СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВАНАДИЯ ИЗ ВАНАДИЕВОГО ШЛАКА С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ КАЛЬЦИЯ И ФОСФОРА
METHOD OF EXTRACTING VANADIUM FROM VANADIUM SLAG WITH HIGH CONTENT OF CALCIUM AND PHOSPHORUS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к способу извлечения ванадия из ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора и принадлежит к области техники извлечения оксида ванадия.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время наиболее широко распространен способ извлечения ванадия и производства стали, основанный на высокотемпературной обработке ванадий-титанового магнетита в доменной или электрической печи с получением ванадийсодержащего расплава железа, селективном окислении расплава железа с образованием ванадиевого шлака, извлечении ванадия из ванадиевого шлака при помощи процессов натрирующего обжи га-вод но го выщелачивания или кальцинирующего обжи га-кислот но го выщелачивания и последующей продувке для получения качественной расплавленной стали в случае полустали.
В последние годы в условиях, когда потребители предъявляют все более жесткие требования к качеству стали, необходимо, чтобы содержание Р в высококачественной стали не превышало 0,015 мас. % (Р≤0,015 мас. %), а в стальных трубах и луженой жести, предназначенных для использования в авиации при низких температурах - не превышало 0,01 мас. % (Р≤0,01 мас. %). При выплавке стали из ванадий-титанового магнетита содержание Р в расплаве железа часто является относительно высоким, т.е. составляет от 0,06 мас. % до 0,08 мас. %. После десульфурации и последующего извлечения ванадия или после извлечения ванадия и последующей десульфурации содержание S может быть уменьшено до уровня менее 0,015 мас. %. Однако содержание Р в полустали по-прежнему остается высоким и составляет от 0,060 мас. % до 0,090 мас. %. При удалении фосфора только во время литья стали из полустали невозможно массово получать сталь с содержанием фосфора Р≤0,015 мас. % или Р≤0,010 мас. %.
Как показали соответствующие исследования, процесс извлечения ванадия и получения стали, осуществляемый при использовании конвертера, с точки зрения оборудования и технологии аналогичен отечественному и зарубежному дуплекс-процессу удаления фосфора и получения стали с помощью конвертера. Использование конвертера для извлечения ванадия позволяет извлекать ванадий из ванадийсодержащего расплавленного железа и одновременно с этим осуществлять предварительное удаление фосфора и имеет следующие преимущества:
1. Конечное содержание Р в полученной в результате расплавленной стали составляет всего 0,011 мас. %, что соответствует требованиям, предъявляемым к производству стали с низким и даже сверхнизким содержанием фосфора;
2. Содержание TFe в полученном ванадиевом шлаке снижается более чем на 3%, что свидетельствует о значительном экономическом эффекте.
Однако в случае описанного выше способа проблема высокого содержание Р и CaO в получаемом ванадиевом шлаке остается нерешенной (при извлечении ванадия из ванадийсодержащего расплава железа необходимо добавлять агент для удаления фосфора, оксид кальция). Содержание Р и CaO обычно превышает 0,3 мас. % и 10 мас. %, соответственно, то есть значительно выше их содержания в существующем ванадиевом шлаке, что делает полученный ванадиевый шлак высококальциевым и высокофосфористым. Поскольку извлечение ванадия как с помощью натрирующего обжига-водного выщелачивания, так и с помощью кальцинирующего обжига-кислотного выщелачивания имеет строгие ограничения по содержанию фосфора в ванадиевом шлаке (Р≤0,05 мас. % в ванадиевом шлаке), существующий способ извлечения ванадия при помощи натрирующего обжига и кальцинирующего обжига не может быть непосредственно использован для производства.
