СПОСОБ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ВАНАДИЯ, ИЗ ШЛАКА
PROCESS FOR LEACHING OF METALS MAINLY VANADIUM FROM SLAG

Изобретение относится к гидрометаллургической переработке шлаков и может быть использовано при выщелачивании, например, ванадиевого шлака, получаемого на Нижне-Тагильском металлургическом комбинате (НТМК) при переработке ванадийсодержащих магнетитовых концентратов Качканарского месторождения железных руд (Средний Урал).
2
5
Известен способ выщелачивания ванадия из шлака НТМК с получением технического пентаоксида ванадия (VO) на ОАО "Ванадий-Тулачермет" по гидрохимической схеме, которая включает:
- дробление шлака, магнитную сепарацию для выделения металлических включений, измельчение шлака до крупности - 0,15 мм;
2
3
2
4
3
- окислительный обжиг измельченного шлака при температуре Т=700-1000°С в смеси с щелочными (NаСО; NaSO; NaCl) или щелочноземельными (СаО; СаСО) добавками;
- водное и кислотное выщелачивание ванадия;
- осаждение соединений ванадия при Т=90°С и рН=1,8-2,0;
- сгущение пульпы, сушка и прокалка;
2
5
- плавка VO [1].
Способ, применяемый на ОАО "Ванадий-Тулачермет", характеризуется значительными затратами энергии на его осуществление (окислительный обжиг всей массы перерабатываемого шлака при Т=700-1000°С, осаждение соединений ванадия при Т=90°С и т.д.).
Изобретение решает задачу снижения расхода энергии за счет исключения приобретения энергоносителей на процесс выщелачивания ванадия и других металлов из шлака.
Технический результат, получаемый при использовании изобретения, состоит в снижении расхода энергии.
2
4
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе сернокислотного выщелачивания металлов, преимущественно ванадия, из шлака, включающем его дезинтеграцию, температурную обработку, вышелачивание и осаждение соединений ванадия, шлак измельчают до крупности от - 0,2 до - 0,3 мм, ванадий и другие металлы переводят из шлака в раствор сульфатов металлов с использованием тепла экзотермической химической реакции «ванадиевый шлак - сернокислотный водный раствор», которая проводится при температуре от 75 до 85°С, достигаемой изменением концентрации кислоты от 20 до 30% пропорционально увеличению крупности частиц выщелачиваемого шлака, причем ванадий и другие металлы осаждают в виде гидроксидов путем обработки сульфатного раствора оксидом магния при соотношении MgO:HSO от 1:2,6 до 1:2,7 и повышении рН раствора до 10,0÷10,4 для осуществления реакций типа:
4
с оборотом магниевых реагентов взаимодействием MgSО с раствором NaOH:
2
возможностью замены MgO в (1) Mg(OH) по (3):
применением реакции:
2
4
2
4
2
NaSO+Са(ОН) («известковое молоко»)→2Na(OH)+CaSO·2НO(гипс)↓
для осуществления оборота реагентов натрия и утилизации получаемого гипса и в виде гипсобетона, алебастра.
Обработка ванадиевого шлака водным раствором серной кислоты с концентрацией >30% при соотношении «шлак - кислота», близком к стехиометрическому (1:1,5 весовых), приводит к сильному разогреванию смеси и даже спеканию шлака в твердый агрегат за счет выделяющегося тепла химической реакции «шлак - кислота», что нарушает процесс выщелачивания шлака. Повышение концентрации кислоты до 30%, которое приводит к возрастанию Т, используется для переработки крупнозернистых фракций (-0,3 мм) ванадиевого шлака, так как при увеличении T на 10% скорость большинства химических реакций в обычных условиях повышается в 2-4 раза [2]. Отклонение концентрации серной кислоты от заявленной в сторону уменьшения (<20%) снизит Т, замедлит процесс выщелачивания и извлечение металлов в раствор. Использование тонкого измельчения (<0,2 мм) шлака для интенсификации процесса его выщелачивания приводит к увеличению энергозатрат на дезинтеграцию.
2
Осаждение металлов, преимущественно ванадия из сульфатного раствора. производится оксидом или гидроксидом магния. Расчет основан на расходе кислоты и MgO с пересчетом на него Mg(OH), получаемого по (2).
2
4
4
2
4
При отношении MgO:НSO<1:2,6 повышается расход MgO для образования MgSO, при отношении MgO:HSO>1:2,7 не обеспечивается достаточно полное осаждение ванадия и других металлов по (1).
4
2
MgSO используется для получения Mg(OH) по (2), использования его для осаждения ванадия и других металлов из сернокислотного раствора:
4
2
2
4
MeSO+Mg(OH)→Ме(ОН)↓+MgSO,
или синтеза MgO [3].
Пример. Ванадиевый шлак НТМК выщелачивали предложенным способом, интенсификация которого осуществлялась теплом, выделяемым реакцией «ванадиевый шлак - водный раствор серной кислоты с концентрацией 25%», без приобретения энергоносителей из коммерческих источников (таблица 1).
Таблица 1
Влияние экзотермической реакции «ванадиевый шлак - раствор серной кислоты» на показатели выщелачивания ванадия из шлака
Продукты
Ванадий, %
Содержание
Извлечение
Силикатный осадок
0,084
2,04
Коллективный концентрат
4,724
97,96
Исходный шлак
2,951
100,00
Анализ таблицы показывает, что ванадий практически полностью переходит в раствор с высоким (97,96%) извлечением. Другие легирующие металлы (Mn, Ti, Cr), которые присутствуют в шлаке, осаждаются в коллективный продукт вместе с ванадием при повышении рН раствора до 10,0÷10,4 [4] и могут быть использованы при формировании комплексных лигатур или разделены на селективные продукты.
Источники информации
1. Конверторный передел ванадиевого чугуна / Смирнов Л.А., Дерябин Ю.А., Носов С.К. и др. - Екатеринбург: Средн.-Урал. кн. изд-во. 2000. - 528 с.
2. Некрасов Б.В. Учебник общей химии. - М.: Химия. - 1981. - 400 с.
3. Сиваш В.Г., Перепелиный В.А., Митюшов Н.А. Плавленый периклаз. - Екатеринбург: «Уральский рабочий», 2001. - С.11.
4. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. 5-е изд., перераб и доп. - М.: Химия, 1979. - 480 с.