Способ извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца Российский патент 2023 года по МПК C22B34/22 C22B7/04 C22B1/04 C22B3/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области химической технологии и металлургии, и более конкретно оно относится к способу извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ванадий широко используют в металлургии и химической промышленности в качестве важного стратегического элемента. Ванадийсодержащий шлак является наиболее важным сырьевым материалом для извлечения ванадия, который обеспечивает 80% от всех ванадийсодержащих продуктов. Традиционно ванадий извлекают из ванадиевого шлака посредством обжига в присутствии натрия, этот способ используют компании Panzhihua Iron & Steel (Group), Chengsteel и New Zealand Steel. Основной принцип обжига в присутствии натрия состоит в следующем: с использованием Na₂CO₃ в качестве добавки низковалентный ванадий преобразуют в натриевую соль водорастворимого пятивалентного ванадия посредством высокотемпературного (от 750°С до 850°С) обжига в присутствии натрия, после чего продукт обжига в присутствии натрия непосредственно подвергают водному выщелачиванию с получением ванадийсодержащего продукта выщелачивания, к которому добавляют соль аммония для получения осадка поливанадата аммония, который подвергают восстановительному обжигу с получением продукта в форме оксида ванадия. Процесс обжига в присутствии натрия обеспечивает низкую степень извлечения ванадия со степенью извлечения ванадия после одного обжига, равной примерно 70%, а степень извлечения ванадия при многократном обжиге равна всего 85%; кроме того, из-за высокой температуры обжига (от 750°С до 850°С) и многократного процесса обжига относительно высоким является расход энергии; кроме того, в процессе обжига могут образоваться вредные коррозионные газы, такие как HCl и Cl₂, которые будут загрязнять окружающую среду. Кальцинирующий обжиг ванадиевого шлака является чистым способом извлечения ванадия: с использованием известняка в качестве добавки получают оксид ванадия в качестве продукта посредством окислительного обжига, выщелачивания серной кислотой и осаждения ванадия; в процессе производства отсутствуют выбросы вредных газов, сточная вода повторно используется в системе, а хвосты возвращают в доменную печь, что обеспечивает заметные экономические и природоохранные полезные эффекты. Благодаря постоянной технической оптимизации выход ванадия, извлеченного из кальцинированного ванадиевого шлака, может достичь 82%, что по-прежнему значительно ниже, чем в способе обжига в присутствии натрия.

Поэтому очень важно разработать новую систему обжига для обеспечения эффективного и чистого извлечения ванадия из ванадиевого шлака.

В патенте CN 109811123 A раскрыт способ извлечения ванадия, который включает следующие стадии: смешивание тонкоизмельченного ванадиевого порошка, добавки, содержащей ионы кальция, и добавки, содержащей ионы магния, с получением однородной смеси, обжиг в высокотемпературной печи с получением композитного клинкера, измельчение клинкера и выполнение кислотного выщелачивания с получением ванадиевого фильтрата. Ванадийсодержащий шлак обжигают с кальциевой и магниевой добавками, что может повысить степень извлечения ванадия до более чем 91% и эффективно повысить выход ванадия.

Степень выщелачивания ванадия можно эффективно повысить посредством обжига ванадиевого шлака с кальциевой и магниевой добавками. Однако после обжига с магниевыми добавками сульфат магния попадает в ванадийсодержащий продукт выщелачивания в процессе кислотного выщелачивания. После осаждения ванадия значение рН раствора сульфата магния в сточной воде можно повысить более чем до 10 аммиачной водой или жидкой щелочью с получением осадка гидроксида магния и отделить твердое вещество от жидкости перед рециркуляцией сточной воды, полученной после осаждения ванадия. Описанный способ обработки сточной воды требует больших затрат, сопровождается большим расходом аммиака или щелочи, а добавленные ионы аммония или ионы натрия могут оказать неблагоприятные эффекты на циркуляцию сточной воды, что приведет к определенным трудностям в промышленной реализации способа.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технические проблемы, которые необходимо решить посредством настоящего изобретения, являются следующими: в существующем способе извлечения ванадия из ванадиевого шлака все еще необходимо повысить степень выщелачивания ванадия, а процесс обработки сточной воды, полученной после извлечения ванадия, является сложным и дорогостоящим.

