Аппаратурно-технологическая линия для получения пентаоксида ванадия из окситрихлорида ванадия

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии, в частности к гидрометаллургии и может быть реализована на химико-металлургических предприятиях для получения товарного V₂O₅ при переработке технического окситрихлорида ванадия, получаемого при очистке технического тетрахлорида титана от соединений ванадия. Задачей предлагаемой полезной модели является создание новой «Аппаратурно-технологической линии...», совокупность оборудования которой дает возможность получать из технического окситрихлорида ванадия товарный пентаоксид ванадия и обеспечивает обезвреживание и утилизацию образующихся отходов производства. Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого технического решения заключается в отделении соединений ванадия от титана и примесей других металлов и обеспечение возможности утилизации отходов производства - оксигидрата титана в форме товарного продукта - высокопрочного гранулированного ванадийсодержащего катализатора, реализуемого на предприятиях химической промышленности, для проведения химических процессов органического синтеза. Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемой полезной моделью - «Аппаратурно-технологической линией для получения пентаоксида ванадия из окситрихлорида ванадия», включающей реактор с мешалкой для разложения окситрихлорида ванадия, имеющий на крышке патрубки, один из которых подсоединен к последовательно установленным дозатором и баком для приготовления раствора гидроксида натрия. Другой патрубок образует герметичное соединение с транспортируемой емкостью с

исходным окситрихлоридом ванадия и обеспечивает крепление распределительного устройства, к крышке реактора и его расположение под слоем раствора гидроксида натрия ниже уровня мешалки, бак-кристаллизатор метаванадата аммония, имеющий соединения с дозатором и баком с мешалкой для получения раствора хлорида аммония, после бака-кристаллизатора установлен фильтр-1 для выделения из суспензии осадка метаванадата аммония и его промывки, фильтр-1 имеет соединение с баком-сборником маточных растворов и промвод метаванадата аммония и баком-репульпатором, на крышке которого имеются патрубки для подсоединения к линии раздачи дистиллированной воды и патрубок для соединения с дозатором раствора хлорида аммония, фильтр-1 имеет также разгрузочный узел твердой фазы - метаванадата аммония, соединенный с прокалочной печью, бак-сборник маточных растворов и промвод метаванадата аммония соединен с реактором с мешалкой для обезвреживания растворов - сточных вод от ионов ванадия, на крышке реактора имеются патрубки для подсоединения реактора к баку-сборнику, баку-дозатору раствора, содержащего хлорид железа (II) и дозатору раствора гидроксида натрия, выход оксигидратной пульпы из патрубка нижнего слива через запорно-регулирующую арматуру и насос направлен на фильтр-2 для выделения из пульпы осадка оксигидрата железа с «захваченными» и сорбированными соединениями ванадия. Новым в предложенном техническом решении является то, что выход пульпы из реактора для разложения технического окситрихлорида ванадия направлен через насос на фильтр-пресс-3, соединенный с баком-кристаллизатором метаванадата аммония, корыто фильтр-пресса-3 имеет разгрузочный люк, оснащенный запорно-распределительным устройством, обеспечивающим подачу осадка оксигидрата титана либо в обогреваемый бак-репульпатор с раствором гидроксида натрия для доизвлечения ванадия, либо в транспортируемый контейнер, оборудованный разгрузочным узлом, связанным со шнековым смесителем, к которому подсоединен дозатор силиката натрия и дозатор

оксида кальция, выход образующейся композиции из шнекового смесителя направлен в загрузочный люк экструдера, снабженного вращающимся шнеком, продавливающим пастообразную композиционную смесь через фильеры, после экструдера установлено вибросито, под которым находится сборник мелкой некондиционной фракции, выход товарной продукции с вибросита направлен в бункер-дозатор готового продукта, соединенный со сборно-расходным бункером и с затарочной машиной.

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии, в частности к гидрометаллургии и может быть реализована на химико-металлургических предприятиях для получения товарного V₂О₅ при переработке технического окситрихлорида ванадия, получаемого при очистке технического тетрахлорида титана от соединений ванадия.

Известно техническое решение - «Установка для переработки технического пентаоксида ванадия» (Свидетельство на ПМ 22666 по заявке 2001124939/20 (02663) с приор, от 07.09.2001. Зарег. и опубл. 20.04.2002. Бюл. 11; МПК⁷ С22В 34/22).

Известная «Установка» включает в себя реактор для выщелачивания технического окситрихлорида ванадия, соединенный с ним бак для раствора щелочи и бак-дозатор гипохлорита натрия, фильтр-пресс для отделения нерастворимого остатка, бак-сборник раствора метаванадата натрия, кристаллизатор метаванадата аммония, нутч-фильтр, печь для разложения метаванадата аммония.