В изобретении (патент CN 107164643 А) раскрыт способ извлечения ванадия из ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора путем дробления и измельчения в порошок ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора, выщелачивания буферным раствором с величиной рН от 1,5 до 4,0 или слабокислым раствором и удаления фосфора, разделения твердой и жидкой фаз с получением фосфорсодержащего фильтрата и ванадиевого шлака с низким содержанием фосфора; сушки ванадиевого шлака с низким содержанием фосфора и осуществления стандартного извлечения ванадия. Этот способ является технически осуществимым, но поскольку ванадиевый шлак с высоким содержанием кальция и фосфора подвергается только удалению фосфора, содержание оксида кальция в ванадиевом шлаке с низким содержанием фосфора остается высоким, что затрудняет дальнейшую рециркуляцию. Кроме того, количество удаляемого фосфора является значительным, а обработка раствора после удаления фосфора - дорогостоящей, поэтому данный способ тяжело поддается реализации.
В изобретении (патент CN 105132696 А) раскрыт способ извлечения ванадия и удаления фосфора из ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора. Согласно этому способу для достижения глубокого дефосфорирования удаление фосфора начинают за 30 мин до первого кислотного выщелачивания клинкера; фосфор, содержащийся в первом остатке, удаляют при помощи второго кислотного выщелачивания, одновременно из остатка дополнительно извлекают ванадий. Однако способ является сложным, а стоимость извлечения ванадия из раствора после второго кислотного выщелачивания - высокой, в связи с чем перевод этого способа в промышленное производство затруднен.
До настоящего времени не было найдено практически осуществимого способа извлечения ванадия из ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретения является создание способа извлечения ванадия из ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора.
В изобретении предложен способ извлечения ванадия из ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора, включающий следующие стадии:
a. получение ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора и обжиг с образованием клинкера (спеченного материала), полученного в результате обжига;
b. первый этап выщелачивания: выполняют выщелачивание при величине рН от 3,0 до 3,5, затем разделяют твердую и жидкую фазы с получением первого фильтрата (первого продукта выщелачивания) и первого остатка;
c. первый этап удаления фосфора: в первый фильтрат добавляют агент для удаления фосфора, разделяют твердую и жидкую фазы и собирают жидкую фазу с получением ванадийсодержащей жидкости;
2
5
где ванадиевый шлак с высоким содержанием кальция и фосфора содержит от 9% до 25% VO, от 5% до 14% CaO и от 0,3% до 1,5% Р.
Кроме того, способ извлечения ванадия характеризуется по меньшей мере одним из следующего:
2
5
ванадиевый шлак с высоким содержанием кальция и фосфора содержит от 10% до 15% VO, то 6% до 11% CaO и от 0,3% до 0,8% Р;
размер частиц ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора составляет менее 0,12 мм;
продолжительность обжига составляет от 30 до 120 мин при температуре от 840°C до 930°C в окисляющей атмосфере;
предпочтительно, продолжительность обжига составляет от 60 до 90 мин при температуре от 890°C до 900°C в окисляющей атмосфере;
клинкер, полученный в результате обжига, измельчают до размера частиц менее 0,12 мм;
для регулирования величины рН при выщелачивании в диапазоне от 3,0 до 3,5 используют серную кислоту;
температура на первом этапе выщелачивания составляет от 10°C до 70°C;
предпочтительно, температура на первом этапе выщелачивания составляет от 45°C до 68°C;
продолжительность первого этапа выщелачивания составляет от 20 до 120 мин;
предпочтительно, продолжительность первого этапа выщелачивания составляет от 45 до 60 мин;
соотношение жидкой и твердой фаз на первом этапе выщелачивания составляет (2,0-3,5):1 (мл:г);
предпочтительно, соотношение жидкой и твердой фаз на первом этапе выщелачивания составляет 3:1 (мл:г);
агентом для удаления фосфора является полимерный сульфат железа;
предпочтительно, полимерный сульфат железа добавляют в первый фильтрат в соответствии с молярным соотношением Fe/P (0,8-1,2):1;
предпочтительно, полимерный сульфат железа добавляют в первый фильтрат в соответствии с молярным соотношением Fe/P 1:1;
после добавления полимерного сульфата железа смесь перемешивают, чтобы дать возможность прореагировать, в течение от 5 до 10 мин.
