способ извлечения металлов из отработанного расплава производства тетрахлорида титана

Формула изобретения

1. Способ извлечения металлов из отработанного расплава производства тетрахлорида титана, включающий выщелачивание с получением хлоридного раствора, осаждение из раствора хрома, редких и радиоактивных металлов щелочным реагентом, разделение хлоридного раствора и осадка гидроксидов хрома, редких и радиоактивных металлов, обработку осадка щелочным раствором гипохлорида натрия, фильтрование пульпы, отделение редкоземельного концентрата от хроматного раствора, последующую его обработку, отличающийся тем, что обработку хроматного раствора ведут путем смешивания его с хлоридным раствором после отделения осадка гидроксидов хрома, редких и радиоактивных металлов и введения в полученную пульпу щелочного реагента до рН 6 9.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что хроматный раствор смешивают с хлоридным раствором в соотношении 1:1-2.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при утилизации и обезвреживании отходов процессов хлорирования титансодержащих концентратов.

При получении тетрахлорида титана образуются значительные количества отходов, содержащих натрий, калий, магний, кальций, алюминий, титан, цирконий, скандий, торий, ниобий, тантал, ванадий, железо, хром, марганец, углерод, кремний и др. В основном все металлы находятся в форме хлоридов, легкорастворимых в воде.

При существующих методах переработки все ценные компоненты, находящиеся в отходах, безвозвратно теряются и наносят непоправимый ущерб окружающей среде в связи с загрязнением легкорастворимыми, высокотоксичными отходами производства.

Известен способ извлечения металлов из отходов титанового производства [1] заключающийся в следующем. Отработанный расплав титановых хлораторов сливают в воду, концентрируют путем циркуляции, затем обрабатывают известковым молоком.

Недостатками данного способа являются -образование сильнозасоленных сточных вод, содержащих хлориды натрия, калия, кальция, магния; получение концентрата металлов в форме оксидов и гидроксидов, дальнейшая переработка которого затруднена.

При такой переработке отходов не утилизируются такие ценные компоненты, как хром, железо, марганец, скандий и др. а происходит лишь их частичное обезвреживание в связи с образованием труднорастворимых оксидов и гидроксидов металлов.

Во-вторых, образуются высококонцентрированные хлоридные растворы, содержащие до 200-250 г/дм³ солей, которые после смешения с другими стоками сбрасываются в водные бассейны (в р. Кама).

Из известных аналогов наиболее близким к заявляемому способу по совокупности признаков является известный способ извлечения металлов из отходов титанового производства [2] ПРОТОТИП. Способ по прототипу (фиг.1) включает следующие операции: выщелачивание отработанного расплава водой; осаждение хрома, редких и радиоактивных металлов щелочным реагентом с получением чернового хромового концентрата (ЧХК); -отделение ЧХК от хлоридного раствора; -обработку ЧХК щелочным раствором гипохлорита натрия; отделение редкометального концентрата от хроматного раствора; переработку хроматного раствора с получением хромсодержащих неорганических пигментов, например фосфата хрома, свинцовые и свинцовомолибдатные крона.

Недостатками данного способа являются -

сложность и многостадийность переработки хроматных растворов, в связи с чем известный способ может быть использован и рекомендован в настоящее время к реализации при переработке сравнительно небольших объемов образующихся растворов;

использование для переработки хроматных растворов дефицитных и в то же время токсичных веществ соединений свинца, что соответственно создает дополнительные трудности, связанные с организацией рабочих мест аппаратчиков, и сложности, связанные с предотвращением попадания соединений свинца в сбросные (сточные, промывные) воды.

Указанные недостатки обусловлены целым рядом причин. Согласно технологии получения пигментов предусмотрено использование значительного избытка кислот, что приводит к образованию кислых растворов. Во-вторых, использование высокотоксичных соединений свинца и кроме (VI) приводит к ограничению их использования.

Заявляемое техническое решение направлено на решение задачи, заключающейся в устранении вышеуказанных недостатков известного способа, упрощении технологии и в обеспечении условий создания малоотходной технологии обезвреживании отходов и утилизации ценных компонентов в форме товарных продуктов и/или полупродуктов.

Данная задача решается предлагаемым способом извлечения металлов из отходов титанового производства, сущность которого выражается следующей совокупностью существенных признаков: -выщелачиванием отработанного расплава; осаждением из раствора хрома редких и радиоактивных металлов щелочным реагентом; -разделением хлоридного раствора и осадка; -обработкой осадка щелочным раствором гипохлорита натрия; фильтрованием пульпы с отделение редкометального концентрата от хроматного раствора.

Отличительными признаками также являются следующие: смешение хроматного и хлоридных растворов в соотношении 1:1-2; обработка растворов после смешения щелочным реагентом до pH 6 9.

Принципиально-технологическая схема извлечения металлов из отходов титанового производства приведена на фиг.2.

Последовательность операций, соотношение реагентов и значений pH в процессе извлечения металлов обусловлены следующим.

Соотношение хроматного и хлоридного растворов при их смешении выбрано из следующих соображений. Хроматный раствор содержит до 6 г/дм³ хрома (VI) в форме хромата или бихромата натрия, что в 6010³ раз превышает ПДК (0,1 мг/дм³) для водоемов хоз. питьевого и культурно-бытового водопользования или 6010⁵ раз для водоемов рыбохозяйственного назначения (ПДК=0,001 мг/дм³). Хлоридный раствор после отделения осадка гидроксидов хрома, редких и радиоактивных металлов содержит, г/дм³: железа (II) 25-40; железа (III) 0,5-1,0; марганца (II) 3-8.