Известное техническое решение обеспечивает высокую степень извлечения соединений ванадия из исходного сырья и дает возможность получения высококачественного пентаоксида ванадия.

Недостатком известной «Установки» является отсутствие в ее составе оборудования для переработки технического окситрихлорида ванадия.

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому при этом техническому результату является известный «Аппаратурно-технологический комплекс для получения пентаоксида

ванадия» (Патент РФ на ПМ 74636 по заявке 2008105007 с приор, от 11.02.2008. Зарег. и опубл. 10.07.2008. Бюл. 19) - принят за ПРОТОТИП.

Техническое решение по прототипу включает в себя следующее основное технологическое оборудование: реактор для щелочной обработки исходных ванадийсодержащих материалов, имеющий герметичное соединение с транспортируемой емкостью с окситрихлоридом ванадия, причем выход окситрихлорида ванадия из транспортируемой емкости через запорно-регулирующую арматуру направлен в распределительное устройство, расположенное в реакторе ниже уровня мешалки. Реактор с мешалкой для щелочной обработки исходных ванадийсодержащих материалов, соединен с баком для приготовления и подачи раствора гидроксида натрия, бак-кристаллизатор метаванадата аммония, имеющий соединения с последовательно-установленным и баком-дозатором и расходно-накопительным баком для приготовления и подачи раствора хлорида аммония, на крышке бака-кристаллизатора имеется загрузочный люк, в который направлен выход из бункера-сборника хлорида натрия, после фильтра-1 установлен бак-репульпатор осадка метаванадата аммония, патрубок нижнего слива суспензии из которого имеет соединение с фильтром-1 для выделения осадка метаванадата аммония из суспензии и его промывки, прокалочную печь для разложения метаванадата аммония бак-сборник маточных растворов и промвод метаванадата аммония, реактор для обезвреживания и нейтрализации ванадийсодержащих сточных вод, соединенный через дозатор с баком-сборником железо(II) - содержащих растворов и баком для приготовления и подачи раствора гидроксида натрия, реактор для обезвреживания и нейтрализации ванадийсодержащих сточных вод соединен с фильтром-2 для выделения из пульпы осадка оксигидратов железа (II и III) с примесями соединений ванадия.

Техническое решение по прототипу обеспечивает получение товарного пентаоксида ванадия из товарного окситрихлорида ванадия (99,0-99,9% VОСl₃ ) и дает возможность обезвреживать от ванадия сточные (сбросные)

воды, образующиеся при получении пентаоксида ванадия - маточные растворы и промводы метаванадата аммония.

Недостатком технического решения - «Аппаратурно-технологической линии» по прототипу является отсутствие в ее составе необходимого оборудования для получения товарного пентаоксида ванадия из технического окситрихлорида ванадия, содержащего помимо VОСl₃ до 10-70% тетрахлорида титана - TiCl₄.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание новой «Аппаратурно-технологической линии...», совокупность оборудования которой дает возможность получать из технического окситрихлорида ванадия товарный пентаоксид ванадия и обеспечивает обезвреживание и утилизацию образующихся отходов производства.

Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого технического решения заключается в отделении соединений ванадия от титана и примесей других металлов и обеспечение возможности утилизации отходов производства - оксигидрата титана в форме товарного продукта - высокопрочного гранулированного ванадийсодержащего катализатора, реализуемого на предприятиях химической промышленности, для проведения химических процессов органического синтеза.

Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемой полезной моделью - «Аппаратурно-технологической линией для получения пентаоксида ванадия из окситрихлорида ванадия», включающей реактор (1) с мешалкой для разложения окситрихлорида ванадия, имеющий на крышке патрубки, один из которых подсоединен к последовательно установленным дозатором (3) и баком (4) для приготовления раствора гидроксида натрия. Другой патрубок образует герметичное соединение с транспортируемой емкостью (2) с исходным окситрихлоридом ванадия и обеспечивает крепление распределительного устройства (8), к крышке реактора (1) и его расположение под слоем раствора гидроксида натрия ниже уровня мешалки,

