Аппаратурно-технологический комплекс для получения пентаоксида ванадия

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии и химической технологии и может быть реализована на химико-металлургических производствах, в частности для получения товарного пентаоксида ванадия (V₂O₅) из ванадийсодержащего сырья и материалов, конкретно - из окситрихлорида ванадия (VOCl₃). Задачей предлагаемой полезной модели является создание аппаратурно-технологического комплекса, обеспечивающего возможность переработки окситрихлорида ванадия - промпродукта производства, образующего в производстве титана, в частности при очистке технического тетрахлорида титана от примесей соединений ванадия. Технический результат, который может быть достигнут при реализации разработанного технического решения, заключается в повышении степени выделения ванадия - в форме NH ₄VO₃ из раствора в твердую фазу, увеличении степени извлечения ванадия в товарный продукт и сокращении безвозвратных потерь ванадия с маточными растворами. Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемой полезной моделью - «Аппаратурно-технологическим комплексом для получения пентаоксида ванадия», включающим реактор с мешалкой для щелочной обработки исходный ванадийсодержащих материалов, соединенный с баком для приготовления и подачи раствора гидроксида натрия, бак-кристаллизатор метаванадата аммония, фильтр - 1 для выделения осадка метаванадата аммония из суспензии и его промывки, прокалочную печь, 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. Новым в предлагаемой полезной модели является то, что реактор для щелочной обработки исходных ванадийсодержащих материалов имеет 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. Бак-кристаллизатор имеет соединения с последовательно-установленным 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 метаванадата аммония, патрубок нижнего слива суспензии имеет соединение с фильтром - 1.

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии и химической технологии и может быть реализована на химико-металлургических производствах, в частности для получения товарного пентаоксида ванадия (V₂O₅) из ванадийсодержащего сырья и материалов, конкретно - из окситрихлорида ванадия (VOCl₃).

Известна «Поточная линия для получения пентаоксида ванадия» (Свидетельство на ПМ №23292 по заявке №2001130623/20 с приор, от 16.11.2001. Зарег. и опубл. 10.06.2002. Бюл. №16), включающая в себя (рис.1): последовательно установленные бак раствора щелочи (1), реактор (2) для выщелачивания технического пентаоксида ванадия, нутч - фильтр (3) для отделения нерастворимого остатка, реактор - кристаллизатор (4), фильтр-пресс (5) и печь (6) для разложения метаванадата аммония - NH ₄VО₃ с получением пентаоксида ванадия - V₂O₅; реактор для выщелачивания нерастворимого остатка (8), снабженный баком - дозатором (7) гипохлорита натрия установлен между нутч - фильтром (3) и реактором - кристаллизатором (4), соединен с баком (1) раствора щелочи. Бак -нейтрализатор (9), снабженный баком-дозатором (10) восстановителя установленным на магистрали слива раствора из фильтр-пресса.

Эксплуатация известной «Поточной линии для получения пентаоксида ванадия» осуществляется следующим образом. Из бака (1) подается в реактор (2) раствор щелочи и производится выщелачивание технического пентаоксида ванадия. По окончании процесса выщелачивания образующаяся суспензия, содержащая раствор метаванадата натрия, подается в нутч -фильтр (3). На нутч - фильтре осуществляется отделение твердых частиц

суспензии от раствора. Раствор далее направляют в реактор (4) для кристаллизации. Твердые частицы нерастворимого остатка направляют в реактор (8), в который подают раствор гипохлорита натрия из бака-дозатора (7) и по дополнительно смонтированной линии подают из бака (1) щелочь. Полученную суспензию подают в реактор (4) для получения кристаллов метаванадата аммония. Для этого в реактор подается хлорид аммония, в результате чего происходит образование твердых частиц метаванадата аммония. Суспензию из реактора направляют на фильтр-пресс (5), где отделяют кристаллы метаванадата аммония от маточного раствора. Маточный раствор подают в бак - нейтрализатор (9), где его обрабатывают раствором восстановителя, подаваемым из бака (10), например раствор гидросульфида натрия - для разложения остатков гипохлорита натрия. Полученный и обезвреженный раствор сбрасывают в канализацию. Кристаллы метаванадата аммония направляют в печь (6), где при нагревании происходит разложение метаванадата аммония с образованием готового целевого продукта - пентаоксида ванадия.

Недостатком данного технического решения является отсутствие в составе «Технологической линии» оборудования для получения V₂O ₅ из УОСl₃.

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому при этом техническому результату является известный «Производственный участок для получения товарного пентаоксида ванадия» (Патент РФ на ПМ №41021 по заявке №2004116515/22 с приор, от 01.06.2004. Зарег. и опубл. 10.10.2004. Бюл. №28) - принят за ПРОТОТИП.

