Модернизация узла кристаллизации пятиокиси ванадия при производстве галлия из отходов алюминиевого производства

УДК 2.04.3

К. В. САДОВАЯ, Т. Я. КАНЦЕДАЛОВА, С. Р. МАСАКБАЕВА

МОДЕРНИЗАЦИЯ УЗЛА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПЯТИОКИСИ ВАНАДИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ГАЛЛИЯ ИЗ ОТХОДОВ АЛЮМИНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Статья содержит результаты исследований и эффективность переработки ванадиевого шлама из отходов алюминиевого производства.

При переработке бокситов по способу Байера галлий частично переходит в алюминатный раствор, в виде растворимых в щелочном растворе соединений. В результате многократного оборота щелочных растворов глиноземного производства происходит постепенное накапливание в них галлия до уровня, при котором возможна организация производства галлия в виде товарного продукта. В оборотном растворе в результате его многократной циркуляции в замкнутом производственном цикле происходит накопление не только галлия, но и таких примесей как соли ванадия, которые являются вредными примесями, так как снижают скорость восстановления галлия, повышают шламообразование и увеличивают расход алюминия, таким образом, оказывая негативное влияние на процесс цементации галлия.

В настоящее время на АО «Алюминий Казахстана» существует следующая технологическая схема получения чернового галлия, при которой выделяемый ванадиевый шлам возвращают в гидрометаллургический цех, либо отправляют на шламовое поле. В галлиевом производстве используется оборотный смешанный раствор глиноземного производства после выделения из него оборотной соды и примесей, выпавших вместе с оборотной содой. Существующая технологическая схема производства чернового галлия представлена на рисунке 1.

Оборотный раствор с концентрацией Ка2Оку = 220 г/л, ва = 0,3 г/л, бку = 3 упаривается в выпарных аппаратах с принудительной циркуляцией до концентрации №2Оку = 320 - 340 г/л. При этом в растворе выкристаллизовываются сульфаты, хлориды и бикарбонаты натрия, которые отделяются в сгустителе. При этом слив сгустителя обогащается по галлию до 0,48 г/л, №2Оку = 330 - 350 г/л, % соды = 7 %.

Сгущенная пульпа обогащается хлоридами до содержания С1- порядка200 -350 г/л, карбонатами до 20 % соды и содержит №2Оку

250 - 280 г/л Сгущенная пульпа используется при кристаллизации ХГК, а остальное направляется на участок выпарки на выделение соды.

Слив сгустителя поступает на вторую стадию упарки раствора, где упаривается в выпарном аппарате с принудительной циркуляцией до концентрации №2Оку = 420 г/л.

Упаренный на второй стадии раствор пересыщен по содержанию алюмината натрия, который при охлаждении выпадает в гидроалюминат натрия (ГАН). Кристаллизация ГАН производится в мешалках кристаллизаторах за счет охлаждения регистрами до температуры 90 - 950С. Процесс кристаллизации улучшается за счет затравки ГАНа, в качестве затравки служит ГАН от предыдущей стадии охлаждения.

Полученная пульпа ГАНа направляется на фильтрацию. Фильтрация ГАН производится на вакуум - фильтрах БЛН - 20 или БОУ - 5. Концентрация концентрата фильтрата по Ка2Оку = 410 г/л, за счет выделения ГАНа объем фильтратов уменьшается и в нем увеличивается концентрация галлия.

Фильтрат ГАНа направляется на стадию выделения галлия в виде хлоргаллатного концентрата (ХГК) следующим образом. Фильтрат ГАНа корректируют до 370 г/л №2Оку водой и добавляют в качестве хлоридной затравки сгущенную пульпу первой стадии упарки, содержащую 200 - 350 г/л С1-. Количество хлоридной затравки подается из расчета соотношения С1 / АЬ0о, = 0,42 - 0,5. Галлий, в силу сродства

затравки 2 Зфильтрата ГАН 3 3 3 А

его с алюминием, кристаллизуется в составе хлорид - гидрогаллата натрия, совместно с хлорид - гидроалюминатом натрия, согласно общей формуле Ка2Ме(ОН)4С1, где Ме - алюминий или галлий. Кристаллизация идет при снижении температуры с 900С до 420С, время 10 часов.

62

оботроный раствор

I

на выщелачивание боксита

,,фильтрат ^осадок

на шламовое поле

Рисунок 1 - Существующая технологическая схема производства

чернового галлия

Выпавший ГАН отделяется от жидкой фазы на центрифугах, при этом в ГАН выделяется до 75 % галлия из раствора, с получением концентрата содержащего ва 0,1 - 0,15 %,У205 0,15 - 0,3 %, остальное А1203, Ка2Оку Ка2Окб, сульфаты. Влажность промытого водой на центрифугах ГАНа 10 - 15 %.

