книги / Технологии извлечения ванадия из конверторных ванадиевых шлаков
..pdfНо указанным причинам при размоле шлака большое внимание уделяют обезжелезиванию шихты, применяя для этого специальное мокрое магнитное обезжелезивакие, обеспечивающее получение ших ты с содержанием не выше Х-1,5 % металла.
Основные производственные участки известковой технологии:
1. Подготовка |
шихты, состоящая из склада шлака, отделений |
первого и второго |
дроблений, мокрого помола. |
2.Обжиг шихты.
3.Гидрометаллургический передел.
4.Электрометаллургический передел. Вспомогательные участки:
1.Обработка сливных вод.
2.Оборотный цикл загрязненных вод.
4.I.I. Технология производства пятиокиси ванадия
Пятиокись ванадия получают из ванадиевого шлака Нижнетагиль ского металлургического комбината, вырабатываемого при девакэдации в конверторах ванадиевого чугуна. Марки шлака приведены в табл.4.Х.
Химический |
состав |
шлака Ш |
|
Таблица 4.1 |
|
без металловключений |
|
||||
Марка |
vl° 5 |
SCO2 |
Р |
СаО |
^ мет |
ШДЦ-1 |
16 |
20 |
0,07 |
1.3 |
15 |
ШВД-2 |
16 |
20 |
0,08 |
3,0 |
17 |
ШВД-3 |
13 |
26 |
0,08 |
1.5 |
17 |
ШДЦ-4 |
13 |
26 |
0,12 |
Не реглам. |
17 |
Шлак марок ИЩЦ-Х и 11Щ-2 при содержании в нем пятиокиси вана дия не менее 18 % аттестуется по высшей категории качества.
Содержание остальных химических соединений в шлаке, %:
.... |
щ о |
. . . . |
п о г . . . .. |
& & |
. . . . |
.... |
Mnt0) . . . . |
|
дисп ***** ' |
HfO |
. . . . |
51
Бее проливы из аппаратов и насосов собираются в дренажные приямки и вместе с водой после газоочистки собираются в специаль
ную |
емкость. |
|
|
|
|
|
|
|
|
тему |
летом для снижения запыленности на складе шлака включают сис |
||||||||
увлажнения. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Стадия обжига. Шихта из отделения мокрого помола поступает в |
||||||||
обжиговую печь. Цель обжига |
ванадийсодержащего шлака с добавкой |
||||||||
окиси кальция |
- перевод |
соединений |
ванадия, |
содержащихся в |
шлаке, |
||||
в кислоторастворимую форму. |
|
низших |
окислов железа, |
вана |
|||||
дия |
Окисление |
дисперсного железа и |
|||||||
и марганца начинается |
при 450-500 °С и |
идет по реакциям: |
|||||||
|
bFe * 302 = |
2Fe203 |
, |
|
|
|
|
||
|
■vz 0 j) |
+ 0г |
= .2F6z Oj |
* 4VZ03 |
, |
|
|||
|
4 0 j * 0 2 = vz os , |
|
|
|
|
|
|
||
|
2MnO + |
1fcOz |
= Mnz O j , |
|
|
|
|
||
|
Mnz0i * |
</lOz = IMnOi ■ |
|
|
|
|
При взаимодействии пятиокиси ванадия с известью и другими окислами образуются ванадаты различных металлов:
V20$ + СаО — Са(У03)2 - метаванадат кальция,
V2Og |
+ Рб203 = IFeVOif - ортованадат железа, |
V20$ |
+ Мп02 = MnV20y . |
При взаимодействии первичных ванадатов с известью при 800 - 850 °С образуются различные ванадаты кальция:
Ca(V05)2 + СаО = Ca2V207 - пированадат |
кальция, |
|
2 Р Щ +СаО = |
Са[Щ)2+ FezQ3, |
|
MnV20y + 2СоО - |
Ca2V207 + Мп02) |
|
Ca2V20j + СаО — |
CQ3(V0if)2 - ортованадат |
кальция. |
53
В результате обжига в шлаке могут образоваться все три формы ванадата кальция (мета-, пиро- и ортованадаты). Количество каждой из них зависит от температуры, продолжительности обжига, количест
