СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ВАНАДИЯ ИЗ РАСТВОРОВ Российский патент 1999 года по МПК C22B34/22 C22B3/20 

Предлагаемое изобретение относится к гидрометаллургии ванадия, в частности к способам выделения ванадия из растворов.

Основным видом сырья для производства соединений ванадия являются конвертерные ванадиевые шлаки металлургических производств. Ванадийсодержащие растворы образуются либо по известковой, либо по содовой технологиям переработки ванадиевых шлаков. При этом основной макропримесью в растворах выщелачивания, полученных по известковой технологии, является марганец, а по содовой технологии - натрий.

Выщелачивание шлаков ведут в две стадии. На первой стадии выщелачивание проводят при pH 1,8-2,2, при этом образуются так называемые pH-растворы с содержанием V₂O₅ - 29,0-32,0 г/л. На второй стадии выщелачивание проводят 5%-ной серной кислотой с образованием высококислотных растворов.

На осаждение поступает объединенный раствор с первой и второй стадий выщелачивания с pH 1,2-1,5. При этом остается избыточное количество кислого раствора, использование которого на переделах технологической схемы затруднительно.

Известен способ гидролитического осаждения ванадия из растворов выщелачивания ванадиевых шлаков, включающий подкисление до pH 1,6-1,8, нагрев раствора при перемешивании до 95-100^oC и осаждение оксида ванадия в течение 40-90 мин (Ивакии А.А., Фотиев А.А. Химия пятивалентного ванадия в водных растворах. Свердловск, Металлургиздат, 1971. 105 с.).

Недостатками способа являются большая продолжительность процесса, повышенное содержание ванадия в маточнике. Получаемые осадки оксида ванадия мелкодисперсные, с высокой влажностью и повышенным содержанием в них примесей.

Известен способ гидролитического осаждения ванадия из подкисленных до pH 1,4-1,6 растворов декаванадата кальция, включающий использование незначительного количества затравки осадка в соотношении до 1:1 к содержанию пентоксида ванадия в растворе (удельная поверхность 5-10 см^-1). Вводимая в систему при таком соотношении твердая фаза не оказывает сколько-нибудь существенного влияния но продолжительность процесса, полноту осаждения и качество осаждаемого оксида ванадия. (Журнал неорганической химии, 1985, вып. 30, N 4, с.908.).

Недостатками способа являются большая продолжительность осаждения, повышенное содержание ванадия в маточниках и низкое качество готового продукта. Получаемые осадки мелкодисперсны, с широким гранулометрическим составом, средний диаметр частиц не более 12-15 мкм. Осадки имеют высокую влажность и повышенное содержание примесей, что требует многократных операций отмывки и ведет к потерям ванадия.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ гидролитического осаждения ванадия из подкисленных до pH 1,6-1,8 растворов выщелачивания при перемешивании и одновременном нагревании раствора острым паром. При взаимодействии острого пара с нагреваемым раствором образуется большое количество центров кристаллизации и дальнейшее осаждение инициируется за счет развитой поверхности мелкодисперсного осадка, образующегося в процессе осаждения. В результате продолжительность осаждения сокращается до 3-5 мин, уменьшается остаточное содержание ванадия в маточнике (Касимов А.М. Выделение редких и тяжелых цветных металлов из растворов. Цветные металлы, 1988, N 8, с. 67) - прототип.

Основным недостатком способа является низкое качество осаждаемого оксида ванадия. Получаемый мелкодисперсный осадок с размером частиц 5-10 мкм труднофильтруемый. Укрупнение частиц не происходит вследствие разрушающего действия на них острого пара. Развитая поверхность мелкодисперсного осадка из-за удержания раствора обуславливает его высокую влажность (до 100%). В результате повышается содержание примесей в осадке, в частности марганца. Необходимость применения промывки осадка приводит к потерям ванадия. При этом содержание марганца в прокаленном осадке остается высоким и составляет порядка 5,5 мас.%.

Достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества осаждаемого оксида ванадия. Это обеспечивается в способе выделения ванадия из растворов, включающем осаждение ванадия из раствора при pH 0,4-1,0 в присутствии осадка оксида ванадия при нагревании и перемешивании воздухом. Причем осаждение проводят в присутствии осадка оксида ванадия с удельной поверхностью 50-2000 см^-1. Нагревание раствора осуществляют через греющую поверхность.

Сущность предлагаемого изобретении заключается в следующем. При перемешивании пульпы, полученной при введении в исходный раствор осадка оксида ванадия воздухом, частицы осадка находятся во взвешенном состоянии и обтекаются раствором со скоростями, максимальными для размеров, формы и веса каждой из частиц, что обеспечивает минимально возможные толщины диффузных слоев на их поверхности. В результате происходит интенсивный процесс осаждения ванадия из раствора только на взвешенных частицах осадка с постепенным увеличением его крупности.

Присутствие осадка оксида ванадия с удельной поверхностью 50-2000 см^-1 и нагревание раствора через греющую поверхность позволяют проводить процесс осаждения без образования в растворе новых центров кристаллизации, исключительно с наращиванием присутствующих в системе частиц твердой фазы - оксида ванадия.

