Способ извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам переработки ванадийсодержащих материалов, и может быть использовано для извлечения ванадия из ванадийсодержащих металлургических шлаков. Способ включает обжиг исходного ванадийсодержащего материала в атмосфере кислорода воздуха без реакционноспособных добавок при температуре 825-875°С в течение 1-2 часов с последующим выщелачиванием огарка водным раствором соды с концентрацией 120-200 г/дм³ при температуре 80-90°С в течение 3-4 часов. В качестве исходного материала используют ванадийсодержащий шлак, его предварительно измельчают до крупности минус 0,1 мм, а затем отделяют магнитную фракцию. Предлагаемым способом обеспечивается технический результат - упрощение процесса окислительного обжига за счет исключения добавок солей, селективное выщелачивание ванадия и общее повышение извлечения ванадия в раствор, повышая экологичность процесса. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам переработки ванадийсодержащих материалов, в том числе ванадийсодержащих металлургических шлаков.

Известны способы обжига ванадийсодержащих материалов (шлаков, зол от сжигания углеводородного топлива, ванадиевых руд и т. д.) с добавками, содержащими NaCl, KCl, Nа₂СО₃, NaNO₃, СаСО₃, CaO, CaSO₄, MgO, доломита - CaMg(CO₃)₂, сильвинита (KCl+NaCl) и др. с последующим водным и кислотным выщелачиванием ванадия [1] или содовым выщелачиванием ванадия из шлаков, также предварительно обожженных с кальцийсодержащими добавками [2, 3, 4].

Способы извлечения ванадия путем обжига шлаков с содой и последующим выщелачиванием огарка водой и кислотой реализован на Чусовском металлургическом заводе.

Способ извлечения ванадия путем обжига шлака с известняком и последующим двукратным кислым выщелачиванием реализован на ААОТ “Ванадий-Тулачермет”.

Недостатками существующих в практике способов являются следующие.

При обжиге шлака с натрирующими, кальциевыми и другими реакционноспособными добавками получаются водо- и кислоторастворимые химические соединения не только ванадия, но и частично всех составляющих шлака: хрома, алюминия, кремния, магния, железа, на образование которых расходуется дополнительное (кроме как на образование ванадия) количество соды или известняка. Выщелачивание огарков приводит к получению ванадийсодержащих растворов с большим количеством примесей металлов. А последующая нейтрализация кислых и щелочных растворов с целью осаждения ванадия приводит к получению большого количества токсичных сточных вод и некачественного ванадиевого концентрата. Общее извлечение ванадия из шлаков низкое и составляет не более 70-75% [3].

Известен “Способ извлечения ванадия” [2] из ванадийсодержащего шлака, предварительно обожженного с кальцийсодержащими добавками, содовым выщелачиванием, с целью снижения кремнекислоты. Причем используют содовый раствор, содержащий 40 г·дм^-3 Na₂O и 55 г·дм^-3 СО^-2₃ с мольным отношением карбонат-иона к окиси натрия 1-2. По данному способу получают раствор, содержащий более 30 г·дм^-3 V₂О₅, 0,4 г·дм^-3 SiO₂ и другие примеси.

Описанный способ выщелачивания не исключает вышеуказанные недостатки существующих в практике технологий, поэтому не получил дальнейшего развития и внедрения в практику.

По технической сущности наиболее близким аналогом является способ извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов [5].

Способ включает обжиг в атмосфере кислорода без реакционных добавок и последующее выщелачивание огарка водным раствором соды при нагревании с переводом ванадия в раствор.

Недостатком известного способа является невысокая степень извлечения ванадия в раствор (~72% V₂O₅).

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка более экономичного, экологически более чистого способа переработки ванадийсодержащих материалов, в т.ч. шлаков, обеспечивающего получение растворов после выщелачивания с минимальным содержанием примесей и высокой степенью извлечения ванадия в раствор.

Поставленная задача достигается за счет технического результата, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключающийся в удешевлении процесса окислительного обжига ванадийсодержащих материалов без добавок солей щелочных и щелочноземельных металлов, селективном выщелачивании ванадия и общим повышением извлечения ванадия в раствор.

Технический результат достигается тем, что в способе извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов, включающем обжиг в атмосфере кислорода воздуха без реакционных добавок и последующее выщелачивание огарка раствором соды при нагревании с переводом ванадия в раствор, согласно изобретению обжиг ведут при температуре 825-875°С, а выщелачивание раствором соды с концентрацией (C Na₂ CO₃) 120-200 г/дм³ при температуре 80-90°С в течение 3-4 часов. При этом при использовании в качестве исходного материала ванадийсодержащего шлака его предварительно измельчают до крупности минус 0,1 мм, а затем отделяют магнитную фракцию. Обжиг осуществляют в течение 1-2 часов.

