(57)【要約】本発明は、バナジウムを含有する原料由来の五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）の形態で様々な原料からバナジウムを抽出するための方法に関する。本方法は、Ｖ２Ｏ５の原料を供給するステップと、少なくとも１０００℃の温度まで原料を加熱するステップと、加熱された原料からＶ２Ｏ５を蒸発させるステップと、蒸発させたＶ２Ｏ５を回収するステップとを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
五酸化バナジウムＶ２Ｏ５を含有する原料からＶ２Ｏ５を抽出するための方法であって、
バナジウムを含有する原料を用意するステップと、
必要なら、前記原料中のバナジウムの少なくとも一部をＶ２Ｏ５に変換し、それによって、Ｖ２Ｏ５の原料を用意するステップと、
少なくとも１０００℃の温度にＶ２Ｏ５の原料を加熱するステップと、
加熱された原料からＶ２Ｏ５を蒸発させるステップと、
蒸発させたＶ２Ｏ５を回収するステップと
を含む方法。
【請求項２】
バナジウムを含有する原料が、鉱石、スラグ、灰および硫化バナジウムから選択され、特に硫化バナジウムが使用済み石油精製触媒からの硫化バナジウムである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
鉱石が、砂鉄、磁鉄鉱、赤鉄鉱、チタン磁鉄鉱およびバナジウム−チタン磁鉄鉱から選択され；スラグが、転炉スラグ、サブマージアーク炉スラグ、取鍋スラグおよび原料鉄からのバナジウムの選択的な酸化により得られたスラグから選択され；灰が、石油コークス灰、特にフライアッシュおよびボイラー灰から選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ガス、特に空気または２２〜９９％の酸素を含有する酸素富化空気、あるいは酸素のみ、を使用することによって蒸発が行われる、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
ガスが、Ｖ２Ｏ５の原料を含有する液浴中にまたはその液浴を通じて吹き込まれる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
液浴がスラグ浴を含み、スラグの温度が１２００℃から１９００℃、好ましくは１４５０℃から１７００℃である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
スラグが、以下の成分ＣａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＦｅＯｘおよびＶＯｘのうちの少なくとも３つを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
Ｖ２Ｏ５の原料が固体状態であり、キャリヤー媒体としてガスを使用することによって蒸発がなされ、ガスが好ましくは空気、２２〜９９％の酸素を含有する酸素富化空気または純酸素である、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
蒸発が、流動床反応器中で、特に１１００℃から１３００℃の温度でなされる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
バナジウムの原料が、鉄鉱石、特に流動床反応器中での処理中に赤鉄鉱に焙焼される磁鉄鉱鉱石である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
Ｖ２Ｏ５の原料が、使用済み石油精製触媒からの硫化バナジウムＶ３Ｓ４を焙焼することにより形成されたＶ２Ｏ５であり、焙焼が、蒸発ステップの前に別のステップとして行われる、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
スラグが、転炉スラグおよび原料鉄からのバナジウムの選択酸化により得られたスラグから選択され、スラグが液体であり、１４５０℃から１７００℃に保持され、酸素または酸素富化空気が、スラグ浴を通じて吹き込まれる、請求項３に記載の方法。
【請求項１３】
灰が、石油コークス灰であり、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＦｅＯｘから選択される成分の１つまたは複数と任意選択で混合され、灰／スラグ混合物が、液体であり、１２００℃から１９００℃、好ましくは１４５０℃から１７００℃に保持され、酸素または酸素富化空気がスラグ浴を通じて吹き込まれる、請求項３に記載の方法。
【請求項１４】