Так, в результате смешения растворов происходит взаимное обезвреживание растворов и образование после соответствующей обработки щелочным реагентом железо-хром-марганцевого концентрата. При отношении хроматного к хлоридного раствору менее 1 не происходит полного обезвреживания раствора от хрома (VI), который при последующей обработке щелочным реагентом остается в растворе. При отношении более 2 не происходит обезвреживания хлоридных растворов от железа и марганца.

Интервал pH 6-9 обработки щелочным реагентом обусловлено тем, что при данном значении pH происходит максимальное осаждение соединений хрома, железа и марганца. При pH менее 6 происходит неполное осаждение соединений марганца, а при pH более 9 наблюдается перерасход щелочного реагента и при сбросе высокощелочных стоков возникает необходимость их нейтрализации до pH 6-7.

Таким образом, по сравнению с известным способом при осуществлении процесса по предлагаемому способу происходит взаимное обезвреживание растворов и утилизация ценных компонентов в полном объеме с получением товарных продуктов и/или полупродуктов и создание условий безотходной технологии переработки отходов титанового производства.

Анализ патентной и научно-технической документации свидетельствует о том, что в источниках информации не обнаружено описание способов, аналогичных предложенному и совпадающих с заявляемым техническим решением по совокупности существенных признаков.

Анализ уровня техники в отношении совокупности всех существенных признаков заявленного технического решения показывает, что предложенный способ соответствует критерию новизны.

Проверка соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня в отношении совокупности существенных признаков свидетельствует о том, что предлагаемый способ не следует явным образом из известного уровня техники.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, приведены в примерах.

Пример 1 (по известному способу прототипу).

Отработанный расплав выщелачивают в воде при Ж:Т=2:1, нерастворимый остаток отделяют от раствора. Полученный раствор содержит, г/дм³: Fe 35,7; Cr 2,9; Mn 7,3; Na 83,6; Mg 0,67; Al 1,3; Ti 0,2; Zr 0,46; Sc 0,04 и др. 1 л раствора обработали 2 н. раствором гидроксида натрия до pH 4,5. При этом получили 58 г осадка гидроксидов металлов (хрома, редких и радиоактивных) влажностью 75 и 1,08 дм³ хлоридного раствора состава, г/дм³: 28,7 Fe; 6,5 Mn; 80,2 Na. Черновой хромовый концентрат состава, мас. 5 Cr; 6 Fe; 0,07 Sc; 2,2 Al; 75 H₂O обработали щелочным раствором гипохлорита натрия в количестве 200 мл при температуре 90^oC. После введения 0,2% раствора ПАА пульпу отфильтровали. Получено 250 мм хроматного раствора с массовой концентрацией хрома (VI) 7,8 г/дм³ и 30 г редкометального концентрата (РМК) влажностью 70% РМК используют для извлечения и получения индивидуальных соединений скандия.

Хроматный раствор использовали для получения хромсодержащих пигментов, например свинцовых кронов. Для этого в раствор вводили 1 мл серной кислоты, нагревали до 30^oC, вводили 15,5 г соли свинца (нитрат или ацетат), поддерживали pH суспензии 3,0-3,5. В результате синтеза получено 17,8 г лимонного крона состава PbCrO₄0,5 PbSO₄.

Таким образом, при осуществлении процесса по известному способу происходит концентрирование и извлечение только соединений хрома, при этом используются дефицитные и токсичные реагенты.

Пример 2 (по предлагаемому способу).

Выщелачивание отработанного плава, осаждение хрома, переработку ЧХК с получением хроматного раствора и редкометального концентрата ведут аналогично примеру 1.

Хроматный раствор состава, приведенного в примере 1, смешивают с хлоридным раствором. При смешении указанных растворов в соотношении 1:0,5 степень обезвреживания раствора от хрома составила 60% При соотношении хроматного раствора и хлоридного 1: 1-2 происходит полное обезвреживание раствора от хрома (VI) до норм ПДК, при отношении >2 происходит неполное обезвреживание от марганца.

В результате смешения образуются растворы, содержащие, г/дм³: при соотношении 1:1 3,9 Cr; 3,2 Mn; 14,3 Fe, при соотношении 1:2 2,6 Cr; 4,3 Mn; 19,1 Fe.

При последующей обработке раствора гидроксидом натрия образуются осадки, состав которых приведен в таблице.

Как видно из полученных данных, при pH<6 не происходит полного извлечения из раствора железа и марганца, при pH>9 состав осадка не изменяется.

При смешении хроматного и хлоридного растворов происходит взаимное их обезвреживание с получением железо-хром-марганцевого концентрата, который может быть использован для получения катализаторов и/или сорбентов, и/или пигментов.

Оставшаяся часть хлоридного раствора перерабатывается по известной технологии с получением оксигидроксида железа и диоксида марганца.

Таким образом, предложенный способ извлечения металлов из отходов титанового производства позволяет упростить технологию обезвреживания от токсичных металлов и обеспечить условия создания безотходной технологии переработки отходов с утилизацией ценных компонентов в форме товарных продуктов и/или полупродуктов.