СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЯТИОКИСИ ВАНАДИЯ Российский патент 2024 года по МПК C01G31/02 

Изобретение относится к способу получения пятиокиси ванадия из окситрихлорида ванадия - побочного продукта производства губчатого титана.

При производстве губчатого титана в процессе очистки тетрахлорида титана образуется полупродукт - технический окситрихлорид ванадия, который перерабатывают на пятиокись ванадия различными методами.

Известен способ получения пятиокиси ванадия (ст. Освоение технологии производства пятиокиси ванадия из технического окситрихлорида ванадия. - Яковенко Б.И., Кунгина Н.И., Перминова А.С., Ельцов Б.И., Бокман Г.Ю.- Ж. Цветная металлургия, 1976, № 11, стр. 29-30), включающий разложение технического окситрихлорида ванадия водным раствором аммиака до рН 7,5, разбавление полученной вязкой пульпы водой до жидкотекучего состояния, нагревание до 90°С, фильтрование, отделение осадка метаванадата аммония от раствора, промывку (отмывку маточного раствора от хлорида аммония), прокалку при конечной температуре в прокалочной печи при 550°С с получением пятиокиси ванадия.

Недостатком данного способа получения пятиокиси ванадия является низкая степень извлечения ванадия в готовый продукт за счет больших потерь ванадия с отходами производства, в частности с маточными растворами метаванадата аммония.

Известен способ получения пентаоксида ванадия (пат. РФ № 2175990, опубл.20.11.2001, бюл.32), включающий заливку окситрихлорида ванадия в щелочной раствор (2-3 н. раствор карбоната натрия) до значения рН=8,0, обработку раствором соляной кислоты до рН=1-2, нагрев до температуры 60-100°С, выдержку 1-3 часа, нейтрализацию щелочным реагентом, например раствором гидроксида натрия до рН=6-8, и загрузку твердого хлорида аммония, с получением пульпы, фильтрацию, отделение осадка метаванадата аммония от маточного раствора, промывку, сушку и прокаливание.

Недостатками способа являются низкая степень извлечения ванадия в готовый продукт, кроме того, товарная пятиокись ванадия имеет повышенное содержание регламентированных примесей.

Известен способ (ст. Переработка технического пентаоксида ванадия с получением товарной продукции. - Ю.П. Кудрявский. - Ж. Цветная металлургия, 1995, № 7-8, стр. 33-37) по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий обработку технического пентаоксида ванадия щелочным реагентом - раствором гидроксида натрия, отделение нерастворимого остатка (оксигидраты металлов - примесей) от раствора метаванадата натрия - NaVO₃, кристаллизацию метаванадата аммония путем введения в маточный раствор метаванадата натрия твердого хлорид аммония, отделение фильтрованием от раствора твердой фазы - осадок метаванада аммония (NH₄VO₃). Осадок метаванадата аммония промывают, сушат, и прокаливают с получением товарной пятиокиси ванадия (V₂O₅).

Недостатком данного способа получения пятиокиси ванадия является низкая степень извлечения пятиокиси ванадия (72%). Кроме того, на стадии кристаллизации метаванадата аммония в маточный раствор метаванадата натрия вводят твердый хлорид аммония, который имеет нестабильный химический состав, с отклонениями от требований ГОСТ 2210-73 по содержанию основного компонента NH₄CL, а также Na₂SO₄ и нерастворимых в воде веществ, которые затрудняют процесс перехода ванадия в готовый продукт (содержание пятиокиси ванадия в готовом продукте составляет 98,6 мас. %), кроме того товарная пятиокись ванадия имеет повышенное содержание регламентированных примесей.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка способа получения пятиокиси ванадия, позволяющего получить конечный продукт с высоким содержанием пятиокиси ванадия.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет повысить содержание пятиокиси ванадия в готовом продукте до 99,6 мас. % и уменьшить содержание регламентируемых примесей.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения пятиокиси ванадия, включающий разложение окситрихлорида ванадия щелочным раствором с получением пульпы метаванадата натрия, фильтрование полученной пульпы метаванадата натрия с отделением осадка, кристаллизацию метаванадата аммония, выдержку при перемешивании образующийся при кристаллизации пульпы, отделение от маточного раствора осадка метаванадата аммония, его промывку, сушку и прокалку с получением пятиокиси ванадия, в котором новым является то, что при кристаллизации метаванадата аммония в раствор метаванадата натрия заливают предварительно подготовленный раствор хлористого аммония, при этом в качестве исходных компонентов для приготовления раствора хлористого аммония используют 25%-ный водный раствор аммиака, в который при непрерывном перемешивании добавляют 35 %-ную соляную кислоту при массовом соотношении 1:1 до достижения рН раствора 7-8.

