СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЯТИОКИСИ ВАНАДИЯ ВЫСОКОЙ СТЕПЕНИ ЧИСТОТЫ Советский патент 1995 года по МПК C22B34/22 

Изобретение относится к металлургии ванадия и может быть использовано в производстве ферросплавов, в частности чистого металлического ванадия, при переработке конвертерных шлаков, отходов тепловых электростанций (ТЭС) и других видов сырья.

Целью изобретения является упрощение технологической схемы, снижение затрат на реагенты, а также повышение степени извлечения ванадия при использовании сырья, содержащего примесь марганца.

П р и м е р 1. 0,100 кг конвертерного шлака, измельченного до фракции минус 0,1 мм, обожгли с добавкой известняка при отношении СаО/V₂O₅ 0,40 в течение 2 ч при 850^оС. После обжига получили материал, содержащий, V₂O₅ 14,67; Mn 6,5; Ca 5,6 и SiO₂ 15,8. Вскрытый ванадий по анализу определения технологического вскрытия составил 90,7%
Навеску этого материала 0,100 кг разрепульпировали в 0,5 л воды и обработали обожженный материал при температуре окружающей среды и перемешиваний серной кислотой до рН 3,8, затем продолжали введение раствора серной кислоты с одновременным введением перекиси водорода при расходе 0,27 кг Н₂О₂/кг материала до рН 1,6 и выдержали пульпу в течение 15 мин. Температура при этом поднялась до 45^оС. Осадок отфильтровали, промыли. В раствор перешло 91,0% ванадия и 40,1% марганца. Содержание V₂O₅ в фильтрате составило 26,7 г/л, марганца 5,21 г/л. Выход отвала составил 85,6% а содержание V₂O₅ в нем 1,54%
В раствор (0,5 л) для очистки от марганца добавлено 7,75 г пирофосфата натрия и образовался осадок. Суспензию перемешивали в течение 10 мин, при этом установился рН 4,2. Осадок отфильтровали, масса его после просушки составила 8,5 г. Полученный фильтрат, содержащий 26,6 г/л V₂O₅ и 0,035 г/л Mn, введена суспензия окиси кальция до рН 6,1; расход окиси кальция равен 4,1 г. После обработки известковым молоком осадок отфильтровывали, масса осадка составила 5 г. Из фильтрата (0,5 л) после подкисления осадили пятиокись ванадия путем высокотемпературного гидролиза. После осаждения содержание в сливной воде составил V₂O₅ 0,22 г/л. Осажденную пятиокись ванадия отделили фильтрованием, промыли 140 мл воды, затем через слой влажного осадка пятиокиси пропустили 0,250 л 10%-ного раствора хлористого аммония в течение 5 мин и далее промыли 0,140 л воды. Полученный осадок проcушили при 105^оС, 0 а затем прокалили при 450^оС в течение 4 ч. После прокалки получили 13,05 г осадка с содержанием 99,8% V₂O₅; 0,03% Mn, 0,02% SO₄, 0,006 NH4⁺.

П р и м е р 2. 1 кг золы ТЭС измельчали в пульпе в присутствии известняка до фракции минус 0,1 мм и получили рН 6,65. После этого осадок отфильтровали и обожгли при 850^оС в течение 2 ч. Полученный материал после обжига содержал 13,03% V₂O₅, а по анализу на вскрытие суммарное вскрытие составило 92,4% 0,5 кг материала разрепульпировали в воде и создали из него на воронке слой 1,5 см. Фильтрат использовали для приготовления слоя осадка в других опытах. На слой осадка подали 3,3%-ный раствор серной кислоты с удельной скоростью прохождения раствора через осадок 20 л/кг обожженного материала в час до рН в растворе 3,90. Затем в раствор серной кислоты добавили перекись водорода из расчета 0,4 кг Н₂О₂/кг материала и продолжили подачу раствора серной кислоты с раствором перекиси водорода с той же удельной скоростью прохождения растворов через слой обожженного материала до рН в растворе 1,6. При пропускании только H₂SO₄ в раствор перешло 55,2% от общего количества ванадия, при пропускании смеси растворов перешло еще 39,2% т.е. суммарное извлечение ванадия 94,4% (или 102,2% от вскрытого). Выход отвала составил 89,7% содержание V₂O₅ 0,81% Из полученного раствора гидролитическим осаждением проведено выделение пятиокиси ванадия.