Для решения указанных технических проблем техническое решение по настоящему изобретению состоит в обеспечении способа извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца. Способ включает следующие стадии:

a. однородное смешивание соединения, содержащего кальций и марганец, в качестве добавки с тонкоизмельченным порошком ванадиевого шлака, обжиг при температуре, лежащей в диапазоне от 750°С до 1000°С, в течение периода времени, лежащего в диапазоне от 30 минут до 240 минут, охлаждение до температуры, лежащей ниже 600°С, выгрузка и охлаждение до комнатной температуры с получением клинкера;

b. выполнение первичного выщелачивания клинкера при температуре, лежащей в диапазоне от 30°С до 60°С, при соотношении жидкости и твердого вещества, равном 2-4:1, и значении рН, лежащем в диапазоне от 2,5 до 3,0, при перемешивании с получением первичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания и хвостов первичного выщелачивания;

c. выполнение вторичного выщелачивания хвостов первичного выщелачивания, при температуре, лежащей в диапазоне от 30°С до 60°С, при соотношении жидкости и твердого вещества, равном 1-3:1, и значении рН, лежащем в диапазоне от 0,5 до 2,0, при перемешивании с получением вторичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания и хвостов вторичного выщелачивания; и

d. добавление концентрированной серной кислоты к первичному ванадийсодержащему продукту выщелачивания, полученному на стадии b., регулирование значения рН полученного раствора до значения, лежащего в диапазоне от 1,5 до 2,2, нагревание до температуры, лежащей в диапазоне от 80°С до 100°С, выдерживание в течение периода времени, лежащего в диапазоне от 30 минут до 120 минут, фильтрация с получением гидратированного пентоксида ванадия и плавление гидратированного пентоксида ванадия с получением хлопьевидного пентоксида ванадия.

При этом в способе извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца соединение, содержащее кальций и магний, на стадии а. содержит по меньшей мере одно из оксида кальция, гидроксида кальция, известняка, оксида марганца, диоксида марганца или карбоната марганца.

При этом в способе извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца молярное отношение суммы Са и Mn в соединении, содержащем кальций и магний, к V в тонкоизмельченном порошке ванадиевого шлака на стадии а. равно 0,5-1,5:1, а молярное отношение Са к Mn равно 1-2:1.

При этом в способе извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца тонкоизмельченный порошок ванадиевого шлака на стадии а. содержит следующие химические компоненты в масс, процентах: от 10% до 25% V₂O₅, от 1% до 15% Cr₂O₃, от 10% до 16% SiO₂, от 1% до 5% Al₂O₃, от 1% до 5% СаО, от 1% до 5% MgO, от 20% до 35% TFe, от 2% до 8% MnO и от 0,01% до 0,15% Р.

При этом в способе извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца клинкер во время стадии b. вначале измельчают, и размер частиц измельченного клинкера является таким, что более 95% частиц, предпочтительно - более 98% частиц, могут проходить через сито с ячейками 120 меш.

Предпочтительно в способе извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца соотношение жидкости и твердого вещества в первичном ванадийсодержащем продукте выщелачивания равно 2-3:1, а значение его рН лежит в диапазоне от 2,5 до 2,8 на стадии b.

Предпочтительно в способе извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца соотношение жидкости и твердого вещества во вторичном ванадийсодержащем продукте выщелачивания равно 1-2:1, а значение его рН лежит в диапазоне от 0,5 до 1,5 на стадии с.

Предпочтительно в способе извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца значение рН вторичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания на стадии с. доводят до значения, лежащего в диапазоне от 6 до 9, с использованием активной извести, после чего вторичный ванадийсодержащий продукт выщелачивания возвращают на стадию b. для повторного использования после удаления Mn.

При этом в способе извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца рН реакционной смеси на стадии d. лежит в диапазоне от 1,6 до 2,0.

