Система технологического оборудования для переработки окситрихлорида ванадия с получением товарного пентаоксида ванадия

Авторы патента:

Предлагаемая полезная модель относится к области гидрометаллургии и химической технологии неорганических веществ, в частности к технологическому оборудованию - системам, комплексам, участкам, отделением и т.п., для получения оксигидратов и оксидов металлов и может быть конкретно использовано на химико-металлургических предприятиях для получения товарного пентаоксида ванадия из исходного технического окситрихлорида ванадия (VОСI₃+TiCI₄), образующегося на титаномагниевых предприятиях в процессе очистки технического тетрахлорида титана от соединений ванадия. Задачей предлагаемой полезной модели является создание нового «Производственного комплекса для переработки окситрихлорида ванадия с получением товарного пентаоксида ванадия» и утилизацией образующихся отходов производства. Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемой полезной модели включающей реактор с мешалкой для щелочной обработки окситрихлорида ванадия, герметично соединенный с транспортируемой емкостью исходного технического окситрихлорида ванадия, последовательно соединенный с дозатором и баком для приготовления и подачи раствора гидроксида натрия, бак-кристаллизатор метаванадата аммония соединен с дозатором хлорида аммония и баком для приготовления раствора NH₄Cl, фильтром-1 для выделения из суспензии осадка метаванадата аммония и его промывки, бак-репульпатор осадка метаванадата аммония, соединенный с фильтром-1, прокалочную печь, бак-сборник маточных растворов и промвод метаванадата аммония, реактор для обезвреживания от ванадия ванадийсодержащих сточных вод - маточных растворов и промвод метаванадата аммония, соединенный через дозатор с

баком-сборником железо(II)-содержащих растворов, дозатором и баком для приготовления и подачи раствора гидроксида натрия, фильтр-2 для выделения из пульпы осадка оксигидратов железа (II и III) с примесями ванадия. Новым в предлагаемом техническом решении является то, что патрубок нижнего слива реактора для щелочной обработки окситрихлорида ванадия направлен через насос и запорно-регулирующую арматуру на фильтр-3, корыто которого через разгрузочно-распределительное устройство соединено со сборником титанового кека - осадка оксигидрата титана, выход из которого направлен в обогреваемый бак с мешалкой для репульпации титанового кека, на крышке бака имеется патрубок для подсоединения к дозатору раствора гидроксида натрия, слив пульпы из бака через насос направлен на фильтр-3, выход очищенного от твердой фазы раствора метаванадата натрия из фильтра-3 направлен в сборно-усреднительную емкость, соединенную с реактором для щелочной обработки окситрихлорида ванадия, с баком-сборником маточных растворов и промвод метаванадата аммония, корыто фильтра-2 имеет соединения с загрузочным узлом, последовательно установленных сушильной камеры и прокалочной печи - 2, разгрузочный узел которой имеет соединения со сборно-дозирующим бункером, выход из него прокаленного оксидного осадка - на основе оксидов железа (III) и ванадия (V) направлен в затарочную машину.

Известно техническое решение - «Технологическое отделение для производства оксидов металлов» (Патент на ПМ 72964 по заявке 2007148250/22 с приор. от 24.12.2007. Зарег. и опубл. 10.08.2008. Бюл. 13), включающее следующее технологическое оборудование:

- транспортируемая емкость с исходными хлоридами металлов;

- емкость для приготовления и дозировки исходных хлоридных растворов, снабженная мешалкой;

- фильтровальное оборудование;

- бак-сборник маточного раствора;

- бак-репульпатор;

- сушильная камера;

- прокалочная печь;

- бункер-сборник готовых продуктов;

- затарочная машина;

- бак-сборник промвлъод оксидов ниобия и/или тантала;

- бак-дозатор соляной кислоты;

- расходная емкость с аммиачной водой;

- барботер сжатого воздуха;

- диспергатор;

- бак-дозатор водного раствора высокомолекулярных поверхностно-активных веществ (ПАВ);

- линия раздачи дистиллированной воды;

- распылительная сушилка;

- циклон;

- трубопроводы, насосы, запорно-регулирующая арматура,

- средства КИП, автоматики и т.п.

Известное техническое решение обеспечивает получение высокодисперсных, однородных по размеру оксидов ниобия и тантала из исходных хлоридов металлов - окситрихлорида ниобия - NbOCI₃ и пентахлорида тантала - ТаСI₅. Однако оборудование входящее в состав известного «технологического отделения...» не позволяет перерабатывать технический окситрихлорид ванадия и получать товарный пентаоксид 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 на ПМ 74636 по заявке 2008105007/22 с приор, от 11.02.2008. Зарег. и опубл. 10.07.2008. Бюл. 15 - 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, 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, соединенный с баком для приготовления и подачи раствора гидроксида натрия, бак-кристаллизатор метаванадата аммония, имеющий соединения с последовательно-установленными - 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 из которого имеет соединение с фильтром-1 для выделения осадка метаванадата аммония из суспензии и его промывки; прокалочную печь для разложения NH₄VO₃ с получением товарного V₂O₅; 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 соединенный 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 «Системы технологического оборудования для переработки окситрихлорида ванадия с получением товарного пентаоксида ванадия».

Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемой полезной моделью «Системой технологического оборудования для переработки окситрихлорида ванадия с получением товарного пентаоксида ванадия», включающей реактор (1) с мешалкой для щелочной обработки окситрихлорида ванадия, герметично соединенный с транспортируемой емкостью (2) с исходным техническим окситрихлоридом ванадия, соединенный с дозатором (3) и баком для приготовления и подачи раствора гидроксида натрия (4), бак-кристаллизатор (5) метаванадата аммония соединенный с дозатором хлорида аммония (6-1) и баком (6-2) для приготовления раствора NPLtCl, фильтром - 1 (7) для выделения из суспензии осадка метаванадата аммония и его промывки, бак-репульпатор (8) осадка метаванадата аммония, соединенный с фильтром - 1, прокалочную печь (9), бак-сборник (10) маточных растворов и промвод метаванадата аммония, реактор (11) для обезвреживания от ванадия ванадийсодержащих сточных вод - маточных растворов и промвод метаванадата аммония, соединенный через дозатор (12) с баком-сборником (13) железо(II)-содержащих растворов, дозатором (3) и баком (4) для приготовления и подачи раствора гидроксида натрия, фильтр - 2 (14) для выделения из пульпы осадка оксигидратов железа (II и III) с примесями ванадия.

Новым в предлагаемом техническом решении является то, что патрубок нижнего слива реактора (1) для щелочной обработки окситрихлорида ванадия направлен через насос (на рис.не показан) и запорно-регулирующую арматуру на фильтр - 3 (15), корыто (16) которого через разгрузочно-распределительное устройство (17) соединено со сборником (18) титанового кека - осадка оксигидрата титана, выход из

которого направлен в обогреваемый бак (19) с мешалкой для репульпации титанового кека, на крышке бака имеется патрубок для подсоединения к дозатору (3) раствора гидроксида натрия, слив пульпы из бака через насос (на рис.не показан) направлен на фильтр - 3 (15), выход очищенного от твердой фазы раствора метаванадата натрия из фильтра - 3 направлен в сборно-усреднительную емкость (19), соединенную с реактором (1) для щелочной обработки окситрихлорида ванадия, с баком-сборником (10) маточных растворов и промвод метаванадата аммония, корыто фильтра - 2 имеет соединения с загрузочным узлом (22) последовательно установленных сушильной камеры (23) и прокалочной печи - 2 (24), разгрузочный узел которой имеет соединения со сборно - дозирующим бункером (25), выход из него прокаленного оксидного осадка - на основе оксидов железа (III) и ванадия (V) направлен в затарочную машину (26).

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРЕДЛАГАЕМОЙ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Предлагаемое техническое решение - «Система технологического оборудования для переработки окситрихлорида ванадия с получением товарного пентаоксида ванадия» работает и эксплуатируется следующим образом.

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 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» окситрихлорида ванадия с образованием раствора ванадата натрия.

и осаждение оксигидрата титана:

Образующуюся пульпу подают (закачивают) на фильтр-3 (15), в качестве которого, преимущественно, используют фильтр-пресс. Раствор метаванадата натрия (NaVO₃), очищенный от твердой фазы - взвешенных частиц титанового кека - оксигидрата титана собирают в сборно-усреднительной емкости (20), снабженной мешалкой. Титановый кек - осадок оксигидрата титана с примесями соединений ванадия выгружают из фильтра-3 (15) в корыто (16), откуда этот осадок через разгрузочно-распределительное устройство (17) поступает в сборник (18) из которого осадок направляют в обогреваемый бак (19) с мешалкой для репульпации титанового кека - осадка оксигидрата титана в растворе гидроксида натрия - с целью доизвлечения из осадка соединений ванадия (NaVO₃). Репульпацию ведут при Ж:Т=2:5, Т=60-80° в течение 0,5-2 часов. Пульпу затем закачивают (насос на рис.не показан) на фильтр-3 (15) раствор метаванадата натрия, очищенный от осадка - оксигидрата титана, из фильтра-3 (15) собирают в сборно-усреднительной емкости (21), откуда объединенный и усредненный щелочной раствор NaVO₃ поступает в реактор (1), бак для приготовления раствора гидроксида натрия (4) и бак сборник маточных растворов и промвод метаванадата аммония, осадок оксигидрата титана на фильтре-3 (15), при необходимости промывают раствором гидроксида натрия и/или водой, затем этот осадок выгружают с фильтра-3 (15) в корыто (16) и через разгрузочно-распределительное устройство загружают в сборник (18). Из этого сборника (18) осадок затем отгружают на дальнейшую переработку и утилизацию.

