Способ переработки ванадийсодержащих конвертерных шлаков

 

Изобретение относится к технологии производства соединений ванадия и феррованадия, применяемых в черной металлургии, химической, лакокрасочной, текстильной, стекольной и других отраслях, а также в медицине, фотографии, авиастроении, космической технике, атомной энергетике, сельском хозяйстве в качестве ядохимикатов и микроудобрений. Технический результат - повышение степени извлечения ванадия, улучшение качества получаемой пятиокиси ванадия, снижение потребления соды, кислоты, энергоресурсов. Указанный технический результат достигается тем, что способ переработки ванадийсодержащих конвертерных шлаков включает окислительно-натрирующий обжиг шлака с содой, кислотное выщелачивание, гидролитическое выделение соединений ванадия. Отличительной особенностью является то, что перед кислотным выщелачиванием огарок непосредственно после обжига подают в воду, кислотное выщелачивание ведут с добавлением кислоты, проводят его при перемешивании, полученную пульпу отфильтровывают и выделившийся осадок промывают кислотой, водой и раствором соды. Полученные растворы объединяют с раствором после выщелачивания, и гидролитическое выделение соединений ванадия осуществляют из объединенного раствора.

Изобретение относится к технологии производства соединений ванадия и феррованадия, применяемых в черной металлургии, химической, лакокрасочной, текстильной, стекольной и других отраслях, а также в медицине, фотографии, авиастроении, космической технике, атомной энергетике, сельском хозяйстве в качестве ядохимикатов и микроудобрений.

Существующие и перспективные способы переработки ванадийсодержащих шлаков связаны с переводом ванадия из шлака в растворимое состояние путем проведения окислительного обжига шлака со щелочной добавкой с последующим выщелачиванием и выделением целевых ванадиевых соединений из растворов. Для осуществления возможности выщелачивания водой используют обжиг с натрийсодержащей добавкой (NaNO₃, Nad, Na₂SO₄, сильвинит, силикат-глыбу, соду) [1-6]. Выщелачивание водой позволяет получать более "чистые" растворы, чем при выщелачивании кислотой, и соответственно более качественные ванадиевые продукты.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известных способов, относится то, что достигается относительно низкое извлечение ванадия, недостаточная чистота получаемых продуктов ввиду перехода в раствор при выщелачивании примесей сопутствующих ванадию компонентов (Mn, Cr, Si, P, Ca, Fe и др.), высокий расход исходных реагентов (соды, кислоты) и энергии на двигательные цели.

Увеличение степени извлечение ванадия в водный раствор достигается при обжиге шлаков с повышенным содержанием соды, позволяющем осуществлять только водное выщелачивание огарка (без кислотного) [7]. Однако при росте количества добавленной при обжиге соды ухудшается качество водных растворов из-за повышения количества переходящих в водный раствор примесей.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ переработки ванадийсодержащих шлаков, включающий окислительно-натрирующий обжиг шлака с содой (шихта) при продувке воздухом, водное и двухстадийное кислотное выщелачивание огарка, фильтрацию пульпы с получением растворов, гидролитическое выделение из них соединений ванадия, принятый за прототип [8]. Для реализации способа требуется соды не менее 0,62 от содержания V₂О₅ в шлаке, что составляет для аналогичного используемого сейчас на заводе шлака 7,7-11,6 мас.%. Содержание V₂O₅ в осадке пятиокиси ванадия составляет 75-80%, а степень извлечения ванадия - 80,8%.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что способ переработки ванадийсодержащих конвертерных шлаков достаточно сложный, при этом достигается низкое извлечение ванадия, а качество получаемой пятиокиси ванадия не позволяет получать феррованадий высоких марок. Кроме того, для реализации способа требуется высокий расход исходных реагентов (соды, кислоты) и энергоресурсов.

Задачей изобретения является упрощение способа переработки ванадийсодержащих конвертерных шлаков. Технический результат - повышение степени извлечения ванадия, улучшение качества получаемой пятиокиси ванадия, снижение потребления соды, кислоты, энергоресурсов.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способе переработки ванадийсодержащих конвертерных шлаков, включающем окислительно-натрирующий обжиг шлака с содой, кислотное выщелачивание, гидролитическое выделение соединений ванадия, перед кислотным выщелачиванием огарок непосредственно после обжига подают в воду, кислотное выщелачивание ведут с добавлением кислоты, проводят его при перемешивании, полученную пульпу отфильтровывают и выделившийся осадок промывают кислотой, водой и раствором соды, а полученные растворы объединяют с раствором после выщелачивания, и гидролитическое выделение соединений ванадия осуществляют из объединенного раствора.

Предлагаемая последовательность операций при переработке ванадийсодержащих конвертерных шлаков позволяет упростить процесс переработки шлаков и сократить число стадий выщелачивания и фильтрации с 3 до 1. В обоженной шихте даже при более низком содержании соды образуются соединения ванадия, способные к наибольшему растворению в низкоконцентрированной кислоте с концентрацией ниже, чем в известных решениях, при одновременном снижении выщелачивания из обожженной шихты примесей Mn, Cr, Si, P, Fr и др., что позволяет получать после фильтрации более "чистые" растворы, а затем и осаждать более "чистую" пятиокись ванадия.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для поставленной задачи.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ с получением вышеуказанного технического результата осуществляется следующим образом.