Осажденную пятиокись ванадия в количестве 61 г отфильтровали, промыли 0,6 л воды, затем через слой осадка пятиокиси ванадия на фильтре пропустили 1,2 л раствора хлористого аммония в течение 24 мин, после чего промыли 0,6 л дистиллированной воды. Полученный осадок высушили при 105^оС, затем прокалили при 450^оС в течение 4,0 ч. Вес прокаленной пятиокиси ванадия составил 57,1 г. После прокалки осадок содержал, V₂O₅ 99,7; SO₄^" 0,02; NH₄⁺ 0,005; Mn 0,03; Ni 0,05.

Характеристика обожженных ванадийсодержащих материалов, использованных для извлечения ванадия и обоснование параметров процесса в пределах предлагаемого способа приведено в табл.1-6.

В качестве исходного сырья использовано два вида материала: конвертерный ванадийсодержащий шлак и отходы мазутных тепловых электростанций (зола), прошедшие обжиг с кальцийсодержащей добавкой при 850^оС в течение 2 ч.

Влияние рН, при котором начата добавка смеси H₂SO₄ и Н₂О₂, и расхода (кг) Н₂О₂/кг материала на извлечение ванадия в раствор.

Условия проведения опытов 2-17: проба 1 в табл.1, навеска до 0,025 кг; рН начальное в пульпе 7,50; смесь Н₂SO₄ и Н₂О₂ вводили до рН 1,5-1,8; выдержка при рН 1,5-1,8 30 мин.

Зависимость извлечения ванадия и примесей в раствор от рН, при котором заканчивалось введение смеси кислоты и перекиси водорода (в пульпе).

Условия проведения опытов 2-10 и 12-14: начало введения смеси при рН 4,0; расход H₂O₂ 0,18 кг/кг материала; продолжительность выдержки 20-30 мин после доведения рН.

Использование способа обеспечивает следующее:
упрощение технологической схемы, а именно получение пятиокиси ванадия высокой чистоты непосредственно из исходного сырья, исключая одну стадию выщелачивания, плавку технической пятиокиси ванадия, ее многостадийное растворение в растворах едкого натра высокой концентрации и промежуточной фильтрации, осаждение метаванадата аммония, его растворение и перекристаллизацию;
снижение количества примесей в растворе при выщелачивании ванадия (марганца, никеля и др.) в 1,5-2 раза;
снижение затрат на реагенты (для очистки растворов от примесей, например, добавки пирофосфата натрия при его расходе 5 г на 1 г Mn по известному способу на 1 л раствора затрачивается 5.6,5 32,5 г, а в предлагаемом способе 5.4,5 22,5 г, где 6,5 и 4,5 г/л содержание Mn в растворе после выщелачивания;
повышение степени извлечения ванадия при использовании сырья, содержащего марганец за счет снижения содержания V₂O₅ в растворах после гидролиза с 1,8 до 0,22 0,3 г/л;
снижение солесодержания технологических растворов за счет уменьшения расхода серной кислоты на выщелачивание и разложение перекиси водорода в процессе гидролитического осаждения;
снижение водопотребления в технологический цикл за счет устранения промывки после 1-й стадии выщелачивания и многократного растворения и перекристаллизации;
увеличение производительности оборудования за счет сокращения продолжительности технологических операций и исключения ряда операций;
снижение эксплуатационных затрат и сокращение затрат людского труда;
снижение энергетических затрат, так как отпадает необходимость охлаждения растворов с 90-95^оС до 14-18^оС при кристаллизации метаванадата аммония.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЯТИОКИСИ ВАНАДИЯ ВЫСОКОЙ СТЕПЕНИ ЧИСТОТЫ из ванадийсодержащего сырья, включающий обжиг, кислотную обработку обожженного материала, отделение твердой фазы от растворов, обработку растворов реагентами, гидролитическое осаждение пятиокиси ванадия, фильтрацию и реагентную обработку осадка пятиокиси ванадия, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологической схемы и снижения затрат на реагенты, кислотную обработку обожженого материала ведут серной кислотой до рН 3,5 4,0 с последующей подачей серной кислоты и одновременным введением перекиси водорода при ее расходе 0,1 0,6 кг на 1 кг материала до рН 1,8 1,5, а реагентную обработку осадка пятиокиси ванадия проводят аммонийсодержащим раствором при отношении ионов аммония к пятиокиси ванадия 0,3 0,6 и с удельной производительностью 2,0 5,0 л на 1 кг осадка в 1 мин. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения степени извлечения ванадия при использовании сырья, содержащего примесь марганца, в раствор перед гидролитическим осаждением пятиокиси ванадия вводят гидроокись кальция до рН 6,0 6,2 с последующей фильтрацией.