Влажный кек смешивается с промводами с получением сырого богатого раствора содержащего от 0,7 до 0,9 г/л ва и более 1 г/л У205.

Сырой богатый раствор корректируется раствором каустика содержащего450 - 500 г/л Ка2Оку до бку = 2,7 - 2,9, Ка2Оку = 180 - 200 г/л. Содержание ва в откорректированном растворе 0,5 - 0,65 г/л, С1 75 -85 г/л, У205 0,9 г/л, Fe2O3 0,15 г/л. Выход откорректированного раствора 0,115 м3/м3 слива содоотстойников.

Содержащиеся в откорректированном растворе V2O5 и Fe2O3 отрицательно влияют на процесс цементации галлия, снижая скорость восстановления галлия, повышая шламообразование и увеличивая расход алюминия. Поэтому откорректированный раствор проходит стадию кристаллизационной очистки от солей ванадия и очистки от соединений железа с помощью целлюлозы.

Кристаллизационная очистка раствора основана на том, что при снижении температуры раствора снижается растворимость солей ванадия. Кристаллизация ведется в каскадном режиме, в нитке мешалок

- кристаллизаторов с регистрами охлаждения раствора. Раствор перетекает из одного кристаллизатора в другой равномерно, в каждом кристаллизаторе поддерживается определенная температура раствора. За счет такого перепада температур процесс кристаллизации солей ванадия идет интенсивнее, остаточное содержание пятиокиси ванадия в жидкой фазе составляет - 0,12 - 0,17 г/дм3.

ТЛ " "

В откорректированный раствор подают целлюлозу в виде целлюлозной пульпы в количестве 2 - 3 г на 1 литр раствора, для очистки богатых растворов от оксида железа, в следствии сорбции соединений железа на целлюлозе.

Продолжительность кристаллизации составляет 24 - 30 часов, температура раствора в кристаллизаторах снижается с 70 до 180С.

По окончании кристаллизации пульпу фильтруют на фильтрах ЛВАЖ - 125. В кеке фильтров содержится до 6 - 12 % V2O5, но изъять кек из фильтров ЛВАЖ - 125 с такой концентрацией не возможно, так как очистка фильтров данного типа производится путем промывки водой и в результате концентрация пятиокиси ванадия в промводах составляет примерно 0,1 %. Такая концентрация V2O5 не достаточно высока для дальнейшей экономически целесообразной переработки ванадиевого шлама. По этой причине ванадиевый шлам отправляют на шламовое поле.

Переработка ванадиевого шлама возможна при повышении содержания в нем пятиокиси ванадия до 30 г/л. Этого можно достичь путем модернизации узла совместной кристаллизации пятиокиси ванадия и выделения оксида железа, разделив данные процессы: кристаллизация оксида ванадия и последующая отдельная очистка фильтрата от оксида железа. Предлагаемая технологическая схема представлена на рисунке 2.

Описание предлагаемой технологической схемы узла кристаллизации У205. Кек центрифуг, промводы и крепкий каустик подают в мешалку приготовления откорректированного раствора, от куда насосом откачивают в мешалку откорректированного раствора с температурой 500 С. Далее раствор подают на кристаллизацию в кристаллизаторы, оснащенные мешалками. Первые три кристаллизатора соединены в батарею каскадно расположенных аппаратов и раствор из одного аппарата в другой осуществляется самотеком. Из третьего кристаллизатора в четвертый раствор подается насосом. А четвертый, пятый и шестой кристаллизаторы так же расположены каскадно. В последнем кристаллизаторе температура раствора составляет 18 - 200 С, концентрация V2O5 0,2 г/л.

По окончании кристаллизации пульпу подают на фильтр - пресс периодического действия с рабочей поверхностью площадью 100 м2. В фильтр - пресс так же подают воду. Полученный в результате фильтрации

64

осадок поступает в мешалку ванадиевого шлама, а фильтрат отправляют в мешалку очистки раствора от оксида железа, в нее поступает горячая вода и целлюлозная пульпа из мешалки приготовления целлюлозной пульпы. Происходит очитка раствора от соединений железа в результате их сорбции на целлюлозе, процесс проходит при температуре 700 С в течении 3 часов.

Далее раствор поступает на центрифугирование. Кек центрифуг содержащий V2O5 менее 0,2 г/л, Fe2O3 0,015 г/л, ва 0,6 г/л подается на фильтрацию. Фильтрация проводится в фильтрах ЛВАЖ - 125. Фильтрат поступает на цементацию галлия.