По сравнению с предшествующим уровнем техники полезный эффект настоящего изобретения состоит в следующем:

Настоящее изобретение обеспечивает способ извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца. Исследования показали, что ванадийсодержащий шлак можно обжигать с добавками нещелочных металлов, таких как кальций, марганец и магний, с получением клинкера, содержащего ванадий, который растворяется при рН, лежащем в диапазоне от 2,5 до 2,8 и от 0,5 до 1,5, и неокисленного ванадия. За счет обжига с композитом на основе кальция и марганца степень выщелачивания ванадия существенно не изменяется при выщелачивании при рН, лежащем в диапазоне от 2,5 до 2,8, но демонстрирует значительное повышение после вторичного выщелачивания ванадиевого шлака при рН, лежащем в диапазоне от 0,5 до 1,5, что в конечном итоге приводит к значительному повышению общей степени выщелачивания ванадия от 86-89% до 94-97%. Вследствие преимуществ простой эксплуатации, компактного потока, легкого процесса обработки сточных вод, полученных после извлечения ванадия, их повторного использования и сокращения затрат способ извлечения ванадия по настоящему изобретению может повысить эффективность производства и является пригодным для популяризации и использования.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение обеспечивает способ извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца, который включает следующие стадии:

a. однородное смешивание соединения, содержащего кальций и марганец, в качестве добавки с тонкоизмельченным порошком ванадиевого шлака, обжиг при температуре, лежащей в диапазоне от 750°С до 1000°С, в течение периода времени, лежащего в диапазоне от 30 минут до 240 минут, охлаждение до температуры, лежащей ниже 600°С, выгрузка и охлаждение до комнатной температуры с получением клинкера;

b. выполнение первичного выщелачивания клинкера при температуре, лежащей в диапазоне от 30°С до 60°С, при соотношении жидкости и твердого вещества, равном 2-4:1, и значении рН, лежащем в диапазоне от 2,5 до 3,0, при перемешивании с получением первичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания и хвостов первичного выщелачивания;

c. выполнение вторичного выщелачивания хвостов, полученных после первичного выщелачивания, при температуре, лежащей в диапазоне от 30°С до 60°С, при соотношении жидкости и твердого вещества, равном 1-3:1, и значении рН, лежащем в диапазоне от 0,5 до 2,0, при перемешивании с получением вторичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания и хвостов вторичного выщелачивания; и

d. добавление концентрированной серной кислоты к первичному ванадийсодержащему продукту выщелачивания, полученному на стадии b., доведение значения рН полученного раствора до значения, лежащего в диапазоне от 1,5 до 2,2, нагревание до температуры, лежащей в диапазоне от 80°С до 100°С, выдерживание в течение периода времени, лежащего в диапазоне от 30 минут до 120 минут, фильтрация с получением гидратированного пентоксида ванадия и плавление гидратированного пентоксида ванадия с получением хлопьевидного пентоксида ванадия.

При этом в способе извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца соединение, содержащее кальций и магний, на стадии а. содержит по меньшей мере одно из оксида кальция, гидроксида кальция, известняка, оксида марганца, диоксида марганца или карбоната марганца.

При этом в способе извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца молярное отношение суммы Са и Mn в соединении, содержащем кальций и магний, к V в тонкоизмельченном порошке ванадиевого шлака на стадии а. равно 0,5-1,5:1, а молярное отношение Са к Mn равно 1-2:1. За счет использования соотношений по настоящему изобретению можно способствовать образованию пированадата (CaMn)₂V₂O₇ после обжига, что облегчает извлечение ванадия во время кислотного выщелачивания.

При этом в способе извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца тонкоизмельченный порошок ванадиевого шлака на стадии а. содержит следующие химические компоненты в масс, процентах: от 10% до 25% V₂O₅, от 1% до 15% Cr₂O₃, от 10% до 16% SiO₂, от 1% до 5% Al₂O₃, от 1% до 5% СаО, от 1% до 5% MgO, от 20% до 35% TFe, от 2% до 8% MnO и от 0,01% до 0,15% Р.

При этом в способе извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца клинкер во время стадии b. вначале измельчают, и размер частиц измельченного клинкера является таким, что более 95% частиц, предпочтительно - более 98% частиц, могут проходить через сито с ячейками 120 меш.

Предпочтительно в способе извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца соотношение жидкости и твердого вещества в первичном ванадийсодержащем продукте выщелачивания равно 2-3:1, а значение его рН лежит в диапазоне от 2,5 до 2,8 на стадии b.