бак-кристаллизатор (9) метаванадата аммония, имеющий соединения с дозатором (10) и баком (11) с мешалкой для получения раствора хлорида аммония, после бака-кристаллизатора (9) установлен фильтр-1 (12) для выделения из суспензии осадка метаванадата аммония и его промывки, фильтр-1 (12) имеет соединение с баком-сборником (13) маточных растворов и промвод метаванадата аммония и баком-репульпатором (14), на крышке которого имеются патрубки для подсоединения к линии раздачи дистиллированной воды и патрубок для соединения с дозатором (10) раствора хлорида аммония, фильтр-1 (12) имеет также разгрузочный узел (15) твердой фазы - метаванадата аммония, соединенный с прокалочной печью (16), бак-сборник (13) маточных растворов и промвод метаванадата аммония соединен с реактором (18) с мешалкой для обезвреживания растворов - сточных вод от ионов ванадия, на крышке реактора (18) имеются патрубки для подсоединения реактора (18) к баку-сборнику (13), баку-дозатору (17) раствора, содержащего хлорид железа (II) и дозатору (3) раствора гидроксида натрия, выход оксигидратной пульпы из патрубка нижнего слива через запорно-регулирующую арматуру и насос направлен на фильтр-2 (19) для выделения из пульпы осадка оксигидрата железа с «захваченными» и сорбированными соединениями ванадия. Новым в предложенном техническом решении является то, что выход пульпы из реактора (1) для разложения технического окситрихлорида ванадия направлен через насос на фильтр-пресс-3 (20), соединенный с баком-кристаллизатором метаванадата аммония(9), корыто (21) фильтр-пресса-3 (20) имеет разгрузочный люк (22), оснащенный запорно-распределительным устройством (23), обеспечивающим подачу осадка оксигидрата титана либо в обогреваемый бак-репульпатор (24) с раствором гидроксида натрия для доизвлечения ванадия, либо в транспортируемый контейнер (25), оборудованный разгрузочным узлом (26), связанным со шнековым смесителем (27), к которому подсоединен дозатор (28) силиката натрия и дозатор оксида кальция (29), выход образующейся композиции из шнекового

смесителя направлен в загрузочный люк (30) экструдера (31), снабженного вращающимся шнеком (32), продавливающим пастообразную композиционную смесь через фильеры (33), после экструдера (31) установлено вибросито (34), под которым находится сборник (35) мелкой некондиционной фракции, выход товарной продукции с вибросита направлен в бункер-дозатор готового продукта (36), соединенный со сборно-расходным бункером (37) и с затарочной машиной (38).

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРЕДЛАГАЕМОЙ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Предлагаемое техническое решение работает и эксплуатируется следующим образом (см. рис.).

В реактор (1) с мешалкой из дозатора (3), соединенного с баком (4) закачивают (или самотеком) раствор (20-200 г/дм³) гидроксида натрия и затем, при включенной мешалке через распределительное устройство (8) из транспортируемой емкости (2) подают технический окситрихлорид ванадия (30-90% VОСl₃+10-70% TiCl₄). Скорость подачи регулируют запорно-регулирующей арматурой. В реакторе (1) происходит «разложение» технического окситрихлорида ванадия с образованием пульпы - раствора метаванадата натрия - NaVO₃ и тонкодисперсного осадка оксигидратов титана - TiO(OH)₂, Ti(OH)₄, ТiO₂, nH ₂O и др. Эту пульпу из реактора (1) через патрубок нижнего слива закачивают насосом (на рис. не показан) на фильтр-3 (20), в качестве которого преимущественно используют фильтр-пресс. Фильтрат-раствор метаванадата натрия - NaVO₃ направляют в бак-кристаллизатор (9). После заполнения фильтра осадком, последний сбрасывают в корыто (21) и затем через разгрузочный люк (22), запорно-регулирующее и распределительное устройство (23) подают в бак-репульпатор (24), в который предварительно залит - из дозатора (3) раствор гидроксида натрия. Пульпу в баке-репульпаторе (24) выдерживают при непрерывном перемешивании при 60-90°С в течение 0,5-2 часов для

доизвлечения соединений ванадия из фазы осадка в раствор. По окончанию репульпации пульпу из бака-репульпатора (24) насосом закачивают на фильтр-3 (20), раствор метаванадата натрия отделяют от осадка и направляют в бак-кристаллизатор (9). Осадок выгружают с фильтра-3 (20) сначала в корыто (21), а затем в транспортируемый контейнер (25) осадка оксигидрата титана с примесями ванадия. Из этого контейнера (25) осадок направляют через разгрузочный узел (26) в шнековый смеситель (27), одновременно в шнековый смеситель (27) из дозатора (28), соединенного с расходным бункером (28-1) загружают силикат натрия - Na₂SiO₃, а из дозатора (29) и расходного бункера (29-1) загружают оксид кальция - СаО. Из шнекового смесителя (27) получаемую композиционную смесь направляют через загрузочный люк (30) в экструдер (31), из фильеров (33) которого гранулы поступают на вибросито (34). Мелкую, нетоварную и некондиционную фракцию собирают в сборнике (35), из которого эту фракцию направляют в шнековый смеситель (27). Готовую продукцию - гранулированный катализатор для органического синтеза выгружают в бункер-сборник (36), из которого товарный гранулированный катализатор поступает в сборно-расходный бункер (37) из которого катализатор направляют в затарочную машину (38) и затем отгружают потребителям.