«Производственный участок для получения товарного пентаоксида ванадия» по прототипу включает в себя следующее основное технологическое оборудование (рис.2):

- обогреваемый реактор (например, парового с рубашкой) с мешалкой для выщелачивания исходного сырья - технического пентаоксида ванадия (1);

- бак для приготовления и подачи раствора щелочи - гидроксида натрия (2);

- бак - дозатор раствора гипохлорита натрия (3);

- фильтр (нутч - фильтр или пресс - фильтр) для отделения нерастворимого остатка после выщелачивания от маточного раствора -раствора метаванадата натрия (4);

- бак - кристаллизатор (5) для выделения из раствора в твердую фазу метаванадата аммония, снабженный бункером (и/или патрубком) для загрузки в кристаллизатор хлорида и/или нитрата аммония;

- фильтр (нутч - фильтр или пресс - фильтр) для отделения осадка метаванадата аммония от маточного раствора (6);

- бак - сборник маточных растворов и промвод метаванадата аммония (7);

- реактор для обезвреживания ванадийсодержащих сточных вод -маточных растворов от выделения NH ₄VO₃ и промвод метаванадата аммония (8);

- бак - сборник (9) растворов, содержащих соли железа (II), соединенный через дозатор (10) с реактором для обезвреживания стоков (8);

- емкость для щелочных растворов (NaOH и/или СаО, и/или СаО+Н₂О, и/или MgO, и/или MgO+H ₂O и др.) - (11);

- фильтр - пресс (12) для выделения из пульпы после обезвреживания ванадийсодержащих сточных вод оксигидратного осадка;

- шнековый питатель (13);

- смеситель (14);

- бункер - дозатор магнийсодержащих оксидных материалов (MgO, брусит, магнезит и/или серпентинит и т.п.) - (15);

- бункер - дозатор инертных наполнителей (различные отходы производства, древесные опилки, бытовой или технологический мусор и т.п.) -(16);

- бункер - дозатор нерастворимого остатка - после выщелачивания технического V₂ О₅ и отделения маточного раствора NaVO ₃ (17);

- дозатор (18) раствора, содержащего хлорид магния, соединенный с накопительной (расходной) емкостью (19);

- узел формования, термообработка и отверждение композиционной смеси (20);

- абсорбер с ложным днищем и шаровой насадкой для очистки и обезвреживания от соединений ванадия отходящих из прокалочной печи пылегазовой аэрозольной смеси (21);

- циркуляционный бак (22) с раствором щелочи - гидроксида натрия, соединенный с баком (2) для приготовления и подачи щелочи, соединенный с разбрызгивающим устройством абсорбера (22).

Техническое решение по прототипу - «Производственный участок для получения товарного пентаоксида ванадия» эксплуатируется следующим образом: в реактор (1) из бака (2) и бака - дозатора (3) заливают раствор щелочи и раствор гипохлорида натрия до 60-70% от объема реактора (1), затем через люк и/или бункер реактора в него загружается при включенной мешалке расчетное количество исходного сырья - технического пентаоксида ванадия (60-95% V₂ O₅). По окончании выщелачивания суспензию подают на фильтр (4), нерастворимый остаток, содержащий примеси сопутствующих металлов (и частично оксида ванадия) отделяют от маточного раствора, осадок на фильтре промывают, раствор NаVО ₃ и промводы объединяют и направляют в бак - сборник, откуда раствор направляют в бак -кристаллизатор (5). Для выделения из раствора NaVO₃ в твердую фазу метаванадата аммония - NН₄О₃ в бак - кристаллизатор при перемешивании подают хлорид или нитрат аммония. После кристаллизации суспензию подают на фильтр - пресс (7), осадок метаванадата аммония отделяют от маточного раствора и промывают. Маточный раствор и промвода (сточные воды) - подают в бак - сборник, откуда их направляют в реактор (8) для обезвреживания стоков от соединений ванадия, для этого в реактор (8)

последовательно подают - из бака - сборника (9) через дозатор (10) растворы, содержащие соли железа (II), например концентрированные растворы от гидроразмыва отработанных расплавов титановых хлораторов, содержащие хлориды металлов, в том числе хлориды железа (II), марганца (II), хрома (III), калия, натрия, магния, кальция, небольшие количества редких и рассеянных металлов. Образующуюся пульпу при необходимости обрабатывают высокомолекулярными флокулянтами (полиакриламид, праестол и др.). Затем суспензию подают на фильтр - пресс (12) для выделения из пульпы оксигидратного осадка. Осадок на фильтре после фильтрования промывают и с помощью шнекового питателя (13) направляют в смеситель (14) для приготовления композиционной смеси, пригодной для отверждения отходов. Для этого в смеситель (14) подают магнийсодержащие оксидные материалы (MgO), преимущественно неутилизирующие отходы производства, содержащие оксид магния - отходы производства брусита, магнезита, серпентинита и др., в смеситель подают также из бункеров -дозаторов (15 и 16) инертные наполнители и нерастворимый остаток, образующийся при выщелачивании исходного технического пентаоксида ванадия. Для придания композиционной смеси вяжущих свойств, в нее вводят из емкости (13) через дозатор (18) раствор (и/или суспензию, пульпу), содержащую MgCl ₂, композиционную смесь тщательно перемешивают и подают в узел формования, термообработки и отверждения (20) с получением и в конечном итоге «блоков» - экологически - безопасных для длительного хранения (складирования).

