КОМПЛЕКС ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНТАОКСИДА ВАНАДИЯ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОБРАЗУЮЩИХСЯ ОТХОДОВ

2
5
4
Предлагаемая полезная модель относится к области химической технологии неорганических веществ, в частности к технологическому оборудованию для гидрометаллургической переработки ванадийсодержащего сырья и может быть использована на предприятиях цветной и черной металлургии и химической промышленности для получения товарного VO из технического окситрихлорида ванадия, содержащего до 10-70% TiCI и примесей других металлов.
4
3
Известно техническое решение (см. «Исследование и разработка технологии очистки ванадия от примесей с получением товарного пентаоксида ванадия» / Журнал: Комплексное использование минерального сырья, 1997, №1 с.56-61), включающее реактор для выщелачивания технического пентаоксида ванадия, бак с раствором щелочи, фильтр-1 для выделения нерастворимого остатка, кристаллизатор NHVO, фильтр-2, прокалочная печь.
2
5
Недостатком известного технического решения являются значительные потери ванадия с отходами производства, неудовлетворительная степень извлечения ванадия из исходного сырья в товарный продукт и загрязнение окружающей среды ванадийсодержащими отходами производства. Другим недостатком данного известного технического решения является отсутствие в его составе оборудования для получения VO из технического окситрихлорида ванадия.
Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому при этом техническому результату является известный «Аппаратурно-технологический комплекс для получения пентаоксида ванадия» (Патент РФ на ПМ №74636 по заявке №2008105007 с приор. от 11.02.2008. Зарег. и опубл. 10.07.2008. Бюл. №19) - принят за ПРОТОТИП.
Техническое решение по прототипу включает в себя следующее основное технологическое оборудование: реактор для щелочной обработки исходных ванадийсодержащих материалов, имеющий герметичное соединение с транспортируемой емкостью с окситрихлоридом ванадия, причем выход окситрихлорида ванадия из транспортируемой емкости через запорно-регулирующую арматуру направлен в распределительное устройство, расположенное в реакторе ниже уровня мешалки. Реактор с мешалкой для щелочной обработки исходных ванадийсодержащих материалов, соединен с баком для приготовления и подачи раствора гидроксида натрия, бак-кристаллизатор метаванадата аммония, имеющий соединение с последовательно-установленным баком-дозатором и расходно-накопительным баком для приготовления и подачи раствора хлорида аммония, на крышке бака-кристаллизатора имеется загрузочный люк, в который направлен выход из бункера-сборника хлорида натрия, после фильтра-1 установлен бак-репульпатор метаванадата аммония, патрубок нижнего слива суспензии, из которого имеет соединение с фильтром-1, для выделения осадка метаванадата аммония из суспензии и его промывки, прокалочную печь, бак-сборник маточных растворов и промвод метаванадата аммония, реактор для обезвреживания и нейтрализации ванадийсодержащих сточных вод, соединенный через дозатор с баком-сборником железо(II) содержащих растворов и баком для приготовления и подачи раствора гидроксида натрия, реактор для обезвреживания и нейтрализации ванадийсодержащих сточных вод соединен с фильтром-2 для выделения из
пульпы осадка оксигидратов железа(II и III) с примесями соединений ванадия.
3
Техническое решение по прототипу обеспечивает получение товарного пентаоксида ванадия из товарного окситрихлорида ванадия (99,0-99,9% VОСl) и дает возможность обезвреживать от ванадия сточные (сбросные) воды, образующиеся при получении пентаоксида ванадия - маточные растворы и промводы метаванадата аммония.
3
4
Недостатком технического решения - «Аппаратурно-технологического комплекса» по прототипу является отсутствие в его составе необходимого оборудования для получения товарного пентаоксида ванадия из технического окситрихлорида ванадия, содержащего помимо VOCl до 10-70% тетрахлорида титана - TiCl. Другим недостатком известного по прототипу технического решения большой объем неутилизируемых сточных вод, содержащих повышенное количество ванадия, который затем согласно прототипу переходит во вторичные отходы - осадок оксигидрата железа.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание нового технологического комплекса, совокупность оборудования которого дает возможность получать из технического окситрихлорида ванадия товарный пентаоксид ванадия, при одновременном обеспечении высокой степени извлечения ванадия из исходного сырья в товарную продукцию.