Предпочтительно в способе извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца соотношение жидкости и твердого вещества во вторичном ванадийсодержащем продукте выщелачивания равно 1-2:1, а значение его рН лежит в диапазоне от 0,5 до 1,5 на стадии с.

В настоящем изобретении для первичного выщелачивания и вторичного выщелачивания в качестве исходного выщелачивателя используют водопроводную воду. По мере протекания производственного процесса значение рН вторичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания можно довести до значения, лежащего в диапазоне от 6 до 9, с использованием активной извести, затем вторичный ванадийсодержащий продукт выщелачивания возвращают в процесс первичного выщелачивания в качестве выщелачивателя для первичного выщелачивания после удаления Mn. Предпочтительным способом является смешивание сточной воды, полученной после осаждения ванадия, с обработанным вторичным ванадийсодержащим продуктом выщелачивания в объемном соотношении, равном 1-3:1.

При этом в способе извлечения ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца рН реакционной смеси на стадии d. лежит в диапазоне от 1,6 до 2,0.

В настоящее время систему кальцинирующего обжига ванадиевого шлака используют в качестве стандартного способа извлечения ванадия, который включает стадии выщелачивания клинкера при рН, лежащем в диапазоне от 2,5 до 2,8, со степенью выщелачивания ванадия, лежащей в диапазоне от 84% до 85%, и остаточным содержанием ванадия, лежащим в диапазоне от 1,3% до 1,6%, и выполнения вторичного выщелачивания при рН, лежащем в диапазоне от 0,5 до 1,5, с остаточным содержанием ванадия, лежащим в диапазоне от 1,0% до 1,3%, и общей степенью выщелачивания ванадия, составляющей всего от 86% до 89%. Настоящее изобретение содержит инновационную стадию обжига с композитом на основе кальция и марганца, включающую стадии выщелачивания клинкера при рН, лежащем в диапазоне от 2,5 до 2,8, со степенью выщелачивания ванадия, лежащей в диапазоне от 85% до 86%, и остаточным содержанием ванадия, лежащим в диапазоне от 1,2% до 1,4%, и выполнения вторичного выщелачивания при рН, лежащем в диапазоне от 0,5 до 1,5, с остаточным содержанием ванадия, лежащим в диапазоне от 0,3% до 0,5%, и общей степенью выщелачивания ванадия, лежащей в диапазоне от 94% до 97%. Исследования показывают, что обжиг с композитом на основе кальция и марганца не оказывает конкретного значимого эффекта на первичное выщелачивание клинкера, но вызывает значительное усиление вторичного выщелачивания. Это преимущественно обусловлено тем, что после обжига ванадиевого шлака часть ванадия можно растворить посредством первичного выщелачивания при рН, лежащем в диапазоне от 2,5 до 2,8, часть ванадия по-прежнему необходимо растворить при низком рН, и некоторое количество ванадия невозможно растворить до его преобразования. Посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца по настоящему изобретению можно снизить содержание непреобразованного ванадия в шлаке, и эта часть ванадия преобразуется в ванадий, который можно растворить при низком рН, что приводит к повышению степени выщелачивания при вторичном выщелачивании и в конечном итоге - к эффективному повышению выхода ванадия.

ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения будут разъяснены и проиллюстрированы посредством приведенных ниже вариантов осуществления, которые не следует понимать как ограничивающие область правовой защиты настоящего изобретения тем, что описано в этих вариантах осуществления.

Ванадийсодержащий шлак, использованный в вариантах осуществления настоящего изобретения, содержит следующие компоненты в мас.%: 19,7% V₂O₅, 2,6% Cr₂O₃, 14,4% SiO₂, 1,8% Al₂O₃, 1,5% СаО, 1,8% MgO, 30,5% TFe, 4,3% MnO и 0,03% Р. Размер частиц ванадиево-хромового шлака является таким, что полученный продукт способен проходить через сито с ячейкой 200 меш.