Осадок метаванадата аммония после отделения на фильтре (6) от маточного раствора и отмывки от солей (NaCl, NH₄Cl) подают в прокалочную печь для разложения метаванадата аммония: . Товарный пентаоксид ванадия выгружают из печи, затаривают и направляют потребителям. Отходящие из печи газы в виде отходов направляются в абсорбер (21) с ложным днищем и шаровой насадкой, снабженной разбрызгивающим устройством раствора

щелочи подаваемого из циркуляционного бака (22). Отработанный ванадийсодержащий циркуляционный раствор направляют в реактор (1) для выщелачивания исходного технического пентаоксида ванадия, обеспечивая тем самым утилизацию уловленного ванадия и в конечном итоге обеспечивая повышение степени его извлечения из исходного сырья в товарный продукт.

Производственный участок по прототипу позволяет с высокой эффективностью перерабатывать технический пентаоксид ванадия (70-90% V₂О₅ ) с получением товарного V₂О ₅.

Недостатком технического решения по прототипу является отсутствие в составе «Производственного участка» оборудования для переработки окситрихлорида ванадия (VOCl₃ ) с получением товарного пентаоксида ванадия.

Другим недостатком технического решения по прототипу являются существенные потери ванадия с маточными растворами при кристаллизации метаванадата аммония.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание аппаратурно-технологического комплекса, обеспечивающего возможность переработки окситрихлорида ванадия - промпродукта производства, образующего в производстве титана, в частности при очистке технического тетрахлорида титана от примесей соединений ванадия.

Технический результат, который может быть достигнут при реализации разработанного технического решения, заключается в повышении степени выделения ванадия - в форме NH ₄VO₃ из раствора в твердую фазу, увеличении степени извлечения ванадия в товарный продукт и сокращении безвозвратных потерь ванадия с маточными растворами.

Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемой полезной моделью - «Аппаратурно-технологическим комплексом для получения пентаоксида ванадия», включающим (рис.3) реактор (1) с мешалкой для щелочной обработки исходный ванадийсодержащих материалов, соединенный с баком (2) для

приготовления и подачи раствора гидроксида натрия, бак - кристаллизатор метаванадата аммония (3), фильтр - 1 (4) для выделения осадка метаванадата аммония из суспензии и его промывки, бак - сборник маточных растворов и промвод метаванадата аммония (5), реактор для обезвреживания и нейтрализации ванадийсодержащих сточных вод (6), соединенный через дозатор (7) с баком - сборником (8) железо (II) - содержащих растворов и баком (2) для приготовления и подачи раствора гидроксида натрия, реактор (6) для обезвреживания и нейтрализации ванадийсодержащих сточных вод соединен с фильтром - 2 (9), а после фильтра - 1 (4) установлена прокалочная печь (10). Новым в предлагаемой полезной модели является то, что реактор (1) для щелочной обработки исходных ванадийсодержащих материалов имеет герметичное соединение с транспортируемой емкостью (11) с окситрихлоридом ванадия, причем выход окситрихлорида ванадия из транспортируемой емкости через запорно-регулирующую арматуру (12) направлен в распределительное устройство (13), расположенное в реакторе ниже уровня мешалки. Бак - кристаллизатор (3) имеет соединения с последовательно - установленным баком - дозатором (14) и расходно -накопительным баком (15) для приготовления и подачи раствора хлорида аммония, на крышке бака - кристаллизатора имеется загрузочный люк (16), в который направлен выход из бункера - сборника (17) хлорида натрия, после фильтра - 1 (4) установлен бак - репульпатор (18) метаванадата аммония, патрубок нижнего слива суспензии имеет соединение с фильтром - 1 (4).

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРЕДЛАГАЕМОЙ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Предлагаемое техническое решение - «Аппаратурно-технологический комплекс для получения пентаоксида ванадия» работает и эксплуатируется следующим образом.