Технический результат, который может быть достигнут при реализации предлагаемой модели заключается в существенном сокращении потерь ванадия с отходами и промпродуктами производства, увеличении «выхода» соединений ванадия в готовую товарную продукцию - товарный пентаоксид ванадия.
Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата при использовании предлагаемой полезной модели - «Комплекса оборудования для производства пентаоксида ванадия и
обезвреживания образующихся отходов», включающего реактор (1) с мешалкой для щелочной обработки окситрихлорида ванадия, герметично соединенный через распределительное устройство (2) с транспортируемой емкостью (3) с окситрихлоридом ванадия, бак (4) для приготовления раствора гидроксида натрия, бак (5) для приготовления раствора хлорида аммония, бак-кристаллизатор (6) метаванадата аммония, фильтр-1 (7) для выделения из суспензии осадка метаванадата аммония и его промывки, прокалочную печь (9), бак-сборник (10) маточных растворов и промвод метаванадата аммония, реактор-репульпатор (8) осадка метаванадата аммония, соединенный с фильтром-1, (7), реактор (11) для обезвреживания маточных растворов и промвод метаванадата аммония, соединенный с дозатором (12) и расходным баком (13) железо(II)-содержащих растворов, и с баком для приготовления раствора гидроксида натрия, фильтр-2 (14) для выделения из пульпы осадка оксигидрата железа с примесями ванадия.
Новым в предлагаемом техническом решении является то, реактор (1) для разложения окситрихлорида ванадия имеет соединение с баком (25) для приготовления рабочего раствора гидроксида натрия и с баком (26), содержащим солевой раствор гидроксида натрия, соединенный с баком -сборником фильтратов (17) после щелочной репульпации титанового кека-осадка оксигидрата титана с примесями ванадия, патрубок нижнего слива пульпы из реактора (1) для разложения технического окситрихлорида ванадия направлен через насос и запорно-регулирующую арматуру на фильтр-3 (18), выход из фильтра-3 очищенного от твердой фазы (титанового кека - осадка оксигидрата титана) раствора метаванадата аммония направлен в сборную емкость (28), соединенную с баком кристаллизатором (6) метаванадата аммония, корыто (19) фильтра-3 (18) через разгрузочно-распределительное устройство (20) соединено со сборным бункером (21) титанового кека (осадка оксигидрата титана), выход из которого направлен в транспортируемую емкость (22), разгрузочно-распределительное устройство
(20) корыта (19) фильтра-3 (18) имеет также соединение с обогреваемым баком (23) для щелочной репульпации титанового кека (осадка оксигидрата титана), на крышке этого бака имеется люк (24.1) для загрузки титанового кека и патрубок (24.2), подсоединенный к баку (25) с рабочим раствором гидроксида натрия, имеющим соединение с баком (4) для приготовления исходного концентрированного раствора гидроксида натрия и линией раздачи дистиллированной воды, слив пульпы из бака (23) для щелочной репульпации титанового кека через патрубок нижнего слива, насос и трубопровод направлен на фильтр-3 (18), выход с фильтра-3 (18) щелочного раствора, содержащего метаванадат натрия после репульпации титанового кека направлен в сборный бак (17) имеющий соединение с баком (4) для приготовления исходного концентрированного раствора гидроксида натрия и баком (26) для солевого раствора гидроксида натрия, патрубок нижнего слива (27) солевого раствора гидроксида натрия соединен трубопроводом с реактором (1) для щелочной обработки технического окситрихлорида ванадия, Бак кристаллизатор (6) метаванадата аммония имеет соединение с баком-сборником маточных растворов(9) после выделения из суспензии на фильтре-1 (7) осадка метаванадата аммония, на крышке бака-сборника (9) имеется патрубок для подсоединения к баку (5) для приготовления исходного концентрированного раствора хлорида аммония, выход промвод метаванадата аммония и части (40-60%) маточного раствора из фильтра-1 (7) направлен в сборную емкость (10) соединенную с реактором (11) для обезвреживания маточных растворов и промвод метаванадата аммония от соединений ванадия. Выход из фильтра-2 (14) очищенного от твердой фазы (титанового кека - осадка оксигидрата титана) раствора метаванадата натрия направлен в сборную емкость (29), а выход осадка оксигидрата железа с примесями ванадия из фильтра-2 (14) направлен через корыто (15) и разгрузочно-распределительное устройство (16) в бак-репульпатор (30) соединенный с фильтром-2 (14) и сборный бункер (31) разгружаемый в транспортируемую емкость (32), выход товарного
пентаоксида ванадия из прокалочной печи (9) направлен в расходно-накопительную емкость (33) соединенную в затарочной машиной (34).
