РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПЯТИОКИСИ ВАНАДИЯ ИЗ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены особенности урановых месторождений Центральных Кызылкумов, отличающихся большим разнообразием по физико-химическому и минералогическому составам. Основным из источников минерального сырья являются гидрогенные месторождения песчанникового типа, в которых основным компонентом, представляющим промышленный интерес, является уран. Еще одним, менее изученным технологами-металлургами является черносланцевый тип уран-ванадиевых месторождений.

ABSTRACT

The article discusses the peculiarity of the uranium deposits of the Central Kyzylkum, is their great diversity in terms of  physicochemical and mineralogical compositions. The main sources of mineral raw materials are hydrogenous deposits of the sandstone type, in which the main component of industrial interest is uranium. Another less studied by metallurgical technologists is the black shale type of uranium-vanadium deposits.

Ключевые слова: Черносланцевых руд, Ванадий, техногенное сырьё, комплексная переработка, сорбция урана, аммоний ванадат, кучного выщелачивания.

Keywords: Black shale ores, Vanadium, technogenic raw materials, complex processing, sorption of uranium, ammonium vanadate, heap leaching.

На протяжении последних лет проведен ряд исследований в части комплексной переработки черносланцевых руд и предложены несколько вариантов технологических схем: чановое сернокислотное выщелачивание, автоклавное выщелачивание, чановое выщелачивание с предварительным обжигом рудного материала и кучное сернокислотное выщелачивание. Учитывая конъюнктуру цен на уран и ванадий, применение первых трех способов переработки предварительными расчетами показали низкую экономическую эффективность их промышленного освоения [1, 2, 3]. Менее затратным в аппаратурном оформлении является комплексная переработка способом кучного выщелачивания (КВ) непосредственно вблизи расположения от месторождения черных сланцев [4].

Следует отметить, что применение способа КВ имеет основной существенный недостаток в части извлечения ванадия, значение которого не превышает 28 % [4]. Исследования по увеличению эффективности КВ в отношении ванадия продолжаются и в настоящее время.

В данной статье рассматривается возможность получения пятиокиси ванадия из техногенного сырья, образованного после извлечения урана и меди из черносланцевых руд способом КВ. На основе изучения данной тематики и анализа результатов проведенных исследований авторы пришли к выводу, что после извлечения урана и меди хвосты кучного выщелачивания необходимо подвергнуть доизвлечению ванадия способом сульфатизации. Для решения данной задачи определена и проработана специальная комбинированная технология выщелачивания техногенного сырья и селективное осаждение ванадия при определенном pH, и разделение его из ненужных примесей. При разработке технологии извлечения ванадия из руды за основу было взята технология выщелачивание и дробное осаждение руды от примесей.

Для проведения лабораторных работ был отобран раствор маточников сорбции урана из продуктивных растворов сульфатизации. Состав растворов маточника сорбции урана приведен в табл. 1:

Таблица 1.

Состав маточников сорбции урана

На первоначальном этапе произвели осаждение ванадия и железа аммиачной водой при рН=3.9-4,2 и последующую фильтрацию. В результате были получены следующие данные (табл.2):

Таблица 2.

Результаты осаждения чернового концентрата ванадия
из маточников сорбции урана

Как видно из полученных результатов при pH в пределах 3,9-4,2 в основном из маточников сорбции урана осаждается V и Fe³⁺. В полученном осадке ванадий и железо находятся в виде гидроксидов.

На следующем этапе, из полученного осадка было произведено растворение ванадия щелочью NaOH с подачей воздуха для окисления V⁴⁺ в V³⁺. По результатам ранее проведенных лабораторных работ по выделению пятиокиси V₂O₅ из отработанных катализаторов химического производства, определено, что наиболее эффективно V растворяется в растворе NaOH при перемешивании с воздухом и подогревом. При 50°С процесс выщелачивания протекает лучше, чем при 70^oС. Это объясняется тем, что при 70°С увеличивается вероятность протекания процесса гидролиза. В процессе выщелачивания при 70°С в раствор переходят не только соединения ванадия но и марганца, железа и других примесей, которые в процессе гидролитического выделения ванадия осаждаются вместе с ним, загрязняя получаемый раствор. Результаты щелочного растворения V приведены в табл.3:

Таблица 3.