Кроме того, способ извлечения ванадия также включает следующие стадии:
d. второй этап выщелачивания: для выщелачивания берут первый остаток, выщелачивают его при величине рН от 1,3 до 2,0, затем разделяют твердую и жидкую фазы с получением второго фильтрата (второго продукта выщелачивания) и второго остатка;
e. второй этап удаления фосфора: величину рН второго фильтрата доводят до 2,5-3,5 с помощью щелочного агента, разделяют твердую и жидкую фазы и собирают жидкую фазу с получением дефосфорированной жидкости;
f. возвращение дефосфорированной жидкости на первый этап выщелачивания для использования в качестве маточного раствора.
Кроме того, способ извлечения ванадия характеризуется по меньшей мере одним из следующего:
величина рН на втором этапе выщелачивания составляет от 1,3 до 1,6;
температура на втором этапе выщелачивания составляет от 10°C до 70°C;
предпочтительно, температура на втором этапе выщелачивания составляет от 10°C до 50°C;
продолжительность второго этапа выщелачивания составляет от 1 до 5 мин;
предпочтительно, продолжительность второго этапа выщелачивания составляет от 3 до 5 мин;
соотношение маточного раствора со второго этапа выщелачивания и клинкера, полученного в результате обжига на стадии а., составляет (0,7-3,5):1 (мл:г);
предпочтительно, соотношение маточного раствора со второго этапа выщелачивания и клинкера, полученного в результате обжига на стадии а., составляет 3:1 (мл:г);
величину рН второго фильтрата доводят до 3,0-3,1 с помощью щелочного агента;
предпочтительно, величину рН второго фильтрата доводят до 3,1 с помощью щелочного агента;
после добавления щелочного агента смесь перемешивают при температуре от 28°C до 45°C для протекания реакции в течение от 5 до 15 мин;
2
5
щелочной агент является одним или более из NaOH, раствора аммиака с концентрацией от 25 до 28 мас. % и клинкера, полученного в результате кальцинирующего обжига ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора, где ванадиевый шлак с высоким содержанием кальция и фосфора содержит от 9% до 25% VO, от 5% до 14% CaO и от 0,3% до 1,5% Р.
Кроме того, способ извлечения ванадия также включает следующие стадии:
g. третий этап выщелачивания: для выщелачивания берут второй остаток, выщелачивают его при величине рН от 0,7 до 1,3, затем разделяют твердую и жидкую фазы с получением третьего фильтрата (третьего продукта выщелачивания);
h. возвращают третий фильтрат на второй этап выщелачивания для использования в качестве маточного раствора.
Кроме того, способ извлечения ванадия характеризуется по меньшей мере одним из следующего:
величина рН на третьем этапе выщелачивания составляет от 0,7 до 1,1;
соотношение маточного раствора с третьего этапа выщелачивания и клинкера, полученного в результате обжига на стадии а., составляет 0,7-2,5:1 (мл:г);
предпочтительно, соотношение маточного раствора с третьего этапа выщелачивания и клинкера, полученного в результате обжига на стадии а. составляет 3:1 (мл:г);
температура на третьем этапе выщелачивания составляет от 10°C до 70°C;
предпочтительно, температура на третьем этапе выщелачивания составляет от 10°C до 43°C;
продолжительность третьего этапа выщелачивания составляет от 5 до 10 мин;
предпочтительно, продолжительность третьего этапа выщелачивания составляет от 7 до 10 мин.
В изобретении предложен способ получения пентоксида ванадия, включающий следующие стадии: извлечение ванадия с помощью описанного способа, добавление сульфата аммония в полученную ванадийсодержащую жидкость для осаждения ванадия, разделение твердой и жидкой фаз, сбор твердой фазы и кальцинирование с получением пентоксида ванадия.
Кроме того, способ осаждения ванадия характеризуется по меньшей мере одним из следующего:
массовое соотношение сульфата аммония и ванадия составляет (1-3):1;
величину рН регулируют в диапазоне от 1,4 до 2,5;
предпочтительно, величину рН регулируют в диапазоне от 1,4 до 2,2;
величину рН регулируют с помощью серной кислоты;
температура осаждения ванадия составляет от 90°C до 100°C;
продолжительность осаждения ванадия составляет от 40 до 120 мин.
