ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВАНАДИЯ ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ РЕСУРСОВ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается изучение состава веществ месторождения Сиджак и разработки оптимальной схемы обогащения образцов месторождения и излечение ванадия из техногенных ресурсов

ABSTRACT

The article discusses the study of the composition of the substances of the Sidzhak deposit and the development of an optimal scheme for the enrichment of deposit samples and the recovery of vanadium from technogenic resources

Ключевые слова: горючие сланцы, ванадий, сланцы металлы, минералы, месторождение, сплавы, твердость, уран, титан, элемент

Keywords: oil shale, vanadium, shale metals, minerals, deposits, alloys, hardness, uranium, titanium, element

Введение. Разведённые запасы горючих сланцев Узбекистана огромны и оцениваются около 47 млрд. тонн. Главные месторождения  горючих сланцев располагаются в пустыне Кызылкума и в Байсунских горах. Одной из определяющих особенностей качественной характеристики горючих сланцев Узбекистана является повышенное содержание металлов. Содержание металлов  в горючих сланцах Узбекистана %:V- до 0,45;  Мо -до 0,164; Cd - до 0,013;  In-9-10-г\т; а также (г\т) Sc - до 50, Au - до 0,2. Кроме того сланцы содержат в определённых количествах платиноидов и урана.

Ванадий - это самый  распространенный элемент в природе, но он в свободном виде вообще не встречается. Встречаются редко минералы, богатые ванадием, на примере надо отметить ванадинит, где содержание всего 19 % V₂0₅, патронита 17-29 %, деклуазита 22 %, купродеклуазита 17-22 %, карнотита 20 %, роскоэлита 21-29 % [4].

Ванадинит встречается в зонах окисления свинцово-цинковых рудников. Неокисленный мелкозернистый галенит встречается в небольших количествах в виде мягких масс и корок повсюду [2].

В литосфере ванадий, как типичный рассеянный элемент, встречается в комплексных полиметаллических рудах: титаномагнетитовых, ильменит-магнетитовых, уран-ванадиевых, свинцово-цинковых, медных и др. В некоторых магнетитовых, титаномагнетитовых, осадочных железных рудах и ванадийсодержащих фосфоритах бывает до 2,5-3,0 % V₂0₅. На территории Узбекистана ванадий впервые был найден в Ферганской долине.

В Узбекистане найдены месторождения ванадинита в районах Сиджак, Угамского хребта, также как сопутствующий элемент V₂O₅ (от 0,14 - 0,80%) находится Тебинбулакском месторождении (Республика Каракалпакстан, Караузякского района на правом берегу реки Амударья) титаномагнетитовых руд.  Если учитывать прогнозные запасы титаномагнетитовых руд в целом по Тебинбулакскому месторождению составляет 4,3 млрд. тонн. Не так трудно, подсчитать, сколько окиси ванадия находится в территориях Узбекистана.

Тебинбулакское месторождение является наиболее крупным металлсодержащим рудным объектом на территории Узбекистана по ванадию и титана по вещественному составу и технологическим свойствам аналогичны рудам Качканарского месторождения (Россия) [5].

При добавке ванадия в золото происходит изменение в твердости, где появляется несвойственную ему твердость. В основном твердые сплавы ванадия с золотом  можно использовать в зуботехнических целях.  Ванадий способен связывать растворенный в стали азот с образованием нитридов. Добавление ванадия в чугуны повышает их сопротивление разрушению и твердость. Накатные (визжащие) ролики, штампы для холодной штамповки и другие детали машин изготавливают из ванадиевого чугуна. Ванадий также входит в состав специального сплава для постоянных магнитов. Известны сплавы ванадия для деталей, работающих в морской воде (винтовые винты и др.), ванадиевые бронзы для некоторых ответственных деталей, твердые сплавы ванадия с золотом для целей зуботехнической техники [3].

В последнее время довольно большое количество ванадия идет в сплавы на основе титана. Хлорид ванадия используется при термохимическом разложении воды в атомно-водородной энергетике, а пентаоксид ванадия в качестве положительного электрода (анод) в мощных литиевых батареях и аккумуляторах. Ванадат серебра в резервных батареях в качестве катода.

Методы исследований

В современное время ванадий в основном извлекают из титаномагнетитовых, а также ильменит-магнетитовых руд, но и запасы титаномагнетитов могут обеспечить потребности промышленности в ванадии на сотни лет. Тем не менее, роль техногенного сырья (продукты нефтепереработки, шлаки, золы) для его получения непрерывно возрастает [4].

За рубежом были проведены исследования по переработке техногенных ресурсов и проводились опыты по получению пятиокиси ванадия из техногенных отходов [1].

Ванадий образует соединения, проявляя степени окисления от +2 до +5, при этом наиболее стойки и типичны соединения, в которых он проявляет высшую степень окисления. С увеличением степени окисления ванадия усиливаются кислотные свойства его оксидов, а также их химическая стойкость [5].