ва извести в шихте, равномерности |
распределения извести в |
шлаке и |
|||
от других факторов. Все |
три формы |
ванадата кальция довольно |
хоро |
||
шо растворимы в слабых |
кислотах (3-5 |
$). |
|
кото |
|
Однако более желательно получение метаванадата кальция, |
|||||
рый наиболее легко растворяется даже |
в слабом растворе |
кислоты |
|||
(pH = а,6-3,2). |
|
|
|
|
|
Обжиг шихты осуществляют в барабанной вращающейся печи, кото
рая имеет следующие |
зоны: |
|
шихта сушится и нагревается |
||
- зона |
сушки (дойной 15 м), где |
||||
до 100 °С; |
нагрева |
(длиной 25 м), где |
шихта нагревается до 650 °С; |
||
- зона |
|||||
- зона |
обжига |
(длиной |
35 м), |
в |
которой температура шихты |
Ь4и-Н50 °С. |
|
|
|
|
|
Температура в печи поддерживается сжиганием природного газа в |
|||||
выносной топке при |
1050-1100 |
°0. |
|
|
ибожженная шихта охлаждается водой в барабанном холодильнике, откуда поступает в стержневую мельницу доя разрушения образовавших
ся при |
обжиге окатышей. |
|
ем |
Из стержневой мельницы пульпа направляется в специальную |
|||
кость, |
где разбавляется водой (с К : Т = I до Ж |
: Т = 3) и перека |
|
чивается в буферные емкости гидрометаллургического передела. |
|
||
Отходящий из печи газ содержит 10-12 % кислорода, что гаранти |
|||
рует полноту окислительных процоссоз при обжиге |
шихты. Во избежание |
||
образования прочных окатышей в загрузочную течку |
подается вода |
- |
0,6...1,1 м3/ч, количество которой зависит от температуры материа
ла в печи. |
|
|
очистки: |
су |
|
Отходящие газы обжиговой печи проходят три стадии |
|||||
хую в пылевой камере, в батарейном циклоне и мокрую в |
трубах |
Венту |
|||
ри. Очищенные газы через скруббер-каплеуловитель и дымовую |
трубу |
||||
выбрасываются в атмосферу, а уловленная пыль возвращается |
в |
обо |
|||
ротный цикл. |
|
включает |
следующие |
||
Участок гидрометаллургического передела |
|||||
стадии: слабокислое выщелачивание |
при строго |
фиксируемом значении |
|||
pH, фильтрация пульпы и кислотное |
выщелачивание кека; |
гидролиз и |
54
фильтрация пятиокиси ванадия; приготовление серной кислоты» нриго товление известкового молока; нейтрализация сточных вод.
Слабокислотное выщелачивание является основной стадией пере вода растворимых соединений из обожженной шихты в раствор. Химизм растворения:
5 С а (Щ )г + J//2SOf = Не V1Q02i + SCaSO^ + 1НгО .
Полученная декаванадиевая кислота при pH = 2,5-2,8 находится в растворе, z гипс выпадает в осадок. Процесс идет в мешалках,
объемом каждая по 30 м3 . Из мешалки пульпа подается в каскад ре акторов-мешалок, куда подаются: концентрированная серная кислота для создания кислой среды и острый пар для подогрева пульпы до нужной температуры.
Каскад реакторов выщелачивания при фиксированном значении pH работает в непрерывном режиме. Из последнего реактора В/.-ьпу пода ют на фильтр-прессы. Параметры pH-го выщелачивания и допустимые пре делы их регулирования даны в табл.4.2.