Использовали шлак Чусовского металлургического завода следующего состава, мас.%: V₂O₅ - 15,47, MnO - 12,4, CaO - 0,8, FeO - 28,2, SiO₂ - 19,4, ТiO₂ - 8,9, Сr₂О₃ - 9,5, MgO - 2,1, Р - 0,03, Fе_дисп - 3,2.

Исходную навеску шлака при содержании частиц с размером ≤0,16 мм в количестве 73,8% тщательно смешивали с содой до суммарного содержания Na₂CO₃ в шихте 4,5-7,6%. Затем отбирали 250 г готовой шихты и обжигали в специальном металлическом противне в печи Марса в потоке воздуха в течение 3 часов с учетом времени прогрева шихты до температуры обжига.

Температура обжига составляла 800-850°С. Далее огарок подавали в воду при соотношении Т:Ж=1:(3,5-4,0), добавляли серную кислоту и проводили активное выщелачивание в сосуде с мешалкой в течение 3-5 минут до рН среды 2,1-5,5 при температурах 70-90°С. Затем пульпу отфильтровывали на воронке Боюхнера и выделившийся осадок промывали раствором серной кислоты с содержанием 2-3 мас.% Н₂SO₄ при суммарном Т:Ж=1:4 и температурах 70-80°С. После этого осадок на фильтре промывали водой при Т:Ж=1:1.5 и далее содовым раствором с содержанием 1-3% Na₂CO₃ при отношении Т:Ж=1:5.

Химический анализ растворов и твердой фазы проводили по заводским методикам, принятым в прототипе. Из полученных растворов осаждали пятиокись ванадия по технологии прототипа.

Пример

Навеску 250 г шихты, содержащую 5,04 мас.% соды, обжигали при 850°С и подавали в сосуд с мешалкой, содержащий 500 мл воды, затем добавляли ≈12 мл концентрированной (96%) серной кислоты до конечного значения рН среды 3,3 и проводили активное выщелачивание при температуре 70°С. Полученную пульпу отфильтровывали, полученный осадок промывали на фильтре горячим раствором 2% Н₂SO₄ количестве 780 мл. В промывной кислоте содержалось 4,5 г/л ₂O₅. Затем осадок промывали водой в количестве 300 мл. Общий объем водного раствора после объединения с фильтратом от фильтрования составил 800 мл, содержание ванадия в нем составило 30,1 г/л V₂O₅. Далее осадок промывали содовым раствором объемом 500 мл, содержавшим 10 г Na₂CO₃. В содовом промывном растворе после промывки осадка содержалось 1,2 г/л V₂O₅.

Полученный отвальный кек содержал V₂O₅ водорастворимого - 0,09%, кислоторастворимого - 0,19%, общего - 0,56%. Степень извлечения ванадия составила 96,4%.

Все растворы объединили и проводили гидролитическое осаждение технической пятиокиси ванадия при кипячении и содержании кислоты 0,6%. После осаждения и отстаивания осадок пятиокиси ванадия отделяли и анализировали. Содержание V₂O₅ в осадке составило 93%, содержание примеси МnO - 2,2%.

Предложенная совокупность признаков позволяет упростить схему переработки шлаков, осуществлять только одностадийное кислотное выщелачивание огарка.

Кроме того, повышается степень извлечения ванадия, обеспечивается повышение качества получаемой пятиокиси ванадия, из которой алюмотермией возможно получение 80% феррованадия, что невозможно осуществлять из продукта, получаемого по известному способу-прототипу.

Потребление соды сокращается на 40%, потребление кислоты в 6 раз, уменьшаются энергозатраты на двигательные цели примерно в 4 раза.

Предлагаемый способ может быть легко реализован на существующих производствах ванадиевых продуктов, работающих по содовой технологии.

Он не требует установки значительного количества дополнительного оборудования и позволяет использовать существующее. Высвобождая значительное количество агитаторов, фильтров, емкостей, необходимо установить только оборудование для приготовления содового раствора и его рециркуляции.

Источники информации

1. Соболев М.Н. Извлечение ванадия и титана из Уральских титаномагнетитов. - М.-Л.: ОНТИ, 1936.

2. Башилов И.Я. Введение в технологию редких элементов. - М.-Л., 1932.

3. Химия и технология ванадиевых соединений. /Под ред. акад. В.И.Спицина. - Пермь, 1974. С. 190-197.

4. У.Ростокер. Металлургия ванадия. - М.: Издатинлит, 1959.

5. Ватолин Н.А. и др. Окисление ванадиевых шлаков. - М.: Наука, 1978.

6. Патент РФ № 2157419, МПК С 22 В 34/22, БИ №28, опубл. 10.10.2000.

7. Химия и технология ванадиевых соединений. /Под ред. акад. В.И.Спицина. - Пермь, 1974. С. 97-102.

8. Производство технической пятиокиси ванадия. Технологическая инструкция ТИ 115-Ф-10-95, Чусовой, 1995 (прототип).

Формула изобретения

Способ переработки ванадийсодержащих конвертерных шлаков, включающий окислительно-натрирующий обжиг шлака с содой, кислотное выщелачивание, гидролитическое выделение соединений ванадия, отличающийся тем, что перед кислотным выщелачиванием огарок непосредственно после обжига подают в воду, кислотное выщелачивание ведут с добавлением кислоты, проводят его при перемешивании, полученную пульпу отфильтровывают и выделившийся осадок промывают кислотой, водой и раствором соды, а полученные растворы объединяют с раствором после выщелачивания, и гидролитическое выделение соединений ванадия осуществляют из объединенного раствора.

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.04.2010

Извещение опубликовано: 10.04.2010        БИ: 10/2010

---