Кроме того, продолжительность кальцинирования составляет от 30 до 120 мин при температуре от 500°C до 550°C.
При этом отработанная жидкость, образующаяся после осаждения ванадия, после удаления из нее фосфора и марганца с помощью нейтрализации известью или электролитического процесса и будучи затем отфильтрованной, может быть возвращена в процесс выщелачивания для использования.
В изобретении предложен способ извлечения ванадия из ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора, имеющий следующие преимущества:
1. Продукты пентоксида ванадия, полученные из ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора в качестве сырьевого материала, соответствуют отраслевым стандартам и требованиям.
2. Двукратное удаление фосфора, в частности, второе удаление фосфора из раствора с низким содержанием ванадия и высоким содержанием фосфора, позволяет решить проблему существенных потерь ванадия при глубоком удалении фосфора из фильтрата с высоким содержанием ванадия и высоким содержанием фосфора, что приводит к более чем 85%-ному извлечению ванадия.
3. Способ обеспечивает простой и экономичный по времени технологический процесс, низкие капиталовложения и легкость эксплуатации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Фиг. 1 представляет собой технологическую схему процесса извлечения ванадия в соответствии с вариантами осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сырьевые материалы и оборудование, используемые в конкретных вариантах осуществления изобретения, представляют собой известные продукты и являются коммерчески доступными.
Ванадий в клинкере, полученном в результате прямого кальцинирующего обжига ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора, присутствует главным образом в форме ванадата кальция. Теоретически, растворимость ванадия имеет два максимальных значения при величинах рН≈3 и рН=0-1. Растворимость при рН=0-1 на 4-7% выше, чем при рН=3. Фосфор в клинкере присутствует главным образом в форме фосфата. Теоретически, растворимость фосфора возрастает по мере уменьшения величины рН выщелачивания.
В ходе исследований авторы изобретения обнаружили, что когда клинкер, полученный в результате кальцинирующего обжига, подвергают первичному выщелачиванию при величине рН приблизительно 2,5 в соответствии с общепринятым в настоящее время способом выщелачивания, растворимости ванадия и фосфора составляют, соответственно, ≈82% и 15%-25%; из-за высокого содержания фосфора в ванадиевом шлаке с высоким содержанием кальция и фосфора массовое соотношение V/P в фильтрате значительно меньше 1000, что не отвечает требованиям процесса осаждения ванадия в кислой среде. Следовательно, такой способ не позволяет получить качественный продукт оксида ванадия.
На основании углубленного анализа и экспериментальных исследований, проведенных в отношении указанных выше проблем, в настоящем изобретении предложен способ извлечения ванадия из ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора, включающий следующие стадии:
a. получение ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора и обжига с образованием клинкера обжига;
b. первый этап выщелачивания: выполняют выщелачивание при величине рН от 3,0 до 3,5, разделяют твердую и жидкую фазы с получением первого фильтрата и первого остатка;
c. первый этап удаления фосфора: в первый фильтрат добавляют агент для удаления фосфора, разделяют твердую и жидкую фазы и собирают жидкую фазу с получением ванадийсодержащей жидкости.
Согласно описанному выше способу, величину рН выщелачивания можно регулировать на уровне от 3,0 до 3,5, что позволяет выщелачивать большую часть ванадия, содержащегося в клинкере, полученном в результате обжига, при этом растворяется очень небольшое количество фосфора, который затем удаляется в виде осадка, образующегося при добавлении агента для удаления фосфора, такого как полимерный сульфат железа. Скорость выщелачивания ванадия может достигать ≥80%, массовое соотношение TV/P в фильтрате составляет ≥1000, а концентрация TV составляет ≥20 г/л. Вследствие этого может быть получен качественный продукт оксида ванадия.
Следует также отметить, что при использовании общепринятого второго этапа выщелачивания величина рН меньше 1. И хотя скорость выщелачивания ванадия может значительно возрасти на 4-7%, скорость выщелачивания фосфора при этом является высокой и достигает 70%-90%, что приводит к чрезмерно высокому содержанию Р в растворе. Следовательно, качественный продукт оксида ванадия не может быть получен, а низкая скорость осаждения ванадия, обусловленная гетеро пол и кислотой, образующейся из ванадия и фосфора, значительно снижает извлечение ванадия.
