РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СОРБЦИИ ВАНАДИЕВОГО СУЛЬФАТНОГО РАСТВОРА

АННОТАЦИЯ

В данной статье  представлена технология получения ванадия новым методом (ОВС) обжиг – выщелачивания – сорбции. Представлена результаты по сорбции ванадия различными смолами, результаты по десорбции ванадия в статических условиях и выводы.

ABSTRACT

This article presents the technology for obtaining vanadium using a new method (RLS) of roasting - leaching - sorption. The results on the sorption of vanadium by various resins, the results on the desorption of vanadium under static conditions and conclusions are presented.

Ключевые слова: сорбция, ванадий, раствор, пульпа, смола, выщелачивание, десорбция.

Keywords: sorption, vanadium, solution, pulp, resin, leaching, desorption.

Перед выщелачиванием руды Сиджакского месторождения, измельчали до класса – 0,074 мм (выход 80%). Выщелачивание ванадия проводили при сернокислотном выщелачивании  обожженных ванадийсодержащих огарков в присутствии химического окислителя (10% Н₂О₂) наиболее высокая степень извлечения ванадия в раствор достигается при концентрации серной кислоты 10%, с использованием серной кислоты в термостатированных реакторах с мешалками при скорости перемешивания n = 500 об/мин, температуре выщелачивания 65ºС, соотношения Т:Ж=1:4 и продолжительности процесса 1 час. По окончании выщелачивания пульпу фильтровали, осадок промывали водой при соотношении Т:Ж=1:3. Первый фильтрат (продуктивный раствор) использовали для последующего извлечения ванадия сорбцией.

В исследованиях использовали сульфатный раствор, состав которого представлен в табл. 1.

Таблица 1.

Состав сульфатного ванадийсодержащего раствора

Сорбция ванадия в статических условиях

В работе исследовано сорбция ванадия из сложных сульфатных растворов с использованием различных ионообменных смол. В исследованиях использовали раствор которое быль получен сернокислотном выщелачивание обожжённого огарка руд месторождении Сиджак, состав которого представлен выше, в табл. 1.

Сорбцию проводили в статическом режиме: перемешивание осуществляли в пачуках при объёмном соотношении смола: раствор, V_см:V_р = 1:2000, температуре 25⁰С, времени перемешивания τ = 24 ч.

Результаты по сорбции ванадия в статических условиях представлены в табл. 2.

Таблица 2.

Результаты по сорбции ванадия различными смолами

Как видно из результатов табл. 24, из раствора с рН=1,1, в котором ванадий представлен в четырёхвалентном состоянии в виде ванадил – катиона VO⁺₂, сорбции ванадия с применением анионитов не происходит. При этих условиях ванадий сорбируют амфолит и катионит. Насыщение амфолита ВПК по ванадию составило 8,7 мг/г, а по основной катионной примеси Fe⁺² – 57,2 мг/г. При этих условиях сорбция ванадия также возможна с использованием катионитов – для карбоксильного катионита КУ2х8 насыщение по ванадию составило 4,7 мг/г, а по железу 42,2 мг/г.

Результаты показывает при четырёхвалентно соединения ванадия плохо сорбируется в ионообменных смолах, которое выщелачивание с добавлением перекисью водорода полностью переводить ванадия пятивалентное форме, которое при ионообменных процессах сорбированное в смоле осуществляются полностью. 

Таблица 3.

Результаты по сорбции ванадия из раствора, окисленного перекисью водорода

Как видно из результатов табл. 3, после окисления раствора перекисью водорода, сорбция ванадия анионитами протекает достаточно успешно.

Рисунок 1. Зависимость сорбции ванадия от продолжительности процесса и степени сорбции при различных ионообменных смол

Из выбранных анионитов наилучшие показатели по насыщению ванадием обеспечивает применение слабоосновных анионитов А-110 и А-110FL (фирма Purolite). Амфолит ВПК сорбирует ванадий с насыщением даже выше, чем аниониты, но он также эффективно сорбирует железо. Катионит Токем ванадий не сорбирует, поскольку он находится в форме анионов.

Сорбция ванадия из сернокислых растворов в динамике

Опыты по сорбции ванадия в динамических условиях проводили с использованием стандартных сорбционных колонок. Объём смол в колонках составлял 50 мл. Раствор на сорбцию подавался снизу колонки при скорости пропускания 2 об/об∙час (100 мл/час). Сорбцию вели до полного проскока, т.е. до концентрации ванадия в маточниках сорбции 72,8 мг/л (С_МАТ = С_ИСХ =72,8 мг/л). После достижения проскока, сорбцию останавливали, колонку разгружали, смолу отмывали водой, сушили и анализировали на содержание ванадия. Таким образом определяли полную динамическую обменную ёмкость смол (ПДОЕ).

Таблица 4.

Сравнительные результаты по степени сорбции смолы и способам сорбции

Сравнительные результаты по значениям ПДОЕ и статических обменных емкостей (СОЕ) приведены в табл. 4 и 5.

Таблица 5.

Сравнительные результаты по емкостям смол

Как видно из результатов табл.5 для всех изучаемых смол значения ПДОЕ по ванадию примерно на 10-12% ниже, чем СОЕ.