Для получения товарного пентаоксида ванадия раствор метаванадата натрия - NaVO₃, очищенный от соединений титана, с фильтр-пресса (20) закачивают в бак-кристаллизатор (9) метаванадата аммония, в который при включенной мешалке подают расчетное количество хлорида аммония - либо в твердом виде, либо в виде раствора. Образующуюся суспензию при необходимости охлаждают и выдерживают, в результате чего из раствора в твердую фазу выделяется кристаллический осадок метаванадата аммония - NH₄VO₃.

Суспензию затем подают на фильтр-1 (12), в качестве которого могут быть использованы нутч-фильтры, фильтр-прессы (ручные и/или автоматические), барабанные вакуум-фильтры и т.п. осадок метаванадата

аммония отделяют от маточного раствора, который собирают в баке-сборнике (11). Осадок на фильтре-1 (12) промывают разбавленным (1-3%) раствором хлорида аммония, в количестве 2-3 объемов на 1 объемов осадка. Промводы собирают в баке-сборнике (11). Затем осадок с фильтра-1 (12) выгружают в бак-репульпатор (14), в который предварительно заливают (закачивают) разбавленный (1-3%) раствор хлорида аммония. Осадок NH₄ VO₃ репульпируют при соотношении Ж:Т=(3-10):1, суспензию закачивают на фильтр-1 (12), фильтрат собирают в баке-сборнике (13). Осадок на фильтре-1 (12) вновь промывают разбавленным (1-3%) раствором хлоридом аммония. Все промводы собирают в баке-сборнике (13). Промытый («отмытый» от хлорида натрия) осадок NH₄VO₃ выгружают с фильтра-1 и загружают в прокалочную печь (16), в качестве которой преимущественно используют цилиндрическую вращающуюся печь, установленную под небольшим (3-5°) наклоном к горизонтальной оси и имеющую по всей длине несколько зон нагрева и прокалки с различной температурой от 100-150°С до 500-550°С. По мере прохождения осадка NH₄VO₃ от загрузочного люка до разгрузочного узла происходит разложение метаванадата аммония с получением товарного порошкообразного пентаоксида ванадия.

По окончанию процесса прокалки, полученный товарный пентаоксид ванадия выгружают из прокалочной печи (16), затаривают в мешки и отгружают потребителям.

Для обезвреживания от ванадия всех образующихся ванадийсодержащих сточных вод (маточных растворов, промвод) объединенные стоки из бака-сборника (13) закачивают в реактор (18), затем в этот реактор при включенной мешалке последовательно подают из дозатора (13) и бака-сборника (14) раствор соли двухвалентного железа - FeCl₂ или FeSO₄, после чего из дозатора (4) и бака (5) подают раствор гидроксида натрия. Пульпу в реакторе (12) перемешивают и закачивают на фильтр-2 (16). Осадок оксигидрата железа, содержащий ванадий, извлеченный из стоков, отделяют от очищенного (обезвреженного) от ванадия хлоридного

(NaCl, NH₄Cl) раствора, промывают на фильтре водой, выгружают с фильтра-2 (16) и направляют на дальнейшую переработку и утилизацию. Фильтрат и промводы, очищенные от ванадия, собирают в сборнике (39) и затем - после контрольного химического анализа на ванадий сбрасывают в канализацию.

АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНТАОКСИДА ВАНАДИЯ ИЗ ОКСИТРИХЛОРИДА ВАНАДИЯ

1 - реактор для разложения окситрихлорида ванадия;

2 - транспортируемая емкость с исходным техническим окситрихлоридом ванадия;

3 - дозатор раствора гидроксида натрия;

4 - бак для приготовления раствора гидроксида натрия;

5 - люк для загрузки в бак (4) NaOH тв.;

6 - линия «раздачи» дистиллированной воды;

7 - патрубок для подачи в бак-кристаллизатор (9) хлорида аммония;

8 - распределительное устройство для подачи исходного технического окситрихлорида ванадия под слой раствора гидроксида натрия, ниже уровня мешалки;

9 - бак-кристаллизатор метаванадата аммония;

10 - дозатор раствора хлорида аммония;

11 - бак для приготовления раствора хлорида аммония;

12 - фильтр (ф-1) для выделения из суспензии осадка метаванадата аммония;

