CC BY
32
ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБА ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВАНАДИЯ ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ (ОВК-ОТРАБОТАННЫЙ ВАНАДИЕВЫЙ КАТАЛИЗАТОР)
Вохидов Бахриддин Рахмидинович
DSc, проф., Навоийский государственный горно-технологический университет, Республика Узбекистан, г. Навои E-mail: golf.8 [email protected]
Каюмов Ойбек Азамат угли
ассистент
Каршинский инженерно-экономический институт, Республика Узбекистан, г. Карши
RESEARCH OF THE METHOD FOR EXTRACTION OF VANADIUM FROM TECHNOGENIC WASTE (HVAC-SPENT VANADIUM CATALYST)
Bahriddin Vokhidov
DSc, Prof.,
Navoi State Mining and Technology University, Republic of Uzbekistan, Navoi
Oybek Kayumov
Assistant,
Karshi engineering and economics institute, Republic of Uzbekistan, Karshi
АННОТАЦИЯ
В данной статье рассматривается возможность извлечения пятиокиси ванадия из техногенных отходов (овк-отработанный ванадиевый катализатор).
ABSTRACT
This article discusses the possibility of extracting vanadium pentoxide from industrial waste (ovc-spent vanadium catalyst).
Ключевые слова: катализатор, ванадий, концентрат, раствор, отход, выщелачивание. Keywords: catalyst, vanadium, concentrate, solution, waste, leaching.
Пентаоксид ванадия еще с большей эффективностью может быть выделен из отработанного катализатора, который применяем при производстве серной кислоты Северного РУ НГМК. В данное время разработана технология получения пятиокиси ванадия из отработанных ванадиевых катализаторов. Отработанные ванадиевые катализаторы (OBK) являются одним из лучших видов вторичного сырья для извлечения из них ванадия и производства V2O5 и его производных (катализаторов, феррованадатов и др.). Необходимость использовать в качестве источника ванадия ОВК обуславливается также тем, что сбрасываемые в отвал отработанные катализаторы вызывают загрязнение окружающей среды высокотоксичными соединениями ванадия. Ежегодно в мире образуется порядка 35 тыс. тонн. ОВК.
Пирометаллургические способы переработки ОВК предусматривают их обжиг для удаления и утилизации сернистого газа, с последующей выплавкой
в электропечи кремеванадиевого сплава и получения вяжущего материала на основе возгонов оксидов щелочных металлов и кремния. По другому способу рекомендуется обжигать ОВК и утилизировать сернистый газ, затем из остатков получать ванадий-кальциевый концентрат, а из растворов готовить удобрения.
Описана также технология, по которой выщелачивание производят 7-12%-ным раствором формалина (отход производства орловского химического завода). Такое восстановительное выщелачивание позволяет максимально извлечь ванадий из ОВК. В качестве окислителя предлагается использовать газообразный хлор из баллона или барботаж воздухом в щелочной среде (рН=8,5-9,0). Технология оказалась малоэффективной, извлечение ванадия составило 85 %, а содержание в готовом продукте V2O5 < 80 %[1 С 43-47].
Библиографическое описание: Каюмов О.А., Вохидов.Б.Р. ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБА ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВАНАДИЯ ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ (ОВК-ОТРАБОТАННЫЙ ВАНАДИЕВЫЙ КАТАЛИЗАТОР) // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 10(115). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/16140
Разработана и внедрена на ПО «Востокред-мет» (Таджикистан) технология утилизации ОВК, позволяющая получать товарный оксид ванадия и жидкие удобрения. Технология включает сернокислотное выщелачивание ванадия из ОВК, осаждение чернового концентрата аммиаком при pH=2-8, растворение осадка щёлочью, подкисление щелочного раствора серной кислотой до pH 1,5-2,0, термогидролиз, конверсию образовавшегося осадка и нитратом аммония и прокалку ванадата аммония до У205. Технология отличается многооперационностью и большим расходом реагентов. Содержание в готовом продукте У205 примерно 90 %.
В настоящей работе освещены основные результаты исследований по разработке технологии переработки ОВК. Опытно-промышленные испытания новой технологии переработки ОВК, проведённые в НИЛ НГГТУ ОВК, были получены из цеха сернокислотного производства Северного РУ, полученные результаты подтвердили возможность получения пятиокиси ванадия с содержанием У205 94-98 %.
В табл. 1 представлены данные по содержанию У205 и некоторых примесей в исходных катализаторах, ОВК и готовой продукции согласно нормативным документам и фактическим данным.