Заявленная совокупность новых действий и новая последовательность операций получения пятиокиси ванадия, а именно кристаллизация метаванадата аммония путем заливки в раствор метаванадата натрия предварительно подготовленного раствора хлористого аммония, с применением в качестве исходных компонентов для приготовления раствора хлористого аммония 25 %-ного водного раствора аммиака, в который при непрерывном перемешивании добавляют 35 %-ную соляную кислоту при массовом соотношении 1:1 до достижения рН раствора 7-8, позволяет исключить переход примесей (Cr, Fe, K, Na, Mn, S, Si и др.) в готовый продукт, тем самым получить пятиокись ванадия с содержанием в готовом продукте V₂O₅ - 99,6 мас. % и с пониженным содержанием регламентированных примесей.

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 (идентичными) всем существенным признакам 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 получения пятиокиси ванадия, изложенных в пунктах формулы 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. Заявленные признаки являются новыми и не вытекают явным образом для специалиста, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

Примеры осуществления способа

Пример 1 (по известному способу-прототипу)

В реактор разложения закачивают насосом типа ТН-70 5,0 м³ техническую воду (ТУ 36.00.12-440-57812344). Включают мешалку реактора разложения и при перемешивании заливают расчетное количество концентрированного раствора (800 кг) гидроксида натрия (ГОСТ Р 55064), перемешивают в течение 15 минут и начинают загружать технический раствор окситрихлорида ванадия (ТУ 20.13.31-486-57812344) с содержанием VOCl₃ не менее 98 % масс. и по рН-метру следят за значением рН раствора. Окситрихлорид ванадия загружают до рН раствора, равным 7 в количестве 800 кг при скорости подачи оксихлорида ванадия в щелочной раствор равным 250 кг/час.

Взаимодействие технического окситрихлорида ванадия с гидроксидом натрия происходит по реакции:

VOCl₃ + 4NaOH = NaVO₃ + 3NaCl + 2H₂O (1)

TiCl₄ + 4 NaOH = TiO(OH)₂ + 4NaCl + H₂O (2)

В результате реакций получают пульпу в виде маточного раствора метаванадата натрия и диоксида титана - в виде титано-ванадиевого кека. Полученную пульпу подвергают фильтрации на фильтр-прессе. Отделенный осадок диоксида титана, промывают горячей водой, затем гидроксидом натрия и направляют на дальнейшую переработку. А маточный раствор метаванадата натрия перекачивают в реактор кристаллизации. При кристаллизации маточный раствор метаванадата натрия должен иметь температуру от 55°С до 65°С. Для нагрева в рубашку реактора подают пар. Включают перемешивающее устройство и вентилятор отсоса газов. После перемешивания в течение от 10 до 15 минут от маточного раствора метаванадата натрия из реактора отбирают пробу для измерения массовой концентрации пятиокиси ванадия. В зависимости от полученного результата и объема раствора в реакторе рассчитывают массу загрузки твердого хлористого аммония (ГОСТ2210-73) из расчета 2 кг на 1 кг пятиокиси ванадия. Процесс кристаллизации идёт по реакции:

NaVO₃ + NH₄Cl = NH₄VO₃ + NaCl (3)

