СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВАНАДИЯ Российский патент 2001 года по МПК C22B34/22 C01G31/02 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения ванадия из шлаков и других ванадийсодержащих материалов, и может быть использовано при производстве ванадиевой продукции.

Известны способы извлечения ванадия из различных ванадийсодержащих материалов путем окислительного обжига их с различными реагентными добавками, выщелачивании огарка с последующим выделением из раствора ценного компонента (сб. "Химия и технология ванадиевых соединений". Пермь, 1974 г. "Первое Всесоюзное совещание по химии, технологии и применению ванадиевых соединений", с. 19-21). Основным недостатком промышленных способов переработки ванадиевых шлаков является повышенное содержание некоторых примесей, в частности марганца.

Потребность в ванадиевой продукции более высокого качества, т.е. с более низким содержанием примесей (особенно марганца) на международном рынке постоянно возрастает. При выплавке различных сталей и сплавов потребители предъявляют неодинаковые требования к содержанию марганца в феррованадии. Например, при выплавке сплавов типа викаллой, перминдюр и быстрорежущей стали содержание марганца должно быть не более 2%.

Анализ мирового рынка ванадия показывает, что по качеству пятиокиси ванадия рынок США предпочтительнее, поскольку содержание окислов марганца в концентрате пятиокиси ванадия находится на низком уровне и колеблется от 0,05 до 0,2% (табл.1).

Для укрепления позиций на мировом рынке ванадия необходимо снизить содержание марганца в производимой пятиокиси ванадия в ОАО "Ванадий-Тулачермет" и поднять качество производимой на Чусовском заводе пятиокиси ванадия по ведущему компоненту.

Известен способ, изложенный в а.с. N 982360, МКИ КЛ.С 22 В, 34/22, по которому извлекают техническую пятиокись ванадия с пониженным содержанием примесей из шлаков и других ванадийсодержащих материалов, путем обжига их с карбонатами или окислами кальция, кислотного выщелачивания огарка, гидролиза и обработки концентрата пятиокиси ванадия на стадии фильтрации раствором сульфата алюминия.

Несмотря на то, что способ прост в исполнении, легко вписывается в технологическую схему получения технической пятиокиси ванадия, этот метод требует значительных дополнительных затрат и реагентов для последующей очистки маточных растворов от ионов алюминия.

Известно, что на каждую тонну производимой пятиокиси ванадия получается около 70-80 м³ маточных растворов - сливных вод, в которых содержится около 1,2 - 1,5 т солей, в виде сульфатов железа, магния марганца, ванадия и др. Для использования сливных вод в замкнутом технологическом цикле их обессоливают, доводя кислотность до значений, равных pH 8-10,5. При таких значениях кислотности (щелочности) соединения алюминия ввиду амфоторности гидроксида алюминия находятся в растворе, составляя его основу. Использование таких вод в технологии неэффективно, из-за снижения извлечения ванадия на стадии его выщелачивания.

Мероприятия по удалению алюминия из жидкой фазы, т.е. сливных вод, чрезвычайно сложны и дорогостоящи. Наиболее близким по технической сущности является способ, изложенный в литературе (серия "Химия" N 5. М. "Знание", 1979 г. - стр. 33-34, Н.П.Слотвинский-Сидак, В.К.Андреев, "Ванадий" в природе и технике" "Новое в жизни, науке и технике"), по которому извлечение ванадия осуществляют из ванадийсодержащих материалов путем окислительного обжига их с реагентными добавками выщелачивания огарка, гидролитического осаждения концентрата пентаоксида диванадия (V₂O₅), его фильтрации, отмывки водой и расплавления.

Несмотря на простоту способа, конечный продукт - концентрат получается с высоким содержанием примесей, в т.ч. содержание марганца колеблется от 2,5 до 3,5%.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение содержания примесей (например, марганца), повышение качества V₂O₅ по содержанию ведущего компонента и снижение загрязнения окружающей среды.

Для решения поставленной задачи в способе извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов, включающем окислительный обжиг их с реагентными добавками, выщелачивание огарка, гидролитическое осаждение концентрата пентаоксида диванадия, его фильтрацию с последующей отмывкой водой и плавлением пасты пентаоксида диванадия, перед отмывкой водой осадок промывают раствором сульфата магния с концентрацией 2-7 г/л катиона Mg²⁺, а объем промывки определяют из формулы:
V_{промывки} = 2K•P_V205•П_MnO (м³),
где V_{промывки} - объем промывки, м³;
K - величина, обратная концентрации катиона магния в растворе, г/л (например, для концентрации Mg²⁺, равной 5 г/л, К = 0,2);
П_MnO - отношение исходной концентрации оксида марганца в пентаоксиде диванадия к требуемой его концентрации в готовом продукте;
P_V205 - вес промываемого пентаоксида диванадия по сухому, тонн.

Обработка концентрата V₂O₅ по предлагаемому регламенту позволяет получить продукцию с содержанием марганца, удовлетворяющим требованиям международного стандарта на техническую пятиокись ванадия, что позволяет производителю укрепить позиции на мировом рынке ванадия. Кроме того обработка концентрата растворами сульфата магния позволяет повысить содержание ведущего компонента в готовой продукции, за счет разницы атомных весов марганца и магния при обменном процессе.