Исследование и обсуждение результатов переработки отработанных ванадиевых катализаторов
Воспользовавшись наличием отработанного ванадиевого катализатора, состав которого нам известен, мы сначала растворили его в исходном гранулированном состоянии в разбавленном растворе серной кислоты концентрацией 45 г/л на магнитной мешалке при температуре 20-25°С, Т:Ж=1:3, в слабокислой среде в течение 2-3 часов. Эксперимент проводился через разные промежутки времени и максимальный уровень растворения был достигнут через 3 часа. Растворенное соединение сульфата ванадия промывали вакуумным фильтром, сушили и отбрасывали. Раствор ванадия осаждали 25% водным раствором аммиака при температуре 20-25°С в течение 3 часов.
Таблица 1.
Исходное содержание ОВК, готовый продукт и ОВК
Названия продукта Количество, %
V2O5 K2O N2O SiO2 Sобщ
Катализатор ванадия (исходный) 6,0-6,5 8-10 2,0-2,5 - -
ОВК 2-4,5 - - - -
Пента оксид ванадия, У205 96-97,5 %
феррованадий 36-42%
ОВК СКЗ, СРУ 2,5-3,5 4-5,5 0,5-1 55-60 13-16
Ванадий присутствует в ОВК в степени окисления как У+4, так и ¥+5.
Полученный осадок с ванадатом аммония фильтровали, сушили при температуре 105-1100С
в течение 1 -го часа и нагревали в муфельной печи при температуре 500-5500С в течение 1,5 часов, и в конце работы получали чистый осадок V205.
Исходный ОВК
80,3
81,4
о4
58,7
45,5
Время, мин
Рисунок 1. Зависимость времени выщелачивания ОВК от степени растворимости продукта
0
Исследования по кинетики выщелачивания ванадия из ОВК проводили в титановом реакторе, снабжённом электромеханической мешалкой с числом оборотов, п = 500 r/min. Выщелачивание проводили раствором серной кислоты с концентрацией H2SO4 45 g/1, при температуре 20-25 0С и отношении Т:Ж = 1:3. По окончании выщелачивания пульпу
фильтровали под вакуумом, и осадок промывали водой из расчёта Ж:Т = 3:1. Осадок сушили при температуре 60 0С и анализировали. Первоначально изучали кинетику сернокислотного выщелачивания ванадия из ОВК с измельчением и без измельчения исходного продукта.
Измельченный ОВК
Рисунок 2. Зависимость времени выщелачивания ОВК от степени растворимости продукта
при разных крупностях материала
Задачей являлось оценить целесообразность предварительного измельчения ОВК с точки зрения извлечения ванадия в раствор. Результаты представлены в рис. 2. Эксперимент проводим с использованным ванадиевого катализатора, измельченного до 0,1 мм, и концентрацией растворителя Н2804=50 г/л.
ОВК измельчали до размера 0,1 мм и выборочно растворяли в растворе Н2804 концентрацией 50 г/л на магнитной мешалке при температуре 20-250С, в соотношении Т:Ж=1:3. в слабокислой среде в течение 2-3 часов. Эксперимент проводился через разные промежутки времени и максимальный уровень растворения был достигнут через 3 часа.
Таблица 2.
Кинетика выщелачивания ванадия из ОВК в серной кислоте. Начальная концентрация серной кислоты Ш804=50 г/л.
Время выщелачивания, мин Исходное содержание ОВК (гранула) Измельченный ОВК, (класс-0,1мм)
V2O5 (осадок), % Извлечения, % V2O5 (чукмада), % V2O5 (осадок), %
0.0 3.60 0.0 3.60 0.0
30 1.90 46,7 1.65 54,3
50 1.55 61,3 1.44 63.6
60 0.85 78,2 0.64 77.2
80 0.62 81,8 0.55 82.5
120 0.62 82,7 0.50 86.1
Растворенное соединение сульфата ванадия отфильтровывали на вакуум-фильтрах, осадок промывали, сушили и отбрасывали. Раствор ванадия осаждали 25% водным раствором аммиака при температуре 20-25°С в течение 3 часов.
Исходный ОВК
100
90
80
о4 70
« К 60
К 50
<и
сг
<и ч 40
и
JD 30
К
20
10
0
,8 82 ,7
78 ,2 81
-61,3
46,7 ^
/
0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 —1-й—1-й—I
20 40 60 80 100
Время выщелачивания, мин
120
140
Рисунок 3. Зависимость времени выщелачивания ОВК от степени растворимости продукта,
исходный, неизмельчённый
Полученный осадок с ванадатом аммония фильтровали, сушили при температуре 105-1100С в течение 1 часа и нагревали в опытной муфельной печи при температуре 500-5500С в течение 1,5 часов,
при этом в конце опыта получили чистый осадок, и был получен ^05. Результаты приведены в таблице 28 и на графике зависимости процесса выщелачивания от времени описывается кривой на рисунке 3.