С учетом указанной выше проблемы в настоящем изобретении предложены способы для второго этапа выщелачивания и второго этапа удаления фосфора:
d. на втором этапе выщелачивания: для выщелачивания берут первый остаток, выщелачивают его при величине рН от 1,3 до 2,0, затем разделяют твердую и жидкую фазы с получением второго фильтрата и второго остатка;
e. на втором этапе удаления фосфора: величину рН второго фильтрата доводят до 2,5-3,5 с помощью щелочного агента, разделяют твердую и жидкую фазы и собирают жидкую фазу с получением дефосфорированной жидкости;
f. дефосфорированную жидкость используют для первого этапа выщелачивания.
3+
3+
3-
4
4
При этом, в соответствии со вторым удалением фосфора, во втором фильтрате могут быть практически полностью удалены примеси, такие как фосфор, кремний и железо. Принцип заключается в том, что после добавления щелочного агента величина рН раствора увеличивается с 1,3-2,0 до 2,5-3,5, что дополнительно способствует реакции гидролиза Fe, при этом примеси, такие как фосфор, кремний и железо, присутствующие в растворе, могут быть удалены различными способами, такими как химическое осаждение (Fe+PO→FePO↓), а также адсорбция и осаждение.
Кроме того, в настоящем изобретении на 2-3-м этапе использовано противоточное выщелачивание для снижения содержания ванадия в конечном остатке после извлечения ванадия до уровня менее 0,6% за счет ступенчатого повышения кислотности выщелачивания, разрушения фазовой структуры покрытия ванадия в шлаке, увеличения движущей силы выщелачивания и выщелачивания в максимально возможной степени. В то же время, противоточная рециркуляция фильтрата не только позволяет значительно снизить расход щелочного агента для регулирования величины рН при удалении фосфора на втором этапе, но также технически грамотно обеспечивает рециркуляцию воды в системе.
В заключение, в настоящем изобретении предложен способ получения качественного оксида ванадия из ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора с помощью прямого кальцинирующего обжига и противоточного кислотного выщелачивания для удаления фосфора и осаждения ванадия, отличающийся тем, что ключевым фактором является трехэтапное противоточное выщелачивание и двукратное селективное удаление фосфора.
Вариант осуществления 1
Извлечение ванадия из ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора с помощью способа по изобретению
2
5
Ванадиевый шлаке высоким содержанием кальция и фосфора (VO=10,71%, СаО=6,75%, Р=0,38%) измельчают в порошок до размера частиц менее 0,12 мм, помещают в муфельную печь, через которую пропускают воздух, нагревают до температуры 890°C, выдерживают в течение 90 мин, после чего шлак вынимают для охлаждения и готовят образец с размером частиц менее 0,12 мм.
После приготовления образца берут 100 г клинкера для кислотного выщелачивания (на первом этапе выщелачивания), 300 мл маточного раствора, величину рН системы регулируют в диапазоне от 3,0 до 3,2 с помощью серной кислоты в условиях перемешивания при температуре 55°C, выщелачивают в течение 45 мин, добавляют в первый фильтрат 0,5 г полимерного сульфата железа (первый этап удаления фосфора), перемешивают, чтобы дать возможность прореагировать, в течение 5 мин, разделяют твердую и жидкую фазы, получают ванадийсодержащую жидкость и в ванадийсодержащей жидкости определяют TV=32,86 г/л и Р=0,025 г/л.
В указанную выше ванадийсодержащую жидкость добавляют сульфат аммония, исходя из массового соотношения сульфата аммония и ванадия 2:1, регулируют величину рН на уровне рН=1,4 с помощью серной кислоты, осаждают в течение 40 мин при температуре от 90°C до 100°C, разделяют твердую и жидкую фазы и после промывки получают APV продукт и отработанную жидкость.
2
5
Кальцинируют полученный выше APV продукт в течение 30 мин при температуре от 500°C до 550°C и получают продукт пентоксида ванадия. Содержания VO и Р в продукте пентоксида ванадия составляют 98,73% и 0,018%, соответственно.