13 - бак-сборник маточных растворов и промвод метаванадата аммония;

14 - бак-репульпатор осадка метаванадата аммония;

15 - разгрузочный узел фильтра - 1 (12)

16 - прокалочная печь для разложения NH₄ VO₃ с получением товарного пентаоксида ванадия.;

17 - дозатор растворов хлорида или сульфата железа (II);

17.1 - бак для приготовления и/или хранения исходных растворов хлорида или сульфата железа (II);

18 - реактор для обезвреживания ванадийсодержащих маточных растворов и промвод метаванадата аммония;

19 - фильтр - 2 (фильтр-пресс) Ф-2 для выделения из пульпы осадка оксигидрата железа с примесями соединений ванадия;

20 - фильтр - 3 (фильтр-пресс) для выделения из пульпы - после разложения (VOCI₃+TiCI₄) технического окситрихлорида ванадия;

21 - корыто фильтра-3;

22 - разгрузочный люк корыта (18) фильтра - 3(19);

23 - запорно-регулирующее распределительное устройство;

24 - обогреваемый бак-репульпатор с мешалкой для репульпации осадка оксигидрата титана;

25 - транспортируемый контейнер с оксигидратом титана;

26 - разгрузочный люк;

27 - шнековый смеситель;

28 - дозатор силиката натрия - Na₂SiO₃;

28.1 - расходный бак силиката натрия;

29 - дозатор оксида кальция;

29.1 - расходный бункер оксида кальция;

30 - загрузочный люк экструдера;

31 - экструдер;

32 - вращающийся шнек экструдера;

33 - фильеры экструдера;

34 - вибросито;

35 - сборник мелкой некондиционной (нетоварной) фракции;

36 - бункер-сборник готового товарного гранулированного ванадийсодержащего катализатора;

37 - сборно-расходный бункер;

38 - затарочная машина;

39 - бак-сборник обезвреженных от ванадия сточных вод.

Аппаратурно-технологическая линия для получения пентаоксида ванадия, включающая реактор с мешалкой для разложения окситрихлорида ванадия, имеет на крышке патрубки, один из которых подсоединен к последовательно подсоединенным дозатором и баком с мешалкой и загрузочным люком для приготовления раствора гидроксида натрия, другой патрубок образует герметичное соединение с транспортируемой емкостью с исходным окситрихлоридом ванадия и обеспечивает крепление распределительного устройства к крышке реактора и его расположение в реаторе под слоем раствора гидроксида натрия ниже уровня мешалки, бак-кристаллизатор метаванадата аммония, имеющий соединение с дозатором и баком с мешалкой для получения раствора хлорида аммония, после бака-кристаллизатора установлен фильтр-1 для выделения из суспензии осадка метаванадата аммония и его промывки, фильтр-1 имеет соединение с баком-сборником маточных растворов и баком-репульпатором, на крышке которого имеется патрубок для подсоединения к линии раздачи дистиллированной воды и патрубок для соединения с дозатором раствора хлорида аммония, фильтр-1 имеет также разгрузочный узел твердой фазы - метаванадата аммония, соединенный с реактором, с мешалкой для обезвреживания растворов и сточных вод от ионов ванадия, на крышке реактора имеются патрубки для подсоединения реактора к баку-сборнику, баку-дозатору раствора, содержащего хлорид железа (II), и дозатор раствора гидроксида натрия, выход оксигидратной пульпы из патрубка нижнего слива через запорно-регулирующую арматуру и насос направлен на фильтр-2 для выделения нз пульпы осадка оксигидрата железа с захваченными и сорбированными соединениями ванадия, отличающаяся тем, что выход пульпы из реактора для разложения окситрихлорида ванадия направлен на фильтр-пресс-3, соединенный с баком-кристаллизатором метаванадата аммония, корыто фильтр-пресса-3 имеет разгрузочный люк, оснащенный распределительным устройством, обеспечивающим подачу осадка оксигидрата титана, либо в обогреваемый бак-репульпатор с раствором гидроксида натрия для доизвлечения ванадия, либо в транспортируемый контейнер, оборудованный разгрузочным узлом, связанным со шнековым сместителем, к которому подсоединен дозатор силиката натрия и дозатор оксида кальция, выход образующейся композиции из шнекового смесителя направлен в загрузочный люк обогреваемого цилиндрического экструдера, снабженного вращающемся шнеком, продавливающим пастообразующую композиционную смесь через фильеры, после экструдера установлено вибросито, под которым находится сборник мелкой, некондиционной фракции, выход товарного продукта с вибросит направлен в бункер-дозатор готового продукта, соединенный со сборно-расходным бункером и с затарочной машиной.