Таолиц.ч 4.2 Технологические параметры работы каскада реакторов
Номер
реактора |
1 |
|
I |
||
40 |
||
2 |
45 |
|
3 |
50 |
|
4 |
55 |
|
5 |
60 |
|
6 |
60 |
О о
Значение pH |
: Концентрация |
|
|
: |
0j, г/л |
3,8-3,6 |
|
12-Lb |
3,6-3,4 |
|
18-24 |
3,4-3,2 |
|
24-30 |
3,0-2,8 |
|
30-32 |
2,8-2,6 |
|
32-38 |
2,8-2,6 |
|
32-38 |
|
Степень перехода растворимых соединений ванадия в раствор на |
||||
стадии слабокислотного выщелачивания 80-85 |
ванадий безвозв |
||||
ратно |
При температуре пульпы выше 70 |
°С и pH < 2 , 5 |
|||
теряется |
с отвальным шламом, |
так как при этих условиях |
он |
||
будет |
выпадать |
в осадок, температура пульпы ниже |
50 °С и pH |
>3,2 |
не обеспечат полноту выщелачивания. Указанные технологические па раметры выщелачивания пульпы поддерживаются автоматически.
55
Гидролитическое осаждение пятиокиси ванадия из ванадийсодер
жащих растворов |
осуществляется |
в непрерывном режиме при pH |
= |
= 1,45-1,55, температуре 93-95 |
°С. |
на |
|
Полученные |
в результате выщелачивания растворы подаются |
сосами в смеситель, куда одновременно поступает концентрированная серная кислота для подкисления раствора.
Подкисленный раствор при pH = 1,45-1,55 направляется в ‘идролизер, где его подогревают до заданной температуры острым паром. В течение 120 мин основная масса ванадия выпадает в осадок в пиде пятиокиси ванадия. Из гидролизера раствор с выпавшей пятиокисью ванадия поступает в сгуститель, который, так же, как и гидролизер, является радиальным отстойником. СДив со сгустителя поступает в сгуститель-отстойник для улавливания взвеси пятиокиси ванадия. Последняя периодически подается на фильтрацию, которую ведут на фильтропрессах типа ФЛАКМ-25 по циклограмме продолжительностью
33,5 |
мин (табл.4.4). Фильтровальная ткань |
- бельтинг НЛ-П2 см. |
|||||
|
|
Циклограмма |
работы фильтр-пресса |
|
Таблица |
4.4 |
|
|
|
(ФПАКМ-25) |
|
||||
Jfeone -! |
Наименование |
Продолжи |
Поступает |
Разгружается |
|||
рации | |
операции |
тельность |
|||||
|
i |
_ _ _ _ _ _ |
операции, |
в фильтр |
из фильтра |
||
I |
. мин |
Пульпа из мешал |
Фильтрат в |
|
|||
Фильтрация |
5-10 |
|
|||||
2х |
Промывка 5-6 %- |
3,0 |
ки, Ж : Т |
= 10 |
сгуститель |
|
|
Раствор |
|
Промывной раст |
|||||
|
ным раствором |
|
|
|
вор |
|
|
3 |
At% СS0«)3 |
6,0 |
Вода |
|
Промвода в |
|
|
Промывка |
|
|
|||||
4 |
Отжим осадка |
3,5 |
Воздух из |
цехо |
сгуститель |
|
|
Воздух в атмо |
|||||||
5 |
Просушка |
3,5 |
вой сети |
|
сферу |
|
|
Сжатый воздух из |
Воздух в атмо |
||||||
|
|
|
|
цеховой сети |
сферу |
|
|
6 |
Выгрузка осадка |
2,5 |
(4 атм) |
|
Паста tfyOf |
|
|
Техническая вода |
50%, |
||||||
|
и регенерация |
|
|
|
влажностью |
||
|
ткани |
|
|
|
промводы |
|
^Операция 2 производится при необходимости снижения содержания марганца в пятиокиси ванадия.