Пример 1

Осаждение ванадиевого шлака с использованием способа по настоящему изобретению

Добавление известняка и диоксида марганца к 200 г тонкоизмельченного порошка ванадиевого шлака согласно молярному отношению Са к Mn, равному 1:1, и (Са+Mn) к V, равному 1:1, перемешивание с получением однородной смеси, обжиг при 900°С в течение 120 минут, охлаждение до комнатной температуры с получением клинкера и измельчение клинкера до размера, способного проходить через сито с ячейками 120 меш. Взвешивание 100 г клинкера, перемешивание и выщелачивание при 60°С в течение 60 минут при отношении жидкости к твердому веществу, равном 2:1, и при значении рН, равном 2,8, фильтрация и промывание 200 мл воды с получением первичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания и хвостов первичного выщелачивания, причем содержание ванадия в хвостах равно 1,28%, а степень первичного выщелачивания ванадия равна 85,8%. Добавление 100 г хвостов первичного выщелачивания к воде при отношении жидкости к твердому веществу, равном 2:1, перемешивание с получением однородной смеси и выщелачивание в течение 30 минут при рН, равном 1,0, с получением вторичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания и хвостов вторичного выщелачивания, причем содержание ванадия в хвостах равно 0,35%, а общая степень выщелачивания ванадия из тонкоизмельченного порошка ванадиевого шлака до получения хвостов вторичного выщелачивания равна 96,1%. Выщелачивание клинкера с использованием вторичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания в качестве выщелачивателя для клинкера и далее с получением поливанадата аммония и сточной воды после осаждения ванадия с использованием первичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания при коэффициенте добавления аммония (массовом отношении сульфата аммония к ванадию), равному 1,5, и при значении рН, равном 2,0, кипячение и нагревание в течение 60 минут и осаждение ванадия, причем степень выщелачивания ванадия равна 99,2%, а кальцинирование поливанадата аммония при 500°С в течение 120 минут может позволить получить продукт в форме пентоксида ванадия. Выход ванадия из тонкоизмельченного порошка ванадиевого шлака до получения продукта в форме пентоксида ванадия равен 92,7%.

Пример 2

Осаждение ванадиевого шлака с использованием способа по настоящему изобретению

Добавление известняка и диоксида марганца к 200 г тонкоизмельченного порошка ванадиевого шлака согласно молярному отношению Са к Mn, равному 1,5:1, и (Са+Mn) к V, равному 1,25:1, перемешивание с получением однородной смеси, обжиг при 950°С в течение 90 минут, охлаждение до комнатной температуры с получением клинкера и измельчение клинкера до размера, способного проходить через сито с ячейками 120 меш. Взвешивание 100 г клинкера, перемешивание и выщелачивание при 60°С в течение 90 минут при отношении жидкости к твердому веществу, равном 3:1, и при значении рН, равном 2,5, фильтрация и промывание 200 мл воды с получением первичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания и хвостов первичного выщелачивания, причем содержание ванадия в хвостах равно 1,21%, а степень первичного выщелачивания ванадия равна 86,6%. Добавление 100 г хвостов первичного выщелачивания к воде при отношении жидкости к твердому веществу, равном 2:1, перемешивание с получением однородной смеси и выщелачивание в течение 30 минут при рН, равном 0,5, с получением вторичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания и хвостов вторичного выщелачивания, причем содержание ванадия в хвостах равно 0,30%, а общая степень выщелачивания ванадия из тонкоизмельченного порошка ванадиевого шлака до получения хвостов вторичного выщелачивания равна 96,6%. Выщелачивание клинкера с использованием вторичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания в качестве выщелачивателя для клинкера и далее с получением поливанадата аммония и сточной воды после осаждения ванадия с использованием первичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания при коэффициенте добавления аммония (массовом отношении сульфата аммония к ванадию), равном 2,5, и при значении рН, равном 1,8, кипячение и нагревание в течение 60 минут и осаждение ванадия, причем степень выщелачивания ванадия равна 99,3%, а кальцинирование поливанадата аммония при 500°С в течение 120 минут может позволить получить продукт в форме пентоксида ванадия. Выход ванадия из тонкоизмельченного порошка ванадиевого шлака до получения продукта в форме пентоксида ванадия равен 93,3%.