Получение V₂O₅ с низким содержанием марганца основано на ионном обмене элементов примесей на расчетное и отработанное в лабораторных и промышленных условиях количество ионов магния.

Снижение загрязнения окружающей среды достигается за счет обычной обработки маточных растворов - сливных вод известковым молоком до pH 10,5. При таких значениях pH соединения магния, в основном, выпадают в осадок в виде гидроксидов.

Обезвреженные по содержанию солей (сульфатов) маточные растворы используются в замкнутом технологическом цикле, не загрязняя окружающую среду (т. е. внешние водоемы) и не снижают извлечение ванадия на стадии его выщелачивания.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет без дополнительных капитальных затрат получить готовый продукт с повышенным содержанием ведущего компонента (V₂O₅) и с низким содержанием марганца, т.е. укрепить позиции производителя на мировом рынке ванадия с сохранением существующих реагентов, оборудования и регламента обезвреживания маточных растворов.

Промывка концентрата пентаоксида диванадия раствором сульфата магния с содержанием катиона менее 2 г/л не позволяет удалить примеси марганца и повысить содержание V₂O₅ до заявленных концентраций. Промывка осадка пентаоксида диванадия раствором сульфата магния с концентрацией катиона более 7 г/л не допустима, так как приводит к удорожанию конечного продукта, за счет перерасхода реагента (сульфата магния), а так же не позволяет получать плавленую V₂O₅ заявленного качества, за счет избытка катиона магния.

Для пояснения предлагаемого изобретения ниже приводится описание, показывающее в качестве примера варианты осуществления способа.

ПРИМЕР 1.

Ванадийсодержащий шлак с содержанием V₂O₅ - 18,5% и 10,25 MnO смешали с известняком в соотношении CaO/V₂O₅ - 0,6 и обожгли в окислительной атмосфере при t - 830^oC в течение часа. Обожженную шихту подвергли выщелачиванию. Из полученных ванадийсодержащих растворов высадили концентрат пентаоксида диванадия, который обработали по регламенту, указанному в табл. 2 (пробы 2-7). Навеска пробы V₂O₅ составляла 400 г, содержание MnO 2,91%. Объем промывки определяли по формуле:
V_{промывки} = 2K•P_V205•П_MnO (м³)
Проба N 1.... - контрольный вариант.

Результаты, представленные в табл. 2? показывают, что промывка V²O₅ растворами сульфата магния (Mg⁺²) обеспечивает очистку технической пятиокиси ванадия до необходимых значений содержания марганца при заявленных параметрах отмывки.

Нейтрализация маточника до pH 10,5 позволяет достаточно глубоко его очистить от соединений магния и использовать отработанные растворы в обороте, что повышает уровень экологической безопасности. При использовании для отмывки V₂O₅ растворов сульфата алюминия очистка маточника от катионов Al⁺³ не происходит, т.о. эти растворы использовать в обороте невозможно.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения ванадия из шлаков и других ванадийсодержащих материалов обжигом, выщелачиванием и осаждением, и может быть использовано при производстве ванадиевой продукции. Снижение содержания марганца, снижение загрязнения окружающей среды и получение пентаоксида диванадия с повышенным содержанием ведущего компонента достигается за счет того, что перед отмывкой водой осадок промывают раствором сульфата магния с концентрацией 2 - 7 г/л катиона Mg⁺², а объем промывки определяют из формулы V промывки = 2 К Р_v205 П_МnО(м³), где V промывки - объем промывки, м³; К - величина, обратная концентрации катиона магния в растворе, г/л (например, для концентрации Mg⁺², равной 5 г/л, К = 0,2); П_МnО - отношение исходной концентрации оксида марганца в пентаоксиде диванадия к требуемой его концентрации в готовом продукте; Р_v205 - вес промываемого пентаоксида диванадия, по сухому, тонн. Обработка концентрата по предлагаемому регламенту позволяет получить продукцию с содержанием марганца, удовлетворяющим требованиям международного стандарта на техническую пятиокись ванадия и использовать ее для выплавки низкомарганцовистого феррованадия и специальных сплавов. 2 табл.

Способ извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов, включающий их окислительный обжиг с реагентными добавками, выщелачивание огарка, гидролитическое осаждение концентрата пентаоксида диванадия, его фильтрацию с последующей отмывкой водой и плавлением пасты пентаоксида диванадия, отличающийся тем, что перед отмывкой водой осадок промывают раствором сульфата магния с концентрацией 2-7 г/л катиона Mg⁺², а объем промывки определяют из формулы
Vпромывки = 2 К Р_V205 П_МnО(м³),
где V промывки - объем промывки, м³;
К - величина, обратная концентрации катиона магния в растворе, г/л;
П_MnO - отношение исходной концентрации оксида марганца в пентаоксиде диванадия к требуемой его концентрации в готовом продукте;
Р_V205 - вес промываемого пентаоксида диванадия, по сухому, тонн.