57
Сырая № подвергается плавке я грануляции. Содержание основного вещества в плаве более 90,0 %. Плавка 1^Д$* проводит
ся в водоохлаждаемых плавильных печах, обогреваемых природным га
зом. Загрузка | |
в |
печь |
ведется периодически по мере проплав |
ления очередной порции |
сырой |
• Расплавленнаяf^ OIf из пе |
чи через выпускную летку попадает на вращающийся водоохлаждаемый стол, откуда с помощью скребка застывшая 1^0$- в виде плиток тол щиной до 5 мм сбрасывается на конвейер и поступает в электропере-
дел. |
о |
Температура в плавильной печи П00-1200 |
С; производитель |
ность печи 0,5 т/ч. Плавленная пятиокясь ванадия используется для выплавки феррованадия.
Участок электрометаллургического передела состоит из шихто вого и печного отделений и предназначен для получения феррована дия алюмотермическим методом. В шихтовом отделении размещены: ус
тановки дозировочных бункеров для раздельного хранения |
извести, |
||||
металлоотсева, |
F&SI |
и |
(iQI $ |
; дробилка СМ-741 для |
дробления |
ферросилиция, |
настылей рафинированного шлака и отработанной маг- |
||||
незитной футеровки; |
электропечные трансформаторные подстанции; |
||||
отражательная печь для плавки |
алюминия. По мере расплавления жид |
||||
кий алюминий вытекает из |
печи |
и дробится струей воды. |
|
Температура печи 900-1100 °С, температура расплава 700 - 800 °С. Гранулированный алюминий собирается в специальные корзи
ны. Отходящие |
печные |
газы (84,5 % азота; 10,5 % кислорода; |
4,3 % |
CO i ; 0,44 % |
SO j |
; 0,06 % SОi ; 0,2 % СО ) проходят |
газо |
очистку с помощью труб-распылителей. Загрязненная вода собирается
в шламовых сборниках и |
подается на очистку. Печное |
отделение |
пред |
||||||
назначено для выплавки |
F t\! * для чего установлены дуговые |
печи с |
|||||||
трансформаторами• |
|
|
|
|
$ У |
|
; |
||
Состав шихты: плавленная техническая |
У2 ^5 |
5 |
|||||||
менее |
0,05 Р ); известь, |
свежеобожженная кусковая |
(с |
размером |
|||||
кусков |
10x30 мм и содержанием 85 % СаО |
♦ 0,01 % Р); 75 '/о |
FeSL\ |
||||||
алюминий гранулированный |
(размер гранул |
< 3 0 мм); |
конверторный |
||||||
шлак фракцией < 50 мм; |
металлоотсев; коксик фракцией |
3 мм. |
|
||||||
Основная реакция восстановления окислов ванадия алюминием: |
|||||||||
|
3 ^ 2 раса * |
|
раса ~ |
* |
^ ^ 2 ^ 3 |
тб |
• |
|
|
58
Реакция идет со значительным уменьшением свободной энергии, значит, она необратима, кроме того, сопровождается значительным выделением тепла. Это указывает на возможность проведения процес са без подвода тепла. Для поглощения избыточного тепла добавляют до 40 кг извести на 100 кг пятиокиси ванадия. Добавка извести це
лесообразна еще для ускорения основного |
процесса. |
Окись кальция |
и окись магния являются наиболее распространенными |
добавками, |
|
так как их переход в шлак улучшает физико-химические свойства |
||
последнего и способствует более полному |
разделению металлической |
|
и шлаковой фаз. |
|
|
Алюмотермический метод применяют для выплавки богатого мало |
||
углеродистого феррованадия (75-80 %V' и |
<U,i %С |
). Основным |
сырьем для алюмотермии является техническая или чистая пятиокись ванадия. Извлечение ванадия 70-80 /i>, восстановителем, г >:<указано
выше, является алюминий. Плавку ведут в запальных горт. футеро ванным магнезитом. Скорость проплавления шихты 190-200 кг/м^мин. В шлаках алюмотермических сплавов содержится до 4,5Уо окислов
ванадия, который целесообразно извлекать, переплавляя шлаки в электропечи /4/. Установлено, что при получении феррованадия алюмотермическим методом достичь высокого выхода ванадия из техни
ческой пятиокиси в сплав (не менее 98 ,с) |
можно лишь введением в |
|||
шихту |
большого |
избытка алюминия, так как |
основная часть его пеое- |
|
ходит |
в сплав |
(до 20 %АВ |
в сплаве). |
|
Разработан двухэтапиый |
способ получения феррованадия. Пер |
вый этап - введение в шихту алюминия меньше теоретически потреб ного для воестановления и извести с целью ликвидации потерь в ре зультате возгонки невосстановленной части пятиокиси ванадия. При
этом шлак содержит |
60-65 % At% 0$ ; 20-25 % СоО |
; 10-15 |
> |
; 1,5 % Н О |
; 2,0 % $10% |
шлаков |
первого |
вторым этапом процесса является переработка |
этапа в электропечи с углеродистым или кремнистым восстановителем для превращения присутствующего в шлаке ванадия в феррованадий.