Предлагаемый способ окислительного обжига без солевых добавок с последующим извлечением ванадия в раствор отличается от прототипа более низкой температурой обжига - 850°С вместо 950°С, одностадийностью процесса обжига и выщелачивания. Тем самым экономится энергия, сокращается продолжительность обработки ванадийсодержащих материалов, уменьшаются затраты. Предлагаемый способ более технологичен.

Сочетание окислительного обжига шлаков без добавок солей щелочных и щелочноземельных металлов с последующим селективным выщелачиванием ванадия из обожженных шлаков водными растворами соды позволяет получать богатые по содержанию ванадия растворы с незначительным содержанием примесей. Последнее создает предпосылки для извлечения ванадия из содовых растворов в высококачественный продукт.

Подтверждением возможности обеспечения в заявляемых параметрах более высокого перевода ванадия в содовый раствор и минимального - примесных элементов являются графики зависимости извлечения ванадия от режимов обжига и выщелачивания (фиг.1-5).

Из указанных чертежей следует, что оптимальными условиями обжига являются температура обжига - 825-875°С, а продолжительность обжига от 1 до 2 часов (фиг.1, 2).

Более тонкое измельчение шлака перед обжигом (при крупности частиц до 0,1 мм) не оказывает заметного влияния на условия обжига и качество получаемого огарка.

Оптимальными условиями выщелачивания шлаков, обожженных без каких-либо добавок являются концентрация соды в выщелачивающем растворе 120-200 г·дм^-3 Nа₂СО₃ (в зависимости от исходной концентрации ванадия в шлаке), продолжительность выщелачивания 3-4 часа при Т=85-90°С (фиг.3, 4, 5).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Пример.

Ванадиевый шлак измельчали до крупности минус 0,1 мм, а затем отделяли магнитную фракцию. Немагнитную фракцию (табл.1) обжигали при температуре от 700 до 900°С в течение 0,5-5 часов в атмосфере кислорода воздуха. Полученный огарок выщелачивали раствором соды при различных концентрациях Na₂CО₃ от 20 до 250 г·дм^-3 при Т=20-90°С и Т:Ж=1:2-1:5 (фиг.1, 2, 3, 4, 5).

Состав полученного раствора, г·дм^-3: V 20-40; Мn 0,01; SiO₂ 0,11; Сr₂O₃ 0,01; MgO 0,06; CaO 0,01; Аl₂О₃ - cл.; ТiO₂ - cл.; Fe 0,02; Р 0,02.

Аналогичные результаты по обжигу и выщелачиванию получены из шлака с меньшим содержанием ванадия (до 5,5%) и с различным содержанием примесей. Это позволяет рассматривать предлагаемый способ как универсальный.

Таким образом, предлагаемое техническое решение по сравнению с известными позволяет упростить технологию переработки ванадийсодержащих материалов, получить богатые по содержанию ванадия растворы с низким содержанием примесей, что обеспечит получение высококачественного ванадиевого продукта.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. А.с. СССР 256261 “Способ извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов”, БИ №43, 25.11.77, автор Н.П. Слотвинский-Сидак.

2. А.с. СССР 453939 “Способ извлечения ванадия”, БИ №37, 05.10.77, авторы Н.П. Слотвинский-Сидак, И.П.Майорова.

3. В.В. Вдовин, А.А. Каменских, А.А. Карпов, В.А. Козлов, В.Н. Зеленев, А.А. Печенкина, М.Д. Белоножко. “Сравнительный технико-экологический анализ существующих технологических схем производства оксида ванадия из конверторных шлаков”. Химия, технология и промышленная экология неорганических соединений. Сб. н. трудов, вып. 2, 1999, С.69-77. Изд-во пермского университета, г.Пермь.

4. Н.П. Слотвинский-Сидак, В.И. Поталов, П.И. Аверин. Осаждение чистой и химически чистой пятиокиси ванадия из щелочных растворов. Цветные металлы, №5, 1965, с.67-70.

5. М.Н. Соболев “Извлечение ванадия и титана из уральских титаномагнетитов”. Главная редакция литературы по цветной металлургии. Москва-Ленинград, 1936, с.103-105.

Формула изобретения

1. Способ извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов, включающий обжиг в атмосфере кислорода воздуха без реакционных добавок и последующее выщелачивание огарка раствором соды при нагревании с переводом ванадия в раствор, отличающийся тем, что обжиг ведут при температуре 825-875°С, а выщелачивание раствором соды с концентрацией 120-200 г/дм³ при температуре 80-90°С в течение 3-4 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании в качестве исходного материала ванадийсодержащего шлака его перед обжигом предварительно измельчают до крупности минус 0,1 мм, а затем отделяют магнитную фракцию.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что обжиг осуществляют в течение 1-2 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5