Образующийся крупнокристаллический легкофильтрующийся осадок оксида ванадия имеет пониженную влажность и соответственно уменьшается содержание примесей в осадке. Ограничивает соосаждение примесей также то, что осаждение оксида ванадия проходит в кислых областях при pH 0,4-1,0. Заданный интервал pH при осаждении является необходимым и достаточным для получения высококачественного осадка оксида ванадия с низким содержанием примесей и обеспечивается путем использования кислых ванадийсодержащих растворов в процессе осаждения, что является дополнительным преимуществом предлагаемого способа.

Примеры осуществления способа.

Способ осаждения ванадия из растворов осуществляли в реакторе с обогреваемыми стенками. Реактор заполняли осадком оксида ванадия и подавали исходный ванадийсодоржащий раствор и дополнительно кислый ванадиевый раствор. Для поддержания осадка во взвешенном состоянии осуществляли перемешивание воздухом. Осаждение проводили при pH 0,4-1,0 и температуре 95^oC. Ванадий из раствора осаждали на введенном осадке оксида ванадия в несколько циклов. После отстаивания полученный гидратированный оксид ванадия и маточный раствор разделяли.

Пример 1. 210 мл ванадийсодержащих промышленных растворов выщелачивания с pH 1,0, содержащих, г/л V₂O₅ 30,5; MnO 12,5 направляли на осаждение взятого в отношении Т:Ж=1:3. Для этого на 70 г оксида ванадия с размером частиц 15-30 мкм (удельная поверхность 2000 см^-1) подавали 210 мл. раствора и вели осаждение при температуре 95^oC. В течение 1,5 часа было пропущено 1050 мл раствора за 5 циклов. В результате осаждения ванадия из раствора получено 101,4 г оксида ванадия в виде частиц размером 180-200 мкм. Влажность осадка 15%. После прокаливания получили осадок, содержащий 97,9 мас.% V₂O₅ и 0,8 мас.% марганца.

По способу-прототипу из аналогичного раствора получен осадок оксида ванадия с крупностью частиц 5-10 мкм и влажностью 100%. Содержание V₂O₅ в прокаленном осадке 94 мас.%, содержание марганца 5,5 мас.%.

Пример 2. 210 мл, ванадийсодоржащих промышленных растворов выщелачивания с pH 0,7, состава, г/л V₂O₅ - 28,6; MnO - 10,5 направляли на осаждение ванадия в присутствии осадка оксида ванадия при Т:Ж=1:3. Размер частиц осадка 50-100 мкм (удельная поверхность 500 см^-1), время пропускания раствора 1,5 часа, объем пропущенного исходного раствора 1050 мл за 5 циклов.

В результате осаждения ванадия из раствора получено 97,1 г оксида ванадия в виде частиц размером 200-210 мкм. Влажность осадка 13,5%. После прокаливания получили осадок, содержащий 98,6 мас.% V₂O₅ и 0,7 мас.% марганца.

Пример 3. 210 мл ванадийсодержащих промышленных растворов выщалачивания с pH 0,4 и содержанием V₂O₅ - 20,6 г/л, MnO - 8,0 г/л направляли на осаждение в присутствии осадка оксида ванадия при Т:Ж=1:3. Размер частиц осадка 150-180 мкм (удельная поверхность 50 см^-1). За 5 циклов было пропущено 1050 мл раствора в течение 1,5 часа. Ванадий из раствора осаждался на частицах осадка оксида ванадия.

Получено в результате осаждения 87,3 г оксида ванадия с крупностью частиц 230-250 мкм, влажностью 11%. Прокаленный осадок содержит 99,0 мас.% V₂O₅ и 0,5 мас.% марганца.

Пример 4. Осаждение ванадия проводили из промышленных растворов выщелачивания, полученных по содовой технологии, состава, г/л V₂O₅ - 28,0; MnO - 18,0; Na₂O - 1,5. Процесс вели при pH 0,4 в присутствии осадка оксида ванадия при Т:Ж=1:3. Размер частиц осадка 15-30 мкм (удельная поверхность 2000^-1 см). Пропущено 1050 мл исходного раствора за 5 циклов в течение 1,5 часа.

После осаждения получено 97,8 г оксида ванадия с размером частиц 180-200 мкм. Прокаленный осадок содержит, мас.%: V₂O₅ - 98,3, MnO - 0,08; Na₂O - 0,3.

По способу-прототипу содержание примесей в осадке после прокаливания составляет: MnO - 1,5; Na₂O - 6,5 мас.%.

Изобретение относится к гидрометаллургии ванадия, в частности, к способам выделения ванадия из растворов. Способ включает осаждение ванадия из раствора при рН 0,4-1,0 в присутствии осадка оксида ванадия при нагревании и перемешивании воздухом, что повышает качество осаждаемого осадка. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ выделения ванадия из растворов, включающий осаждение ванадия из подкисленного раствора при нагревании и перемешивании, отличающийся тем, что осаждение ванадия из раствора проводят при pH 0,4 - 1,0 в присутствии осадка оксида ванадия и при перемешивании воздухом. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение проводят в присутствии осадка оксида ванадия с удельной поверхностью 50 - 2000 см^-1. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что нагревание раствора осуществляют через греющую поверхность.