При перемешивании в результате реакции образуется пульпа с метаванадатом аммония, которую фильтруют на барабанном вакуум-фильтре БОН-5. Температуру пульпы при загрузке окситрихлорида ванадия поддерживают 85°С. При фильтрации одновременно осуществляется промывка осадка от водорастворимых солей путем подачи артезианской водой. Полученный осадок метаванадата аммония направляют в прокалочную печь при температуре 400-660°С, где метаванадат аммония разлагается по реакции:

2 NH₄VO₃ = V₂O₅ + 2NH₃ + H₂O (4)

В результате получают товарный продукт - пятиокись ванадия следующего состава, масс. %: 98,6 V₂O₅, 1,2 V₂O₄, 0,02 Fe, 0,02 Si, 0,008 Mn, 0,01 Cr, 0,003S, 0,002 P, 0,049 Na, 0,007 K, 0,002 As.

Пример 2 (по предлагаемому способу)

В реактор разложения закачивают насосом типа ТН-70 5,0 м³ техническую воду (ТУ 36.00.12-440-57812344). Включают мешалку реактора разложения и при перемешивании заливают расчетное количество концентрированного раствора (800 кг) гидроксида натрия (ГОСТ Р 55064), перемешивают в течение 15 минут и начинают загружать технический раствор оксихлорида ванадия (ТУ 20.13.31-486-57812344) с содержанием VOCl₃ не менее 98% масс. и по рН-метру следят за рН раствора. Оксихлорид ванадия загружают до рН раствора, равным 7 в количестве 800 кг при скорости подачи оксихлорида ванадия в щелочной раствор равным 250 кг/час. В результате реакции (1), (2) взаимодействия технического оксихлорида ванадия с гидроксидом натрия получают пульпу в виде раствора метаванадата натрия, и диоксида титана - в виде титано-ванадиевого кека. Полученную пульпу подвергают фильтрации на фильтр-прессе. Отделенный осадок диоксида титана, промывают горячей водой, затем гидроксидом натрия и направляют на дальнейшую переработку. Раствор метаванадата натрия перекачивают в реактор кристаллизации. При кристаллизации раствор метаванадата натрия должен иметь температуру от 55°С до 65°С. Для нагрева в рубашку реактора подают пар. Включают перемешивающее устройство и вентилятор отсоса газов. После перемешивания (усреднения) в течение от 10 до 15 минут раствора метаванадата натрия из реактора отбирают пробу для измерения массовой концентрации пятиокиси ванадия. В зависимости от полученного результата и объема раствора в реакторе рассчитывают массу предварительно подготовленного раствора хлористого аммония. Раствор хлористого аммония получали согласно реакции:

NH₄OH +HCl = NH₄Cl +H₂O (5)

Раствор хлористого аммония предварительно готовят в баке емкостью 2,1 м³. В бак закачивают 25%-ный водный раствор аммиака (ГОСТ 9-92) в количестве 500 кг, в который при непрерывном перемешивании из бака мерника емкостью 1 м³ осуществляют дозирование 35%-ой соляной кислоты (ГОСТ 3118-77). По рН-метру следят за рН подготовленного раствора хлористого аммония. Соляную кислоту (35%-ную) добавляют до достижения рН раствора 7, в количестве 500 кг. После подготовленный раствор хлористого аммония заливают в реактор кристаллизации на поверхность раствора метаванадата натрия (из расчета 2,5 кг NH₄Cl на 1кг V₂O₅). При перемешивании в результате реакции кристаллизации (3) образуется пульпа метаванадата аммония, которую фильтруют на барабанном вакуум-фильтре БОН-5. Температуру пульпы при загрузке окситрихлорида ванадия поддерживают 85°С. При фильтрации одновременно осуществляется промывка осадка от водорастворимых солей путем подачи артезианской воды. Полученный осадок метаванадата аммония направляют в прокалочную печь, при температуре 400-660°С метаванадат аммония разлагается по реакции (4). В результате получают товарный продукт - пятиокись ванадия следующего состава, масс. %: 99,6 V₂O₅, 0,3 V₂O₄, 0,0020 Fe, 0,0055 Si, 0,0005 Mn, 0,000061 Cr, 0,0005 S, 0,0006 P, 0,002 Na, 0,002 K, 0,0010 As.