Пример 3

Осаждение ванадиевого шлака с использованием способа по настоящему изобретению

Добавление известняка и диоксида марганца к 200 г тонкоизмельченного порошка ванадиевого шлака согласно молярному отношению Са к Mn, равному 2:1, и (Са+Mn) к V, равному 1,5:1, перемешивание с получением однородной смеси, обжиг при 850°С в течение 240 минут, охлаждение до комнатной температуры с получением клинкера и измельчение клинкера до размера, способного проходить через сито с ячейками 120 меш. Взвешивание 100 г клинкера, перемешивание и выщелачивание при 60°С в течение 60 минут при отношении жидкости к твердому веществу, равном 2:1, и при значении рН, равном 2,5, фильтрация и промывание 200 мл воды с получением первичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания и хвостов первичного выщелачивания, причем содержание ванадия в хвостах равно 1,35%, а степень первичного выщелачивания ванадия равна 85,0%. Добавление 100 г хвостов первичного выщелачивания к воде при отношении жидкости к твердому веществу, равном 2:1, перемешивание с получением однородной смеси и выщелачивание в течение 30 минут при рН, равном 1,0, с получением вторичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания и хвостов вторичного выщелачивания, причем содержание ванадия в хвостах после вторичного выщелачивания равно 0,5%, а общая степень выщелачивания ванадия из тонкоизмельченного порошка ванадиевого шлака до получения хвостов вторичного выщелачивания равна 94,4%. Выщелачивание клинкера с использованием вторичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания в качестве выщелачивателя для клинкера и далее с получением поливанадата аммония и сточной воды после осаждения ванадия с использованием первичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания при значении рН, равном 1,8, кипячение и нагревание в течение 60 минут и осаждение ванадия, причем степень выщелачивания ванадия равна 98,0%, а кальцинирование поливанадата аммония при 500°С в течение 120 минут может позволить получить продукт в форме пентоксида ванадия. Выход ванадия из тонкоизмельченного порошка ванадиевого шлака до получения продукта в форме пентоксида ванадия равен 91,1%.

Сравнительный пример 4

Осаждение ванадиевого шлака без использования способа по настоящему изобретению

Добавление известняка к 200 г тонкоизмельченного порошка ванадиевого шлака согласно молярному отношению Са к V, равному 1:1, перемешивание с получением однородной смеси, обжиг при 900°С в течение 120 минут, охлаждение до комнатной температуры с получением клинкера и измельчение клинкера до размера, способного проходить через сито с ячейками 120 меш. Взвешивание 100 г клинкера, перемешивание и выщелачивание при 60°С в течение 60 минут при отношении жидкости к твердому веществу, равном 2,5:1, и при значении pH, равном 2,8, фильтрация и промывание 200 мл воды с получением первичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания и хвостов первичного выщелачивания, причем содержание ванадия в хвостах равно 1,48%, а степень первичного выщелачивания ванадия равна 83,6%. Добавление 100 г хвостов первичного выщелачивания к воде при отношении жидкости к твердому веществу, равном 2:1, перемешивание с получением однородной смеси и выщелачивание в течение 30 минут при рН, равном 1,0, с получением вторичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания и хвостов вторичного выщелачивания, причем содержание ванадия в хвостах равно 1,25%, а общая степень выщелачивания ванадия из тонкоизмельченного порошка ванадиевого шлака до получения хвостов вторичного выщелачивания равна 86,1%. Выщелачивание клинкера с использованием вторичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания в качестве выщелачивателя для клинкера и далее с получением поливанадата аммония и сточной воды после осаждения ванадия с использованием первичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания при коэффициенте добавления аммония (массовому отношению сульфата аммония к ванадию), равном 2,0, и при значении рН, равном 2,0, кипячение и нагревание в течение 60 минут и осаждение ванадия, причем степень выщелачивания ванадия равна 99,5%, а кальцинирование поливанадата аммония при 500°С в течение 120 минут может позволить получить продукт в форме пентоксида ванадия. Выход ванадия из тонкоизмельченного порошка ванадиевого шлака до получения продукта в форме пентоксида ванадия равен 83,1%.

Из примеров и сравнительного примера можно видеть, что способ по настоящему изобретению может значительно повысить общую степень выщелачивания ванадия и обеспечить заметный прогресс.

