вод. При этом после проскока ванадия в фильтрат ионит промывают, после чего обрабатывают различным количеством (5-15 объемов на 1 объем ионита) соляной кислоты концентрацией 0,5-5 г/л, после чего через ионит вновь пропускают сточные воды до проскока ванадия в фильтрат. Результаты испытаний приведены в таблице.

Из представленных данных следует, что дополнительная обработка ионита (после проскока ванадия в фильтрат) раствором соляной кислоты (0,5-5 г/л) в количестве 5-15 объемов на 1 объем ионита приводит к существенному (на 20-40%) повышению сорбционной емкости по ванадию. При последующем пропускании сточных вод через обработанный соляной кислотой ионит он вновь начинает поглощать ионы ванадия.

Обнаруженный эффект (повышение рабочей сорбционной емкости) проявляется, как это показали многочисленные опыты, лишь в строго ограниченных пределах концентрации и количества взятой для обработки соляной кислоты: с=0,5-5 г/л и 5-15 объемов на 1 объем ионита.

При уменьшении концентрации либо количества соляной кислоты эффект не наблюдается. Увеличение объема кислоты (более 15 объемов) приводит лишь к перерасходу соляной кислоты. Повышение концентрации соляной кислоты более 5 г/л приводит к десорбции ванадия, т.е. к уменьшению суммарной емкости ионита.

Механизм наблюдаемого эффекта объясняется, по-видимому, тем, что в результате обработки ионита соляной кислотой происходят конформационные изменения в структуре ионита, благоприятствующие увеличению сорбционной емкости по ванадию на практически уже насыщенном ионите, при этом также происходят изменения в структуре и пространственной ориентации ионов ванадия в фазе ионита.

В результате указанной обработки ионита при переработке ванадийсодержащих отходов - сточных вод существенно повышаются многие технологические показатели процесса: увеличение суммарной рабочей сорбционной емкости ионита на 20-40% соответственно повышает степень концентрирования ванадия (т.е. концентрацию ванадия в элюате), сокращается расход ионита для извлечения ванадия и, что очень важно, увеличиваются время защитного действия фильтров и объем перерабатываемых жидких ванадийсодержащих отходов производства -сточных вод. Это приводит к тому, что без увеличения размеров и количества сорбционных колонн и без повышения расхода смолы производительность процесса возрастает на 20-40%.

Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с прототипом является также возможность переработки высокоминерализованных ванадийсодержащих сточных вод в непрерывном режиме путем пропускания сточных вод через последовательно соединенные между собой две или более сорбционных колонок (фильтры), заполненных ионитами полиоксиаминного типа с гидроксильными и аминогруппами. При этом, в то время как первая по ходу сорбционная колонка работает в режиме насыщения ионами ванадия и последующей десорбции ванадия, последняя колонка работает в режиме доочистки сточных вод до ПДК (0,1 мг/л), т.е. до достижения степени извлечения ванадия из сточных вод более 99%. Десорбированный ванадий в виде элюата возвращают в основной технологический процесс производства метаванадата аммония и/или пентаоксида ванадия.

Таким образом, изобретение обеспечивает повышение сорбционной нагрузки на ионит по ванадию (повышение сорбционной емкости ионита по ванадию). Следствием этого является сокращение расхода ионита для переработки ванадийсодержащих отходов производства единицей веса ионита. В конечном итоге это приводит к интенсификации процесса и увеличению его производительности.

Формула изобретения

Способ переработки ванадийсодержащих отходов производства, включающий сорбцию ванадия из растворов в динамическом режиме на ионите полиоксиаминного типа, промывку ионита и десорбцию ванадия, отличающийся тем, что после проскока ванадия в фильтрат ионит обрабатывают раствором соляной кислоты с концентрацией 0,5-5 г/дм³ в количестве 5-15 объемов на 1 объем ионита, после чего вновь осуществляют сорбцию ванадия на обработанном ионите.

РИСУНКИ

Рисунок 1