Реализация предлагаемой полезной модели
Предлагаемое техническое решение «Комплекс оборудования для производства пентаоксида ванадия и обезвреживания образующихся отходов» работает и эксплуатируется следующим способом (см. рис.).
В реактор (1) с мешалкой для щелочной обработки окситрихлорида ванадия предварительно заливают (или закачивают насосом) оборотный солевой раствор гидроксида натрия (NaOH+NaCI) из бака (26), имеющего соединение с баком (4) для приготовления исходного (концентрированного - до 20-30% NaOH) раствора гидроксида натрия и соединенного также с баком-сборником (17) фильтратов после щелочной репульпации титанового кека-осадка оксигидрата титана с примесями ванадия.
3
Примечание 1. При пуске «Комплекса...» (участка, отделения, передела и т.п.) в эксплуатации т.е. при отсутствии (вначале) на «Комплексе...» (участке) оборотных щелочных растворов (NaOH+NaCI) в баке (17), в реактор (1) для разложения VОСI первоначально заливают (закачивают) из бака (25) рабочий раствор (5-15%) гидроксида натрия (получаемый разбавлением дистиллированной водой исходного концентрированного раствора NaOH из бака (4)).
3
4
2
4
2
2
При включенной мешалке в реактор (1) через распределительное устройство (2) под слой щелочного раствора подают из транспортируемой емкости (3) исходный технический окситрихлорид ванадия, содержащих 30-90% VOCI и до 10-70% TiCI и примеси хлоридов других металлов. Образующуюся пульпу перемешивают, в результате чего в реакторе (1) протекают химические реакции разложения окситрихлорида ванадия с образованием водорастворимого метаванадата натрия и осаждение оксигидратов титана - TiO(OH), Ti(OH), TiO·HO и др. Образующуюся пульпу подают (закачивают) на фильтр-3 (18), в качестве которого преимущественно используют фильтр-пресс. Раствор метаванадата натрия,
очищенный от твердой фазы - взвешенных частиц (титанового кека-оксигидрата титана) собирают в сборную емкость (28), титановый кек (осадкок оксигидрата титана с примесями соединений ванадия) выгружают из фильтра-3 (18) в корыто (19), откуда этот осадок через разгрузочно-распределительное устройство (20) поступает в сборный бункер (21), или направляют через загрузочный люк (24.1) в обогреваемый бак (23) с мешалкой для репульпации титанового кека (осадка оксигидрата титана) в растворе гидроксида натрия - с целью доизвлечения из осадка соединений ванадия. Репульпацию ведут при Ж:Т=2÷5, Т=60-80° в течении 0,5-2 часов. Пульпу затем закачивают на фильтр-3(18), щелочной раствор, очищенный от осадка оксигидрата титана, из фильтра-3 (18), собирают в сборной емкости (17), откуда раствор поступает в бак (26) и затем через патрубок нижнего слива (27) в реактор (1). Осадок оксигидрата титана на фильтре-3 (18), при необходимости промывают раствором гидроксида натрия и/или водой, затем этот осадок выгружают с фильтра-3 (18) в корыто (19), откуда этот осадок через разгрузочно-распределительное устройство (20) выгружают в сборный бункер (21), затем в транспортируемую емкость (22), с помощью которой перевозят и отгружают на дальнейшую переработку и утилизацию. Промводы, разбавленные по NaOH и с невысокой концентрацией ванадия из фильтра-3 (18) направляются в бак-сборник (10) для их последующего обезвреживания от ванадия в реакторе (11).