Результаты щелочного растворения при 50°С чернового концентрата ванадия

Как видно из таблицы 3, в результате щелочной обработки чернового концентрата, железо практически не переходит в раствор и остается в осадке.

Согласно справочным данным оптимальная среда pH, при котором происходит осаждение солей ванадата, находится в пределах 4,0-8,6. Поэтому на данном этапе было решено из фильтрата удалить примеси, которые осаждаются в диапазоне рН>9.2 Таким образом, раствор фильтрата подвергли дробному осаждению серной кислотой, снизив pH с 13,7 до 9,2 образовавшийся осадок был отфильтрован и проанализирован (табл.4):

Таблица 4.

Результаты дробного осаждения примесей из фильтрата 1 (щелочной обработки чернового концентрата)

В результате дробного осаждения при рН=9,2 происходит выделение солей примесей металлов (Na, Си, Fe и др.) в виде сульфатов, также частично осаждается и ванадий.

Для выделения ванадия из полученного фильтрата дробного осаждения (раствор ванадата натрия) был применён способ высаливания в аммиачно-нитратной среде. Для этого в раствор при комнатной температуре и непрерывном перемешивании добавляли аммиачную селитру.

Образованную пульпу перемешивали в течении 2 часов, затем проводили отстой в течении 12 часов и фильтрацию. Химизмы щелочной обработки чернового концентрата и высаливания можно представить в виде следующих реакций:

V (ОН)₅ + NaOH = NaVO₃ + 3H₂O

ванадат натрия

NaVO₃ + NH₄NO₃ = NH₄VO_3i↓+ Na NO₃

ванадат аммония

Полученный осадок ванадата аммония был отфильтрован с последующей сушкой. Результаты стадии высаливания NH₄VO₃ приведены в таблице 5.

Таблица 5.

Результаты высаливания NH₄VO₃ аммиачной селитрой

В следствии того, что извлечение ванадия осуществляется из урансодержащих растворов проведено измерение эффективной удельной активности полученного ванадата аммония (табл.6):

Таблица 6.

Результаты измерения эффективной удельной активности (А_Эфф) ванадата аммония

На заключительном этапе исследований провели обжиг осадка ванадата аммония при температуре 500-600 °С по реакции:

t

2NH₄VO₃ = V₂O₅ + 2NH₃^↑ + Н₂О^↑

Ниже приведены результаты анализа состава прокаленного продукта пятиокиси ванадия (табл.7):

Таблица 7.

Состав прокаленного продукта пятиокиси ванадия V₂O₅

В целом принципиальная технологическая схема извлечения ванадия из маточных растворов кучного выщелачивания черносланцевых руд представлена на рис.1:

Осадок пятиокиси ванадия

[V₂0₅]= 81.2%; [Fe₂O₃]<0.5%

Рисунок 1. Принципиальная технологическая схема получения V₂O₅ из маточников сорбции урана при КВ ЧС руд

Список литературы:

1. Петухов О.Ф. Формы нахождения токсичных элементов в технологических растворах подземного выщелачивания // Горный вестник Узбекистана. - 2005. - №5. - С. 88-89.
2. Серебрякова М.Б. Опыт применения физико-химических методов для экспериментального определения форм нахождения металлов в подземных водах // Геохимия. - 1964. - №9. - С. 926-935.
3. Толстов E.A., Толстов Д.Е. Физико-химические геотехнологии освоения месторождений урана и золота в Кызылкумском регионе. - М.: Геоинформцентр, 2002. - С. 13-16.
4. 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.