Настоящее изобретение относится к извлечению ванадия из ванадиевого шлака посредством обжига с композитом на основе кальция и марганца. Соединения, содержащие кальций и марганец в качестве добавок, смешивают с тонкоизмельченным порошком ванадиевого шлака. Обжигают при температуре 750-1000°С в течение 30-240 мин, охлаждают до температуры ниже 600°С с получением клинкера. Первичное выщелачивание клинкера проводят при температуре 30-60°С, при Ж:Т 2-4:1, рН 2,5-3,0 с получением первичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания и хвостов первичного выщелачивания. Проводят вторичное выщелачивание хвостов первичного выщелачивания при температуре 30-60°С при Ж:Т 1-3:1 и значении рН 0,5-2,0 с получением вторичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания и хвостов вторичного выщелачивания. К первичному ванадийсодержащему продукту выщелачивания добавляют концентрированную серную кислоту, доводят значение рН полученного раствора до 1,5-2,2, нагревают до температуры 80-100°С, выдерживают в течение 30-120 мин, проводят фильтрацию с получением гидратированного пентоксида ванадия и проводят последующее плавление гидратированного пентоксида ванадия с получением хлопьевидного пентоксида ванадия. Молярное отношение суммы Са и Mn в смеси, содержащей кальций и магний, к V в тонкоизмельченном порошке ванадиевого шлака составляет 0,5-1,5:1, а молярное отношение Са к Mn составляет 1-2:1. Способ позволяет повысить общую степень выщелачивания ванадия. 6 з.п. ф-лы, 4 пр.

1. Способ извлечения ванадия из ванадиевого шлака, включающий следующие стадии, на которых:

a. однородно смешивают соединения, содержащие кальций и марганец в качестве добавок, с тонкоизмельченным порошком ванадиевого шлака, проводят обжиг при температуре от 750°С до 1000°С в течение 30-240 минут, проводят охлаждение до температуры ниже 600°С, проводят выгрузку и охлаждение до комнатной температуры с получением клинкера,

b. проводят первичное выщелачивание клинкера при температуре от 30°С до 60°С, при соотношении жидкости и твердого вещества, равном 2-4:1, и значении рН от 2,5 до 3,0 при перемешивании с получением первичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания и хвостов первичного выщелачивания,

c. проводят вторичное выщелачивание хвостов первичного выщелачивания при температуре от 30°С до 60°С при соотношении жидкости и твердого вещества, равном 1-3:1, и значении рН от 0,5 до 2,0 при перемешивании с получением вторичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания и хвостов вторичного выщелачивания, и

d. добавляют концентрированную серную кислоту к первичному ванадийсодержащему продукту выщелачивания, полученному на стадии b., доводят значение рН полученного раствора до значения от 1,5 до 2,2, нагревают до температуры от 80°С до 100°С, выдерживают в течение 30-120 мин, проводят фильтрацию с получением гидратированного пентоксида ванадия и проводят последующее плавление гидратированного пентоксида ванадия с получением хлопьевидного пентоксида ванадия,

при этом молярное отношение суммы Са и Mn в смеси, содержащей кальций и магний, к V в тонкоизмельченном порошке ванадиевого шлака на стадии а. составляет 0,5-1,5:1, а молярное отношение Са к Mn составляет 1-2:1.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединения, содержащие кальций и магний, на стадии а. содержат по меньшей мере одно из оксида кальция, гидроксида кальция, известняка, оксида марганца, диоксида марганца или карбоната марганца.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тонкоизмельченный порошок ванадиевого шлака на стадии а. содержит следующие химические компоненты, мас.%: от 10 до 25 V₂O₅, от 1 до 15 Cr₂O₃, от 10 до 16 SiO₂, от 1 до 5 Al₂O₃, от 1 до 5 СаО, от 1 до 5 MgO, от 20 до 35 TFe, от 2 до 8 MnO и от 0,01 до 0,15 Р.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что клинкер на стадии b. сначала измельчают, при этом размер частиц измельченного клинкера является таким, что более 95% частиц могут проходить через сито с ячейками 120 меш.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соотношение жидкости и твердого вещества в первичном ванадийсодержащем продукте выщелачивания равно 2-3:1, а значение его рН составляет от 2,5 до 2,8 на стадии b.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что значение рН вторичного ванадийсодержащего продукта выщелачивания на стадии с. доводят до значения от 6 до 9 с использованием активной извести, и затем вторичный ванадийсодержащий продукт выщелачивания возвращают на стадию b. для повторного использования после удаления Mn.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что значение рН на стадии d. составляет от 1,6 до 2,0.