Рециркулируют остаток после извлечения ванадия, полученный указанным выше способом (т.е. первый остаток далее по тексту):
второй этап выщелачивания: берут первый остаток, выщелачивают в течение 5 мин при рН 1,44, используя 300 мл маточного раствора, регулируя температуру выщелачивания на уровне от 10°C до 27°C, после чего фильтруют с получением второго фильтрата (рН=1,8) и второго остатка;
второе удаление фосфора (рециркуляция второго фильтрата): берут второй фильтрат, доводят величину рН до 3,1 с помощью концентрированного аммиачного раствора (с концентрацией от 25 до 28 мас. %), перемешивают в течение 5 мин при температуре 35°C, разделяют твердую и жидкую фазы с получением дефосфорированной жидкости, возвращают дефосфорированную жидкость на первый этап выщелачивания для использования в качестве маточного раствора;
третий этап выщелачивания (рециркуляция второго остатка): берут второй остаток, добавляют его в 300 мл рециркулируемой воды с рН=0,7, перемешивают, чтобы дать им возможность прореагировать, в течение 10 мин, регулируя температуру выщелачивания на уровне от 10°C до 30°C, фильтруют с получением третьего остатка (т.е. конечного остатка после извлечения ванадия) и третьего фильтрата, и возвращают третий фильтрат на второй этап выщелачивания для использования в качестве маточного раствора.
Содержание TV в третьем остатке составляет 0,46%, а степень извлечения ванадия достигает 89,87%.
Вариант осуществления 2
Извлечение ванадия из ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора с помощью способа по изобретению
2
5
Ванадиевый шлак с высоким содержанием кальция и фосфора измельчают в порошок (VO=14,52%, СаО=10,16%, Р=0,74%) до размера частиц менее 0,12 мм, помещают в муфельную печь, через которую пропускают воздух, нагревают до температуры 900°C, выдерживают в течение 60 мин, после чего шлак вынимают для охлаждения и готовят образец с размером частиц менее 0,12 мм.
После приготовления образца берут 100 г клинкера для кислотного выщелачивания (на первом этапе выщелачивания), 300 мл маточного раствора, регулируют величину рН системы в диапазоне от 3,0 до 3,3 с помощью серной кислоты в условиях перемешивания при температуре 68°C, выщелачивают в течение 60 мин, в первый фильтрат добавляют 0,65 г полимерного сульфата железа (первый этап удаления фосфора), перемешивают, чтобы дать им возможность прореагировать, в течение 10 мин, разделяют твердую и жидкую фазы с получением ванадийсодержащей жидкости и определяют в ванадийсодержащей жидкости TV=36,73 г/л и Р=0,022 г/л.
В указанную выше ванадийсодержащую жидкость добавляют сульфат аммония, исходя из массового соотношения сульфата аммония и ванадия 3:1, регулируют величину рН на уровне рН=1,7 с помощью серной кислоты, осаждают в течение 120 мин при кипении (90°C-100°C), разделяют твердую и жидкую фазы и после промывки получают APV продукт и отработанную жидкость.
2
5
Кальцинируют полученный выше APV продукт в течение 120 мин при температуре 530°C и получают продукт пентоксида ванадия. Содержание VO и Р в продукте пентоксида ванадия составляет 99,12% и 0,023%, соответственно.
Рециркулируют остаток после извлечения ванадия, полученный указанным выше способом (т.е. первый остаток далее по тексту):
второй этап выщелачивания: берут первый остаток, выщелачивают в течение 3 мин при рН 1,52, используя 300 мл маточного раствора, регулируя температуру выщелачивания на уровне от 10°C до 50°C, после чего фильтруют с получением второго фильтрата (рН=2,0) и второго остатка;
второе удаление фосфора (рециркуляция второго фильтрата): берут второй фильтрат, доводят величину рН до 3,1 с помощью концентрированного аммиачного раствора (с концентрацией от 25 до 28 мас. %), перемешивают в течение 13 мин при 45°C, разделяют твердую и жидкую фазы с получением дефосфорированной жидкости, возвращают дефосфорированную жидкость на первый этап выщелачивания для использования в качестве маточного раствора;
третий этап выщелачивания (рециркуляция второго остатка): берут второй остаток, добавляют его в 300 мл рециркулируемой воды с рН=0,8, перемешивают, чтобы дать им возможность прореагировать, в течение 10 мин, регулируя температуру выщелачивания на уровне от 10°C до 43°C, фильтруют с получением третьего остатка (т.е. конечного остатка после извлечения ванадия) и третьего фильтрата, и возвращают третий фильтрат на второй этап выщелачивания для использования в качестве маточного раствора.