蒸発させたＶ２Ｏ５が、Ｖ２Ｏ５含有ガスを凝結させることにより回収される、請求項１から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
Ｖ２Ｏ５含有ガスが、固体Ｖ２Ｏ５を回収するために冷トラップに送られる、請求項１から１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、バナジウムを含有する原料から五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）を抽出するための方法に関する。
【０００２】
背景技術
五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）は、化学工業における触媒としておよびフェロバナジウムの生成のために主に用いられる。
【０００３】
従来、様々な原料からバナジウムまたは酸化バナジウムを回収することに大きな関心が集まっている。特に、原料鉄（raw iron）からバナジウムを選択的に予備酸化（ｐｒｅ−ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）するための様々な経路が、大いに注目を集めており、例えば、ＥＰ２３５２９１、ＥＰ１３４３５１、ＵＳ４０７１３５５およびＧＢ１２８１２０３では、溶融金属からの酸化バナジウムの回収を開示している。
【０００４】
発明の概要
本発明の全般的な目的は、五酸化バナジウムの形態で様々な原料からバナジウムを抽出するための代替的な生成経路を提供することである。本目的および他の目的は、請求項１に記載の方法によって達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項において特定される。
【０００５】
本発明者らは、五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）の形態のバナジウムを、この酸化物を蒸発させることによって、抽出する（extract）ことが可能であることを見出した。具体的には、特許請求する方法は、
バナジウムを含有する原料を用意するステップと、
必要なら、前記原料中のバナジウムの少なくとも一部をＶ２Ｏ５に変換し、それによって、Ｖ２Ｏ５の原料を用意するステップと、
少なくとも１０００℃の温度に前記原料を加熱するステップと、
加熱された原料からＶ２Ｏ５を蒸発させるステップと、
蒸発させたＶ２Ｏ５を回収するステップとを含む。
【０００６】
本発明は、特許請求の範囲に記載される。
【０００７】
詳細な説明
基本的に、任意のバナジウムを含有する原料を、特許請求する方法において用いることができる。しかしながら、実用的な見地から、バナジウムを含有する原料は、鉱石（ore）、スラグ、灰（ash）および使用済み石油精製触媒からの硫化バナジウムを焙焼すること（roasting）により形成されたＶ２Ｏ５の群から好適に選択され、その理由はこれらが最も重要な原料であるからである。前記原料中のバナジウムが五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）の形態でないならば、バナジウムの少なくとも一部をＶ２Ｏ５に変換する必要がある。ほとんどの場合、すべてのバナジウムは、Ｖ２Ｏ５に変換される。これは、硫化物を焙焼することによりまたは低次酸化物（ｌｏｗｅｒ  ｏｘｉｄｅ）（Ｖ３＋／Ｖ４＋）の五酸化物（Ｖ５＋）への酸化により行われる。
【０００８】
好ましくは、鉱石は、砂鉄、磁鉄鉱、赤鉄鉱、チタン磁鉄鉱（ｔｉｔａｎｉ−ｆｅｒｒｏｕｓ  ｍａｇｎｅｔｉｔｅ）およびバナジウム−チタン磁鉄鉱から選択され；スラグは、転炉スラグ、サブマージアーク炉スラグ、取鍋スラグ（ｌａｄｌｅ  ｓｌａｇ）および原料鉄からバナジウムを選択的に酸化させることにより得られたスラグから選択され；灰は、石油コークス灰、特に、フライアッシュおよびボイラー灰から選択される。
【０００９】
酸化性雰囲気により蒸発が促進され、酸素富化空気（ｏｘｙｇｅｎ−ｅｎｒｉｃｈｅｄ  ａｉｒ）および純酸素によって空気中よりも蒸発能力が高くなるように、酸素の分圧が増加すると共に蒸発が増える。
【００１０】
蒸発は、固体および／または液体のＶ２Ｏ５含有原料から起こり得る。主な原料は、鉄鋼業からのスラグである。この場合には、スラグは、液体であるべきであり、１２００℃から１９００℃、好ましくは１４５０℃から１７００℃に保持された液体スラグ浴の中に（into）、またはそのスラグ浴を通じて（through）、酸化性ガスが好ましくは吹き込まれる。スラグは、通常、以下の成分ＣａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＦｅＯｘおよびＶＯｘ（ｘは、酸化物が化学量論的となる必要はなく、１つを超える原子価状態が存在し得ることを示す）のうちの少なくとも３つを含む。バナジウムは、３つの原子価状態、すなわち、Ｖ３＋、Ｖ４＋およびＶ５＋を持ち得る。スラグの高い塩基性度は、Ｖ４＋／Ｖ５＋が優勢なレドックス対であると予想するべきであるように、バナジウムのより高い酸化状態を安定させる。