В реактор (1) с мешалкой из дозатора (2-1), соединенного с баком (2) закачивают (или самотеком) раствор (20-200 г/дм ³) гидроксида натрия и

затем, при включенной мешалке через распределительное устройство (13) из ранспортируемой емкости (11) подают окситрихлорид ванадия - VOCl₃ . Скорость подачи регулируют запорно-регулирующей арматурой. В реакторе (1) происходит «разложение» окситрихлорида ванадия с образованием раствора ванадата натрия.

В бак - кристаллизатор (3) последовательно закачивают (или подают самотеком) дистиллированную воду (из цеховой магистрали) и раствор NH₄Cl. Из реактора (1) при включенной мешалке в бак - кристаллизатор (3) через загрузочный люк (16) и бункер - сборник (17) загружают хлорид натрия в количестве, обеспечивающем получение насыщенного (или близкого к насыщенному) раствора хлорида натрия, после чего из расходно-накопительного бака (15) через бак - дозатор (14) в бак - кристаллизатор подают раствор хлорида аммония. Подачу раствора хлорида аммония ведут при включенной мешалке, образующуюся суспензию охлаждают и выдерживают в результате чего из раствора в твердую фазу выделяется кристаллический осадок метаванадата аммония:

Суспензию затем подают на фильтр - 1 (4), в качестве которого могут быть использованы нутч - фильтры, фильтр - пресса (ручные и/или автоматические), барабанные вакуум - фильтры и т.п. Осадок метаванадата аммония отделяют от маточного раствора, который собирают в баке -сборнике (5). Осадок на фильтре - 1 (4) промывают разбавленным (1-3%) раствором хлорида аммония, в количестве 2-3 объемов на 1 объем осадка. Промводы собирают в баке - сборнике (5). Затем осадок с фильтра - 1 (4) выгружают в бак - репульпатор (18), в который предварительно заливают (закачивают) разбавленный (1-3%) раствор хлорида аммония. Осадок NН ₄VO₃ репульпируют при соотношении Ж:Т=(10-30):1, суспензию закачивают на фильтр - 1, фильтрат собирают в баке - сборнике (5). Осадок на фильтре - 1 (4) вновь промывают разбавленным (1-3%) раствором

хлоридом аммония. Все промводы собирают в баке - сборнике (5). Промытый («отмытый» от хлорида натрия) осадок NH₄VO₃ выгружают с фильтра - 1 (4) и загружают в прокаленную печь (10), в качестве которого преимущественно используют цилиндрическую вращающуюся печь, установленную под небольшим (1-10°) наклоном к горизонтальной оси и имеющую по всей длине несколько зон нагрева и прокалки и различной температурой от 100-150°С до 500-550°С. По мере прохождения осадка NH₄VO ₃ от «входа» (загрузочного люка) до выхода (до загрузочного люка) происходит разложение метаванадата аммония с получением товарного порошкообразного пентаоксида ванадия.

При этом выделяющийся аммиак в основном окисляется до азота. Пентаоксид ванадия в этом случае, по-видимому, играет роль катализатора. По окончании процесса прокалки, полученный пентаоксид ванадия выгружают из прокалочной печи (10), затаривают в мешки и отгружают потребителям.

Для обезвреживания от ванадия всех образующихся на «Комплексе» ванадийсодержащих сточных вод - маточных растворов, промвод, объединенные стоки из бака - сборника (5) закачивают в реактор (6), затем в этот реактор при включенной мешалке последовательно подают из дозатора (7) и бака - сборника (8) раствор соли двухвалентного железа - FeCl ₂ или FeSO₄ и, затем - из дозатора (2-1) и бака (2) раствор гидроксида натрия. Пульпу в реакторе (6) перемешивают и закачивают на фильтр - 2 (9). Осадок оксигидрата железа, содержащий ванадий, извлеченный из стоков, отделяют от очищенного (обезвреженного) от ванадия хлоридного (NaCl, NH ₄Cl) раствора, промывают на фильтре водой, выгружают с фильтра - 2 (9) и утилизируют, например, сушат, прокаливают и направляют на доизвлечение ванадия одним из ранее разработанных способов. Фильтрат и промводы, очищенные от ванадия, сбрасывают в канализацию

Аппаратурно-технологический комплекс для получения пентаоксида ванадия, включающий реактор с мешалкой для щелочной обработки исходных ванадийсодержащих материалов, соединенный с баком для приготовления и подачи раствора гидроксида натрия, бак-кристаллизатор метаванадата аммония, фильтр - 1 для выделения осадка метаванадата аммония из суспензии и его промывки, прокалочную печь, 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, отличающийся тем, что реактор для щелочной обработки исходных ванадийсодержащих материалов имеет 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, бак-кристаллизатор имеет соединения с последовательно установленным 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 метаванадата аммония, патрубок нижнего слива суспензии имеет соединение с фильтром - 1.