3
4
4
4
3
3
4
3
2
5
Для получения из раствора NaVO осадка метаванадата аммония и затем пентаоксида ванадия, раствор метаванадата натрия из сборной емкости (28) направляют в бак-кристаллизатор (6), в который подают (вливают) из бака (9) оборотный раствор (NHCI+NaCI), получаемый в результате «до укрепления» - по NHCI - маточных растворов (после выделения из суспензии осадка (NHVO)), полученных в предыдущих операциях технологического цикла переработки технического VOCI и получения NHNO и VO.
4
Примечание 2. При пуске «Комплекса...» («Участка» отделения) в эксплуатацию, т.е. при отсутствии в баке (9) оборотных растворов (NaCI+NHCI), в бак-кристаллизатор (6) первоначально подают из баков (5) или (5.1) и раствор хлорида аммония.
4
4
3
4
4
3
4
4
3
2
5
После обработки а бак-кристаллизаторе (6) раствора метаванадата натрия раствором, содержащим NHCI, происходит выделение в осадок метаванадата аммония NHVO и образование суспензии, которую подают на фильтр-1 (7) для выделения осадка метаванада аммония. Осадок на фильтре-1 (7) промывают 1-3 объемами разбавленного раствора NHCI - из бака (5.1). Затем осадок NHVO сбрасывают с фильтра-1 (7) в «корыто» из которого осадок через разгрузочно-разделительного устройства подают в реактор-репульпатор (8), в который предварительно - из бака (5.1) заливают (закачивают) разбавленный раствор хлорида аммония. Суспензию после репульпации из реактора-репульпатора (8) закачивают на фильтр-1 (7), осадок на фильтре еще раз промывают (отмывают от NaCI) разбавленным раствором NHCI, промытый осадок NHVO из фильтра-1 (7) выгружают и направляют в прокалочную печь (9). После прокалки осадка, образующийся порошкообразный товарный пентаоксид ванадия выгружают в расходно-накопительную емкость (33), из которой товарный VО с помощью затарочной машины (34) расфасовывает в герметичную тару и отгружают потребителям.
4
3
4
4
3
4
3
Маточные растворы - после выделения из суспензии осадка NHVO на фильтре-1 (7) разделяет на две части (на два объема), причем одну из них подают в бак для приготовления раствора (NHCI+NaCI+(Na-NH)VO), используют затем для кристаллизации NHVO в баке-кристаллизаторе (6). Другую часть маточных растворов (содержащих соединения ванадия) и промводы метаванадата аммония, а также другие содержащих ванадий стоки (образующиеся на различных операциях общей технологической схемы) собирают в баке-сборнике (сборно-усреднительная емкость - 10), из которой
2
4
объединенные ванадий-содержащие хлоридные растворы и сточные воды подают в реактор для обезвреживания от соединений ванадия. С этой целью в реактор при включенной мешалке последовательно подают сначала из дозатор, соединенного с расходным баком (13) раствор, содержащий соли двухвалентного железа: FeCI или FeSO, затем в реактор (11) подают из бака (25) раствор гидроксида натрия, образующуюся оксигидратную пульпу тщательно перемещивают и закачивают на фильтр-2 (14). Осадок оксигидрата железа с примесями ванадия отделяют от хлоридного раствора, который направляют в сборную емкость (29). Осадок с фильтра-2 (14) сбрасывают в корыто (15) и через разгрузочно-распределительное устройство (16) направляют в бак-репульпатор (30), после репульпации в воде, осадок закачивают на фильтр-2 (14), промывают водой, выгружают с фильтра-2 (14) в сборный бункер (31), из которого осадок выгружают в транспортируюмую емкость (32) и направляют на дальнейшую переработку, например на сушку и прокалку с последующей реализацией осадка в качестве техногенного железо-ванадиевого сырья.
Комплекс оборудования для производства пентаоксида ванадия и обезвреживание образующихся отходов
1. Реактор с мешалкой для щелочной обработки технического окситрихлорида ванадия.
3
4
2. Распределительное устройство для равномерного распределения (VOCI+TiCI) в нижней зоне реактора (1).
3
4
3. Транспортируемая емкость с исходным окситрихлоридом ванадия (VOCI+TiCI).