【００１１】
石油コークス灰などの灰は、場合によってはＣａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＦｅＯｘから選択される成分の１つまたは複数と混合することができ、少なくとも部分的に溶融させることもでき、その際、灰／スラグ混合物は、液体または固体−液体混合物であり、１２００℃から１９００℃、好ましくは１４５０℃から１７００℃に保持され、酸素または酸素富化された空気がＶ２Ｏ５の生成および蒸発のためにスラグ浴を通じて吹き込まれる。
【００１２】
固体のバナジウム含有原料からのＶ２Ｏ５の蒸発は、特に鉱石を用いるとき、好適な選択肢である。例えば、スウェーデン産磁鉄鉱鉱石は、約１．５％Ｖを含有する。好ましい一実施形態では、磁鉄鉱鉱石は、流動床反応器中でキャリヤーガスとして酸素を用いることにより１１００〜１３００℃の範囲の温度で、赤鉄鉱に焙焼される。このような場合、温度は、スティッキングの問題を避けるためにバナジウム含有鉄鉱石の軟化温度のすぐ下になるように調整されるべきである。酸素の代替として、空気または２２〜９９％の酸素を含有する酸素富化空気を用いてもよい。
【００１３】
Ｖ２Ｏ５の原料の先駆物質として、使用済み触媒から得られる硫化バナジウム（Ｖ３Ｓ４）を用いることができる。Ｖ３Ｓ４は、脱硫用の石油精製触媒上に大量に堆積する。これらの触媒が使用済みであるとき、前記硫化物は、焙焼処理によって酸化物に変換され、したがって、Ｖ２Ｏ５の原料を生成することができる。当技術分野で公知の従来の方法により焙焼を行うことができる。Ｖ２Ｏ５が形成されたとたんに蒸発するように、Ｖ３Ｓ４の焙焼およびＶ２Ｏ５の蒸発は、少なくとも１０００℃の温度でＶ３Ｓ４を酸化することによる単一のステップで行うことができる。
【００１４】
蒸発したＶ２Ｏ５は、Ｖ２Ｏ５含有ガスを凝結させることにより回収される。任意のタイプの凝結を用いることができる。従来の冷トラップ（cold trap）を用いてもよい。
【００１５】
例１
高合金工具鋼（ｈｉｇｈ  ａｌｌｏｙｅｄ  ｔｏｏｌ  ｓｔｅｅｌ）の製造から得られたバナジウム含有スラグを、本発明に従って処理した。スラグは、重量パーセントで以下の組成であった；Ｖ２Ｏ５  ５％、ＣａＯ  ３７．５％、ＦｅＯ  ２０％、およびＳｉＯ２  ３７．５％。
【００１６】
スラグを２つのサンプルに分割した。これらのサンプルを、実験室条件下で空気中、白金るつぼでそれぞれ１８５３Ｋおよび１８７３Ｋで１２０分間加熱した。炉からの流出ガスを、冷却し、ろ過し、形成された酸化物粒子を回収した。１８２３Ｋに加熱したサンプルの場合、Ｖ２Ｏ５の８０重量％を回収した。１８７３Ｋに加熱したサンプルの場合、Ｖ２Ｏ５の９０重量％を回収した。五酸化バナジウムの純度は、９５重量％を超えた。
【００１７】
例２
石油コークス（ｐｅｔ  ｃｏｋｅ）スラグをアルミナるつぼ中で加熱し、電気アーク炉において溶融した。スラグは、重量パーセントで表される以下の組成であった；Ｖ２Ｏ３  ４２．８％、ＣａＯ  １２．５％、ＦｅＯ  １０．７％、Ａｌ２Ｏ３  ７．４％およびＳｉＯ２  ２６．６％。
【００１８】
炉中で室温から１４８０℃の温度までスラグを加熱した。液体スラグに空気を吹き込んだ。これにより、ＦｅＯをＦｅ２Ｏ３に酸化させ、Ｖ２Ｏ３をＶ２Ｏ５に酸化させた。スラグを、酸化条件下で４００分間液体に保った。酸素が吹き込まれると反応が速くなることが見出された。冷トラップ中で流出ガスを凝結した。
【００１９】
冷トラップ中で見出されたＶ２Ｏ５の量は、石油コークススラグ中の元の量の９２重量％に相当する。五酸化バナジウムの純度は、９８重量％を超えた。
【００２０】
例３
Ｆｅ３Ｏ４  ９５％、Ｖ２Ｏ５  １．５％および残部  主にＳｉＯ２を含有するスウェーデン産磁鉄鉱鉱石を、酸素を５０％含有する酸素富化空気の流れの下でアルミナるつぼ中で１６２３Ｋで２時間加熱した。磁鉄鉱鉱石中のＶ２Ｏ５の含有率は、２時間の処理後に１．５％から０．３％に減少した。五酸化バナジウムの純度は、９５重量％であった。
【国際調査報告】
2015528055.tif 000002
2015528055.tif 000003
2015528055.tif 000004
2015528055.tif 000005