Измельченный ОВК
80
о4 , 70 ЬЧ
и 60
н
Sá 50 ч
ел 40
8 30 ^ 20 10 0
:: 82 ,5 86 ,1
77 ,2
:: 63,6
________
/
/
/
0 —i—i—i—i—i
20 40 60 80 100
Время выщелачивания, мин
120
140
Рисунок 4. Зависимость времени выщелачивания ОВК от степени растворимости продукта,
измельчённый ОВК
Фильтрование пульпы после выщелачивания ОВК проводили на воронке Бюхнера под вакуумом. В качестве фильтровальных тканей использовали полипропиленовую ткань и ткань хлорин.
Получение ванадата аммония из чернового ванадиевого концентрата проводили следующим образом. Полученный промытый черновой концентрат растворяли при Ж:Т=15-17:1 в растворе аммиака с концентрацией 10-15 §/1, при температуре 60-70 0С в течение 2-3 к Полученную суспензию фильтровали. Ванадат аммония получали методом высаливания.
Для этого в аммиачный раствор добавляли сухой нитрат аммония из расчёта 100 §/1. После медленного перемешивания в течение 15-20 мин раствор выстаивали до выпадения из него ванадата аммония. Полученный ванадат аммония отделяли от раствора фильтрованием. Полученный осадок ванадата аммония сушили и прокаливали в фарфоровом тигле в муфельной печи при температуре 550-6000С в течение 1,5 к В результате получили пентаксид ванадия, который соответствует ТУ 48-4-429-82 марки ВнО-2.
0
0
Рисунок 5. Предлагаемая технологическая схема переработки отработанного ванадиевого катализатора
с получением пентоокиси ванадия
В результате выщелачивания отработанного ванадиевого катализатора в растворе Н2804 концентрацией 50 г/л степень извлечение была увеличена до 6,1%, а общая сквозная извлечения ванадия доведена до
86,1%. Учитывая высокую цену сырья для ванадиевых катализаторов, получение высококачественного продукта за счет комплексного использования сырья открывает новые возможности для экономики страны [3, а 44].
Рисунок 6. Схема цепи аппаратов переработка отработанного ванадиевого катализатора
с получением пентоокись ванадия
№ 10 (115)
А1
После ряда исследований разработаны оптимальные технологические параметры и технологическая схема переработки ОВК с извлечением чистейшего пентоокись ванадия, смотрите рисунке 5, также схема цепи аппаратов, для использования в производственных масштабах.
Продолжительность получения любого металла зависит от физико-химического свойства самого металла, установления верных технологических процессов и подбора оптимальных режимов для операций. В результате анализа технологических параметров можно сделать вывод, что при общей сложности 8 процессах получении чистейшего пентоокиси ванадия была выбрана правильная
октябрь, 2023 г.
технологическая последовательность процессов и их оптимальные режимы.
В результате выщелачивания отработанного ванадиевого катализатора в растворе Н2804 концентрацией 50 г/л степень извлечение была увеличена до 6,1%, а общая сквозная извлечения ванадия доведена до 86,1%. Учитывая высокую цену сырья для ванадиевых катализаторов, получение высококачественного продукта за счет комплексного использования сырья открывает новые возможности для экономики страны. После серии исследований разработаны оптимальные технологические параметры и технологическая схема переработки ОВК с извлечением чистейшего пентоокись ванадия.
Список литературы:
1. А.С. Хасанов, Б.Р. Вохидов, Г.Ф. Мамараимов Разработка технологии получения ванадия из минерального и техногенного сырья// Universum: технические науки: электронный научный журнал., 2022. 12(105). C. 43-47.
2. Винаров И.В., Владимирова О.В., Починок И.В., Янкелевич Р.Г. Регенерация ценных компонентов отработанного катализатора окисления SO2 - СВД // Комплексное использование минерального сырья. - № 6(168). -1992. - С. 77.
3. Б.Р. Вохидов // Автореферат диссертационное работы // Разработка и усовершенствование технология извлечения редких и благородных металлов из различного сырья // Ташкент 2022 г. - С.44.
4. Г.Ф. Мамараимов, А.С. Хасанов, Б.Р. Вохидов Извлечения ванадия из техногенных ресурсов// Universum: технические науки: электронный научный журнал., 2022. 12(105). C.53-57.
5. Винаров И.В. Регенерация ценных компонентов отработанного катализатора окисления SO2- СВД [Текст] / И.В. Винаров, О.В. Владимирова, И.В. Починок, Р.Г. Янкелевич // Комплексное использование минерального сырья. - 19 - № 6 (168). - С. 77.