Полученный ванадиевый шлам промывается водой и сбрасывается. Концентрация ванадия в ванадиевом концентрате составляет 8 %, влажность 20 %. Полученный продукт может быть использован в данном виде в качестве легирующей добавки при производстве сталей, либо направлен на дальнейшую переработку с целью получения чистой пятиокиси ванадия.

оботроный раствор

Рисунок 2 - Технологическая схема производства чернового галлия с модернизированным узлом кристаллизации солей ванадия

Предлагаемая технологическая схема несет не только положительный экономический эффект, но так же оказывает благоприятное воздействие на

65

охрану окружающей среды, так как не смотря на то, что ванадиевый шлам выбрасываемый на шламовые поля сам по себе не несет экологической опасности, со временем он засыхает и начинает пылить, а ванадиевые пыли являются крайне опасным веществом при вдыхании вызывают раздражение дыхательной системы, при долгом контакте вызывают патологические изменения в организме, могут отражаться на здоровье будущих детей, тормозят синтез жирных кислот, подавляют образование холестерина.

Таким образом при переработке ванадиевого шлама воздействие вышеперечисленных вредностей на окружающую среду исключается.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Герзон, В. М. http://catalog.sfu-kras.ru/cgi- bin/irbis64r_91/cgiirbis_64. exe?Z21ID=&I21DBN=BOOK1&P21DBN=BOOK1&S21STN=1&S21REF= &S21FMT=&C21COM=S&S21CNR=20&S21P01=0&S21P02=0&S21P03= M=&S21STR= Управление Редкие и благородные металлы / В. М. Герзон, А. П. Мамет, Е. Б. Юрчевский. - М. : Энергоатомиздат, 1985. - 232 с.

2 Гончаренко, А. С. Электрохимия ванадия и его соединений / А. С. Гончаренко. - М. : Металлургия, 1969. - 169 с.

3 Абрамов, В. Я. Физико-химические основы комплексной переработки алюминиевого сырья / В. Я. Абрамов, И. В. Николаев. - М.: Металлургия, 1985. - 288 с.

Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар.

Материал поступил в редакцию 20.09.2012.

К. В. Садовая, Т. Я. Канцедалова, С. Р. Масакбаева

Алюминий eHAipirîmq калдыктарынан галий eHAÏpy кезшдеп ванадий бестотыгын кристалдау торабын жетiлдiру

С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^ Павлодар к.

Материал 20.09.12 баспаFа тYстi.

K. V. Sadovaya, T. Ya. Kantsedalova, S. R. Masakbaeva

Modernization of a vanadium pentoxide crystallization unit in the production of gallium from aluminum production waste

Pavlodar State University after S. Toraigyrov, Pavlodar.

Material received on 20.09.12.

66

Мацалада алюминий вндiрiсiндегi цалдыцтардан ванадий шламын цайта вндеу тшмдшп жэне зерттеу нэтижеЫ кврсетшген.

The article contains the results of research and efficiency of processing vanadium sludge from aluminum production waste.

УДК 62.07.5

А. С. САКАНОВА, А. Т. КАНАЕВ

ОСНОВНЫЕ КРИТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА СТАЛЬНЫХ ТРУБ ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗО - И НЕФТЕПРОВОДОВ

В статье представлены результаты исследований критических факторов качества стальных труб в зависимости от технологии трубопрокатного производства.

Известно, к критическим факторам металлургического качества стальных труб с учетом интересов потребителей относятся свариваемость, прокаливаемость, хладостойкость и несклонность к старению.

На трубопрокатных заводах трубы сворачивают из толстого листа (рулона) вдоль или спиралью и сваривают. Длину отгружаемой трубы ограничивает длина вагона, далее они свариваются на месте, причем при любой погоде, нередко при отрицательных температурах. Отсюда следует, чем меньше швов в трубе, тем меньше риска в ее эксплуатации.

Исходя из указанных критических факторов, к металлургическому качеству (ликвации, S, P, N и содержанию других примесей) сталей, предназначенных для магистральных газопроводов, предъявляются особо жесткие требования.

Одним из таких жестких требований к стальным трубам является свариваемость - возможность получать сварной шов без трещин, который по прочности и вязкости не хуже основного металла.

С точки зрения металлургии дуговая, контактная, точечная электросварки заключаются в расплавлении и быстрой кристаллизации стали, что равносильно закалке из жидкого состояния. Неравное тепловое расширение зоны сварки создает высокие сварочные напряжения в шве и около него как во время кристаллизации, так и после охлаждения.

67