Количество феррованадия, получаемого на первом и втором |
эта |
|
пах процесса, составляет соответственно 83 и 17 >. За ооа |
этапа |
|
переход |
ванадия из сырья в феррованадий составит УЬ-96 у>. |
|
Помимо алюмотермического существуют способы получения ферро |
||
ванадия, |
в которых восстановителями являются углерод или кремний. |
59
Выбор способа и вида восстановителя определяется сортом ферро ванадия, который требуется получить.
4.1.2. Обработка |
сточных вод. |
|
Природоохранные |
мероприятия |
|
Ферросплавный цех 0Л0 "Ванадий'Тулачермет" вошел |
в число |
|
действующих в 1974 году. При подготовке шихты к обжигу |
впервые |
осуществлен мокрый размол шлака и присадок в сочетании с мокрой
магнитной |
сепарацией металлических включений. |
Это |
техническое |
ре |
|||||||
шение обеспечило практически полную очистку шлака от металла. |
по- |
||||||||||
Высокоэффективная мокрая очистка газов после |
обжиговых |
||||||||||
чей практически полностью улозила пыль и |
позволила |
|
вернуть |
ее |
|||||||
в цикл. |
|
|
|
|
механизация |
основных |
|||||
Автоматизация управления процессом, |
|||||||||||
операций, |
сорбционная очистка сточных вод с выделением уловлен |
||||||||||
ной пятиоккси ванадия и организация |
водного |
цикла |
- все |
это |
не |
||||||
сомненные |
преимущества известковой |
технологии. |
Однако такие цен |
||||||||
ные элементы, как хром и марганец, |
теряются |
с |
отвалом. |
|
|
||||||
Сточные воды, образующиеся главным образом после гидролити |
|||||||||||
ческого |
осаждения пятиохиси ванадия |
в количестве 80-100 |
м3/ч |
|
|||||||
при 65-75 |
°С, имели |
состав ( г /л ) : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tiO s ........ |
|
ТЮ2 |
e... |
|
|
|
|
||||
Si |
........ |
|
•••• |
|
|
|
|
||||
Fenr„ , . . . . . . ........ |
0,001-0,003 |
MnO |
. . . . .... |
3 - 6 |
|
||||||
CaO ........ ........ |
0,1-0,5 |
MgO |
|
. . . . |
|
1 |
'• x 9^ |
|
|||
t y O j ........ |
|
p |
|
. . . . |
|
|
|
|
Действующая в 1983 г. в ОАО "Ванадий-Тулачермет" технология очистки сточных вод была временной, так как не обеспечивала возв рат вод после их очистки в технологический оборот. Воды, нейтрали зованные известковым молоком до pH = 9-10, сбрасывались через шламонакопитель, где осаждались твердые продукты известкования, в ре ку. Состав жидкой фазы после известкования (г/л):
VgOs.................. |
1,5-2, о |
СаО |
Р............. |
1,6-1,2 |
Si . . . . . . . . . |
0,02-Ъ.и4 |
|
(J,001-0,008 |
Оощее солесодержание 3 г/л.
j