4. Бак с мешалкой для приготовления исходного-концентрированного (30-40%) раствора гидроксида натрия.
5. Бак с мешалкой для приготовления исходного-концентрированного раствора хлорида аммония.
5.1. Бак с рабочим (разбавленным) раствором хлорида аммония.
6. Бак-кристаллизатор метаванадата аммония (с «рубашкой» для охлаждения суспензии).
4
3
7. Фильтр-1 для выделения из суспенции осадка NHVО и его промывки.
4
3
8. Реактор-репульпатор осадка NHVO в разбавленном растворе хлорида аммония.
2
5
9. Прокалочная печь для разложения метаванадата аммония и получения товарного пентаоксида ванадия VO.
4
3
10. Бак-сборник (сборно-усреднительная емкость) промвод метаванадата аммония и части (40-60%) маточных растворов, после выделения из суспензии осадка NНVO
11. Реактор для обезвреживания от соединений ванадия маточных растворов и промвод метаванадата аммония.
2
4
12. Дозатор железо(II)-содержащих растворов (FеCI или FeSO).
2
4
13. Расходный бак с железо(II)-содержащим раствором (FeCI или FeSO).
14. Фильтр-2 для выделения из пульпы осадка оксигидрата железа с примесями соединений ванадия.
15. Корыто фильтра-2 (14).
16. 3апорно-распределительное (разгрузочное) устройство.
3
3
4
17. Бак-сборник фильтратов - растворов (NaCI+NaOH+NaVO) после щелочной (NaOH) репульпации титанового кека - осадка оксигидрита титана с примесями ванадия, выделенного из пульпы после щелочной обработки технического окситрихлорида ванадия (VOCI+TiCI).
3
18. Фильтр-3 для выделения из пульпы (после щелочной обработки - разложения технического VOCI) твердой фазы (титанового кека - осадка оксигидрита титана с примесями соединений ванадия).
19. «Корыто» фильтра-3 (18) для выгрузки с фильтра-3 осадка оксигидрата титана.
20. Разгрузочно-распределительное устройство корыта (19) фильтры-3 (18), обеспечивающее подачу осадка оксигидрата титана либо в сборный бункер (21) титанового кека, либо через люк (24.1), либо в обогревательный бак (23) для щелочной репульпации титанового кека - осадка оксигидрита титана.
21. Сборный-бункер титанового кека - осадок оксигидрата титана, с примесями соединений ванадия.
22. Транспортируемая емкость для отправки титанового кека на переработку и утилизацию, с получением товарных продуктов, пригодных для реализации у потребителя.
3
23. Обогревательный бак с мешалкой для щелочной (NaOH) репульпации титанового кека - с целью доизвлечения соединений ванадия (NaVO) и их возвратом на производство товарного пентаоксида ванадия.
24.1 Люк на крышке бака (23) для загрузки титанового кека с целью его последующей щелочной репульпации.
24.2 Патрубок для подачи в бак (23) раствора NaOH для репульпации титанового кека.
3
25. Бак для приготовления и подачи рабочего раствора (5-15%) гидроксида натрия, предназначенного для щелочной репульпации титанового кека, для промывки на фильтре-3 титанового кека и для разложения технического VOCI.
3
26. Бак для приготовления солевого (NaCI) раствора гидроксида натрия, предназначенного для разложения технического VOCI.
27. Патрубок нижнего слива солевого раствора (NaOH+NaCI) из сборного бака (26).
28. Сборная емкость раствора метаванадата натрия, полученного после выделения на фильтре-3 (18), осадка оксигидрата титана, образованного в реакторе (1).
29. Сборная емкость очищенных от твердой фазы (осадка оксигидрата железа с примесями ванадия) и обезвреживания от ванадия хлоридных растворов и сточных вод.
30. Бак-репульпатор осадка оксигидрида железа с примесями ванадия.
31. Сборный бункер осадка оксигидрата железа.
32. Транспортируемая емкость для погрузки осадка из бункера (31) и его направления на переработку с получением товарных продуктов.
33. Расходно-накопительная емкость для товарного пентаоксида ванадия.
2
5
34. 3атарочная машина - для обеспечения расфасовки и отгрузки товарного VO потребителям.