Цель исследуемой работы заключается в изучении состава веществ месторождения Сиджак и разработки оптимальной схемы обогащения образцов месторождения.

Для исследования приведены три образца технологии месторождения Сиджака: образец 1, образец 2, образец 3. Результаты химического анализа образцов показали, что в образцах количество железа и ванадия немного отличается от ожидаемого результата. В первом образце составляет 19,71% Fe₂O_3общ   и 0,31%  V₂O₅,  во втором образце - 13,61% Fe₂O_3общ и 0,36% V₂O₅,   в третьем образце - 19,98 % Fe₂O_3общ и 0,45 % V₂O₅. Материал, разработанный по составу вещества, состоит из персинита. Общий вес технологических образцов составляет 10 кг.

Для проведения исследований пробы руды измельчались в щековых дробилках в один прием крупностью от 350 мм до 5-10 мм. Поскольку мы знаем, что процессы обжига продукта и выбор процесса плавки требуют с очень мелкой поверхностью руды, поэтому мы измельчаем нашу ванадиевую руду в одноступенчатых шаровых мельницах. Исследования показали, что в процессе выделения V₂O₅ из рудного состава степень измельчения продукта крупностью 1 мм составляет 80-90%, что является оптимальными условиями сжигания и плавки с серной кислотой. Руда крупностью до 0,25-0,083 мм, обожжена и выборочно переплавлена. Полученные нами результаты не отличались от результатов, полученных нами для нашей руды размером 1 мм. Вот почему мы выбрали руду размером 1 мм как оптимальные условия для сжигания и выбранного прроцесса плавки.

Результаты и обсуждение

После дробления ванадийсодержащей руды мы подготавливаем шихту к процессу сжигания. Для этого нам нужно перевести ванадий в структуру, растворимую в воде. Из добавок, указанных в таблице ниже, мы выбираем только Na₂CO₃ 50 кг/т, потому что кальцинированная сода дешева и проста в использовании. Результаты представлены в таблице 1

Таблица 1.

Результаты процесса сжигания с добавлением натрийудерживающих соединений

Исходное количество ванадия 6400 г/т Т=650-750 ⁰С время - 4 часа

В процессе обжига происходят следующие реакции:

Na₂CO₃= Na₂O + CO₂

Na₂O + V₂O₅ = 2NaVO₃

Полученный ванадат натрия хорошо растворим в воде и кислоте.

Результаты кинетики обжига руды

Взвешиваем 100-гр. образца  руды на технических весах и добавляя к ней 5 гр. технической соды, получаем шихту. После этого помещаем в муфельную печь для обжига. Исследование процесса горения проводилось при различных температурах и проводилось в промежутке температур 600-850 ⁰С, в промежутке времени 4-5 часов. Во время обжига руду перемешиваем каждые 20-30 минут. Результаты обжига показаны в следующих таблицах 2 ,3 и графиках 1, 2.

Таблица 2.

Результаты кинетики обжига руды опыт-1

Исходное количество ванадия 6400 г/т, Т=600 ⁰С, расход технической соды Na₂CO₃ 50 г/кг

График 1. Результаты кинетики обжига руды опыт-1

Когда мы обожгли руду при 800⁰С, обоженная руда изменилась стала серой. Мы перемешивали обоженную руду каждые 20-30 минут. Наша обоженная руда стала быстро сливаться друг с другом и становилась агломератом.

Таблица 3.

Результаты кинетики обжига руды опыт-2

Исходное количество ванадия 6400 г/т, Т=850 ⁰С, расход технической соды Na₂CO₃ 50 кг/т

График 2. Результаты кинетики обжига руды опыт-2

Когда мы обожгли руду при 850⁰С, обоженная руда изменилась стала темно серой. Мы перемешивали смесь каждые 20-30 минут. Наш обоженная руда стала быстрее сливаться друг с другом и становилась агломератом.

Список литературы:

1. Гунько И.М., Червоный И.Ф. Анализ техногенных источников и технологических схем производства пентаоксида ванадия. Россия Запорожская государственная инженерная академия. 2011г.
2. Коровин С. С. Редкие и рассеянные элементы. Химия и технология: Учебник для вузов / С. С. Коровин, Д. В. Дробот, П. И. Федоров. – В трех книгах. Книга II. - М.: МИСИС, 1999.
3. Рабинович Е. Области применения ванадия / E. Рабинович, Б. Гринберг // Национальная металлургия. - 2002. - № 2. - С. 33-36. 
4. Хасанов А.С., Ражаббоев И.М., Вохидов Б.Р., Арипов А.З., Саидахмедов А.А., Шодиев А.Н. Изучение вещественного состава и разработка технологии переработки проб руд месторождения  Тебинбулак №2 (77) 2019 г. С. 57-60
5. Хасанов А.С., Вохидов Б.Р., Мамараимов Г.Ф. Разработка технология получения пятиокиси ванадия из минерального и техногенного сырьё // UNIVERSUM: Технические науки - Москва, 2020. - №1(78)  C. 78-86.