Пример 3

Процесс получения пятиокиси ванадия ведут при тех же условиях что и в примере 2. В зависимости от полученного результата и объема раствора в реакторе рассчитывают массу предварительно подготовленного раствора хлористого аммония. Раствор хлористого аммония получали согласно реакции:

NH₄OH +HCl = NH₄Cl +H₂O (5)

Раствор хлористого аммония предварительно готовят в баке емкостью 2,1 м³. В бак закачивают 25%-ный водный раствор аммиака (ГОСТ 9-92) в количестве 450 кг, в который при непрерывном перемешивании из бака мерника емкостью 1 м³ осуществляют дозирование 35%-ную соляной кислоты (ГОСТ 3118-77). По рН-метру следят за рН предварительно подготовленного раствора хлористого аммония. Соляную кислоту (35мас. %) добавляют до достижения рН раствора хлористого аммония, равным 8, в количестве 450 кг. После подготовленный раствор хлористого аммония заливают в реактор кристаллизации на поверхность раствора метаванадата натрия (из расчета 2,5 кг NH₄Cl на 1кг V₂O₅). При перемешивании в результате реакции кристаллизации (3) образуется пульпа метаванадата аммония, которую фильтруют на барабанном вакуум-фильтре БОН-5. Температуру пульпы при загрузке окситрихлорида ванадия поддерживают 85°С. При фильтрации одновременно осуществляется промывка осадка от водорастворимых солей путем подачи артезианской воды. Полученный осадок метаванадата аммония (ТУ 6-09-502-517) направляют в прокалочную печь, при температуре 400-660°С метаванадат аммония разлагается по реакции (4). В результате получают товарный продукт - пятиокись ванадия следующего состава, масс. %: 99,65 V₂O₅, 0,3 V₂O₄, 0,0020 Fe, 0,0055 Si, 0,0005 Mn, 0,000060 Cr, 0,0005 S, 0,0006 P, 0,002 Na, 0,002 K, 0,0010 As.

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить содержание пятиокиси ванадия в готовом продукте до 99,6% и уменьшить содержание регламентируемых примесей.

Изобретение относится к способу получения пятиокиси ванадия из окситрихлорида ванадия - побочного продукта производства губчатого титана. Способ получения пятиокиси ванадия включает разложение окситрихлорида ванадия щелочным раствором с получением пульпы метаванадата натрия, фильтрование полученной пульпы метаванадата натрия с отделением осадка, кристаллизацию метаванадата аммония, выдержку при перемешивании образующейся при кристаллизации пульпы, отделение от маточного раствора осадка метаванадата аммония, его промывку, сушку и прокалку с получением пятиокиси ванадия. При кристаллизации метаванадата аммония в раствор метаванадата натрия заливают предварительно подготовленный раствор хлористого аммония. В качестве исходных компонентов для приготовления раствора хлористого аммония используют 25%-ный водный раствор аммиака, в который при непрерывном перемешивании добавляют 35%-ную соляную кислоту при массовом соотношении 1:1 до достижения рН раствора 7-8. Способ позволяет повысить содержание пятиокиси ванадия в готовом продукте до 99,6% и уменьшить содержание регламентируемых примесей. 3 пр.

Способ получения пятиокиси ванадия, включающий разложение окситрихлорида ванадия щелочным раствором с получением пульпы метаванадата натрия, фильтрование полученной пульпы метаванадата натрия с отделением осадка, кристаллизацию метаванадата аммония, выдержку при перемешивании образующейся при кристаллизации пульпы, отделение от маточного раствора осадка метаванадата аммония, его промывку, сушку и прокалку с получением пятиокиси ванадия, отличающийся тем, что при кристаллизации метаванадата аммония в раствор метаванадата натрия заливают предварительно подготовленный раствор хлористого аммония, при этом в качестве исходных компонентов для приготовления раствора хлористого аммония используют 25%-ный водный раствор аммиака, в который при непрерывном перемешивании добавляют 35%-ную соляную кислоту при массовом соотношении 1:1 до достижения рН раствора 7-8.