Десорбция ванадия из насыщенных смол

Десорбцию из насыщенных смол проводили растворами 100 г/л NH₄OH и 50 г/л NaOH. (При концентрации NaOH более 60 г/л происходит омыление смолы). Перед десорбцией смолу отмывали от кислоты водой при V_СМ : V_Р = 1:2. Десорбцию в статических условиях вели в реакторах с мешалками, при температуре t = 40-45⁰С, соотношении V_CМ:V_Р =1:10 и времени десорбции 6 ч. Результаты по десорбции ванадия в статических условиях представлены в табл.28.

Таблица 6.

Результаты по десорбции ванадия в статических условиях Удельный объём смол, ρ=2,5 см³/г

Как видно из результатов табл.6, использование раствора аммиака на операции десорбции ванадия неприемлемо, так как остаточная ёмкость по ванадию получается высокой. Использование для десорбции раствора 50 г/л NaOH обеспечивает полноту десорбции ванадия 73,5% и 90,9% для смол D301 G и А-110 соответственно.

Учитывая более высокие значения насыщения и более высокую полноту регенерации ванадия, рекомендуем для извлечения ванадия из растворов использовать слабоосновной анионит А – 110FL.

Отмывка анионита от железа и перевод смолы в SO^-2₄ – форму

В процессах сорбция – десорбция ванадия на смоле будет накапливаться в качестве примесей железо. Отмывка анионита от железа проводилась раствором серной кислоты концентрацией 25 и 50 г/л. Условия десорбции: анионит А-110FL, условия статические – перемешивание под мешалкой, время 6ч, температура 25⁰С, = V_СМ : V_Р = 1:2.  Результаты по отмывке смолы А-110 от железа с одновременным переводом её в SO^-2₄ – форму приведены в табл.7.

Таблица 7.

Результаты по отмывке анионита А-110FL от железа

Как видно из табл.7, для отмывки анионита А-110FL от железа целесообразно использовать раствор серной кислоты с концентрацией 25 г/л H₂SO₄. Повышение концентрации серной кислоты в десорбирующем растворе не приводит к снижению остаточного содержания железа в смоле, но при этом начинается десорбция ванадия.

Выводы

В результате проведенных анализов:

1. Внедрение процесса сернокислотного выщелачивания огарков при добавление окислителя температуре 25-85⁰С при соотношение продуктов Т:Ж=1,2:1,5, с концентрацией серной кислотой 5-10 % в течение 0,5-3 часов, в качестве окислителя использовали 10% раствор Н₂О₂ которое позволило повысот степен выщелачивания ванадия до 92,27%;
2. Показано, что для эффективной сорбции ванадия анионитами из кислых сульфатных растворов, необходимо проводить предварительное  окисление растворов перекисью водорода при массовом отношении  V:H₂O₂ ≈ 1:4,6. Ванадий при этом переходит в анионную форму. Железо при этом практически не сорбируется. Для сорбции ванадия рекомендован слабоосновной анионит А-110FL. Внедрена технология сорбции ванадия из сернокислого раствора при соотношении Т:Ж=1:2, температура процесса 25⁰С, времени перемешивания τ = 24 ч. при этим степен сорбции ванадия доведена до 95% с применением анионит А-110FL;
3. Проведены исследования по десорбции ванадия растворами аммиака и гидроокиси натрия. Рекомендовано для десорбции ванадия использовать раствор NaOH с концентрацией 50 г/л. Отмывку анионита от железа и перевод в SO^-2₄ – форму рекомендовано проводить серной кислотой с концентрацией 25 г/л.
4. Изучено параметры осаждение ванадия в виде ванадат аммония из сернокислых растворов. Ванадий осаждают аммиаком из растворов, растворимость NH₄VO₃ уменьшается с увеличением избытка аммиака в растворе. При температуре осаждения 50-60 °С, концентрации V₂O₅ 45-60 г/л и перемешиванием получается крупнокристаллический осадок (~ 0,4 мм) легко фильтрующийся NH₄VO₃.

В результате множество опытных экспериментов и лабораторных исследованиях разработана технологическая схема переработка ванадийсодержащих руд с комплексным извлечением редких металлов и установлено оптимальное параметры процессов.

Список литературы:

1. А.С.Хасанов, Б.Р. Вохидов, Г.Ф.Мамараимов Разработка технологии получения ванадия из минерального и техногенного сырья// Universum: технические науки: электронный научный журнал., 2022. 12(105). C.43-47.
2. Винаров И. В., Владимирова О. В., Починок И. В., Янкелевич Р. Г. Регенерация ценных компонентов отработанного катализатора окисления SO2 – СВД // Комплексное использование минерального сырья. – №6(168). – 1992. – С. 77.
3. Б.Р.Вохидов // Автореферат диссертационное работы // Разработка и усовершенствование технология извлечения редких и благородных металлов из различного сырья // Ташкент 2022 г. – С.44.
4. Г.Ф.Мамараимов, А.С.Хасанов, Б.Р. Вохидов Извлечения ванадия из техногенных ресурсов// Universum: технические науки: электронный научный журнал., 2022. 12(105). C.53-57.
5. Винаров, И.В. Регенерация ценных компонентов отработанного катализатора окисления SO2– СВД [Текст] / И. В. Винаров, О. В. Владимирова, И. В. Починок, Р. Г. Янкелевич // Комплексное использование минерального сырья. - 19 - № 6 (168). - С. 77.