способ выщелачивания металлов, преимущественно ванадия, из шлака

Формула изобретения

Способ сернокислотного выщелачивания металлов, преимущественно ванадия, из шлака, включающий его дезинтеграцию, температурную обработку, выщелачивание и осаждение соединений ванадия, отличающийся тем, что 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:H₂SO₄ от 1:2,6 до 1:2,7 и рН 10,0÷10,4 для осуществления реакций типа:



с оборотом магниевых реагентов при взаимодействии MgSO₄ с NaOH:



возможностью замены MgO в (1) Mg(OH)₂ по (3):



применением реакции:

Na₂ SO₄+Ca(OH)₂ («известковое молоко») 2Na(OH)+CaSO₄·2H₂O (гипс) , для осуществления оборота реагентов натрия и утилизации получаемого гипса в виде гипсобетона, алебастра.

Описание изобретения к патенту

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).

Известен способ выщелачивания ванадия из шлака НТМК с получением технического пентаоксида ванадия (V ₂O₅) на ОАО "Ванадий-Тулачермет" по гидрохимической схеме, которая включает:

- дробление шлака, магнитную сепарацию для выделения металлических включений, измельчение шлака до крупности - 0,15 мм;

- окислительный обжиг измельченного шлака при температуре Т=700-1000°С в смеси с щелочными (Nа₂СО₃; Na₂ SO₄; NaCl) или щелочноземельными (СаО; СаСО₃ ) добавками;

- водное и кислотное выщелачивание ванадия;

- осаждение соединений ванадия при Т=90°С и рН=1,8-2,0;

- сгущение пульпы, сушка и прокалка;

- плавка V₂O₅ [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.

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:H₂SO₄ от 1:2,6 до 1:2,7 и повышении рН раствора до 10,0÷10,4 для осуществления реакций типа:

с оборотом магниевых реагентов взаимодействием MgSО₄ с раствором NaOH:

возможностью замены MgO в (1) Mg(OH) ₂ по (3):

применением реакции:

Na₂SO₄+Са(ОН)₂ («известковое молоко») 2Na(OH)+CaSO₄·2Н₂O(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.

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) ₂, получаемого по (2).

При отношении MgO:Н ₂SO₄<1:2,6 повышается расход MgO для образования MgSO₄, при отношении MgO:H₂SO₄ >1:2,7 не обеспечивается достаточно полное осаждение ванадия и других металлов по (1).

MgSO₄ используется для получения Mg(OH)₂ по (2), использования его для осаждения ванадия и других металлов из сернокислотного раствора:

MeSO₄+Mg(OH)₂ Ме(ОН)₂ +MgSO₄,

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.