Содержание TV в третьем остатке составляет 0,82%, а степень извлечения ванадия достигает 88,64%.
Вариант осуществления 3
Извлечение ванадия из ванадиевого шлака с высоким содержанием кальция и фосфора с помощью способа по изобретению
2
5
Ванадиевый шлак с высоким содержанием кальция и фосфора измельчают в порошок (VO=12,75%, СаО=8.91%, Р=0,50%) до размера частиц менее 0,12 мм, помещают в муфельную печь, через которую пропускают воздух, нагревают до температуры 900°C, выдерживают в течение 60 мин, после чего шлак вынимают для охлаждения и готовят образец с размером частиц менее 0,12 мм.
После приготовления образца берут 100 г клинкера для кислотного выщелачивания (на первом этапе выщелачивания), 300 мл маточного раствора, используя серную кислоту для регулирования величины рН системы в диапазоне от 3,2 до 3,5 в условиях перемешивания при температуре 45°C, выщелачивают в течение 60 мин, в первый фильтрат добавляют 0,4 г полимерного сульфата железа (первый этап удаления фосфора), перемешивают, чтобы дать им возможность прореагировать, в течение 5 мин, разделяют твердую и жидкую фазы с получением ванадийсодержащей жидкости, и определяют в ванадийсодержащей жидкости TV=34,59 г/л и Р=0,025 г/л.
В указанную выше ванадийсодержащую жидкость добавляют сульфат аммония, исходя из массового соотношения сульфата аммония и ванадия 1:1, регулируют величину рН на уровне рН=2,2 с помощью серной кислоты, осаждают в течение 80 мин при кипении (90°C-100°C), разделяют твердую и жидкую фазы и после промывки получают APV продукт и отработанную жидкость.
2
5
Кальцинируют полученный выше APV продукт в течение 60 мин при температуре 525°C и получают продукт пентоксида ванадия. Содержание VO и Р в продукте пентоксида ванадия составляет 98,78% и 0,020%, соответственно.
Рециркулируют остаток после извлечения ванадия, полученный указанным выше способом (т.е. первый остаток далее по тексту):
второй этап выщелачивания: берут первый остаток, выщелачивают в течение 5 мин при рН 1,35, используя 300 мл маточного раствора, регулируя температуру выщелачивания на уровне от 10°C до 50°C, после чего фильтруют с получением второго фильтрата (рН=1,7) и второго остатка;
второе удаление фосфора (рециркуляция второго фильтрата): берут второй фильтрат, доводят величину рН до 3,1 с помощью концентрированного аммиачного раствора (с концентрацией от 25 до 28 мас. %), перемешивают в течение 8 мин при температуре 28°C, разделяют твердую и жидкую фазы с получением дефосфорированной жидкости, возвращают дефосфорированную жидкость на первый этап выщелачивания для использования в качестве маточного раствора;
третий этап выщелачивания (рециркуляция второго остатка): берут второй остаток, добавляют его в 300 мл рециркулируемой воды с рН=1,1, перемешивают для протекания реакции в течение 7 мин, регулируя температуру выщелачивания на уровне от 10°C до 25°C, фильтруют с получением третьего остатка (т.е. конечного остатка после извлечения ванадия) и третьего фильтрата, и возвращают третий фильтрат на второй этап выщелачивания для использования в качестве маточного раствора.
Содержание TV в третьем остатке составляет 0,65%, а степень извлечения ванадия достигает 88,14%.