При включенной мешалке в бак - кристаллизатор (5) из расходно-накопительного бака - бака для приготовления раствора NH₄Cl (6-2) через дозатор (6-1) подают раствор хлорида аммония. Образующуюся суспензию охлаждают и выдерживают, в результате чего из раствора в твердую фазу выделяется кристаллический осадок метаванадата аммония:

Суспензию затем подают на фильтр-1 (7), 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 (10). Осадок на фильтре-1 (7) промывают разбавленным (1-3%) раствором хлорида аммония, в количестве 2-3 объемов на 1 объем осадка. Промводы собирают в баке-сборнике (10). Затем осадок с фильтра-1 (7) выгружают в бак-репульпатор (8), в который предварительно заливают (закачивают) разбавленный (1-3%) раствор хлорида аммония. Осадок NH₄VO₃ репульпируют при соотношении Ж:Т=(3-10):1, суспензию закачивают на фильтр-1 (7), фильтрат собирают в баке-сборнике (10). Осадок на фильтре-1 (7) вновь промывают разбавленным (1-3%) раствором хлоридом аммония. Все промводы собирают в баке-сборнике (10). Промытый («отмытый» от хлорида натрия) осадок NH₄VO₃ выгружают с фильтра-1 (7) и загружают в прокалочную печь (9), 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 «входа» (загрузочного люка) до выхода (до разгрузочного устройства) происходит разложение метаванадата аммония с получением товарного порошкообразного пентаоксида ванадия.

По окончанию процесса прокалки, полученный товарный пентаоксид ванадия выгружают из прокалочной печи (9), затаривают в герметичную тару (мешки) и отгружают потребителям.

Для обезвреживания от ванадия всех образующихся ванадийсодержащих сточных вод - маточных растворов, промвод, объединенных в баке-сборнике (10) их закачивают в реактор (11), затем в этот реактор при включенной мешалке последовательно подают из дозатора

(12) и бака-сборника (13) раствор соли двухвалентного железа - FeCl₂ или FeSO₄ и, затем - из дозатора (6-1) и бака (6-2) раствор гидроксида натрия. Пульпу в реакторе (11) перемешивают и закачивают на фильтр-2 (14). Осадок оксигидратов железа (II и III), содержащий ванадий, извлеченный из пульпы, отделяют от очищенного (обезвреженного) от ванадия хлоридного (NaCl, NH₄Cl) раствора, промывают на фильтре водой, фильтрат и промводы сбрасывают в канализацию. Осадок оксигидрата железа, содержащий ванадий, выгружают с фильтра-2 (14) в корыто (14.1) и затем через загрузочный узел (22) загружают в последовательно установленные сушильную камеру (23) - для обезвоживания влажного (40-80%) оксигидрата (Fe-V) осадка, обезвоженный осадок после чего направляют в прокалочную печь-2 (24), из которой прокаленный осадок - оксид железа Fе₂О₃, содержащий до 5-10% V₂O₅ выгружают в сборно-дозировочный бункер (25), выход из которого направлен в затарочную машину (26) для последующей отгрузки потребителям на Титаномагниевый комбинат для рудотермического восстановительной плавки - совместно с ильменитовым и/или ильменорутиловым концентратом с получением чугуна и обогащенного по ванадию титанового шлака, направляемого на передел хлорирования с получением TiCI₄ и технического VOCI₄ содержащего TiCI₄.

АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОКСИТРИХЛОРИДА ВАНАДИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНТАОКСИДА ВАНАДИЯ ИЗ ОКСИТРИХЛОРИДА ВАНАДИЯ

1 - реактор с мешалкой для щелочной обработки исходного технического окситрихлорида ванадия;

2 - транспортируемая емкость с исходным техническим окситрихлоридом ванадия;

3 - дозатор раствора гидроксида натрия;

4 - бак с мешалкой для приготовления раствора гидроксида натрия;

5 - бак-кристаллизатор метаванадата аммония;

6.1 - дозатор раствора хлорида аммония;

6.2 - бак для приготовления раствора хлорида аммония;

7 - фильтр (ф-1) для выделения из суспензии осадка метаванадата аммония и его промывки;

8 - бак-репульпатор осадка метаванадата аммония;

9 - прокалочная печь (ПП-1);

10 - бак-сборник ванадийсодержащих маточных растворов и промвод метаванадата аммония;

11 - реактор с мешалкой для обезвреживания от ванадия сточных (сбросных) вод - маточных растворов и промвод метаванадата аммония;

12 - дозатор железа(II) - содержащих растворов;

13 - бака-сборник железа(II) - содержащих растворов, например растворов содержащих - FeCl₂ и/или FeSO₄ ;

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

14.1 - корыто фильтра-2 для разгрузки и размещения влажного осадка оксигидрида железа (III) с примесями ванадия;

15 - фильтр - 3 (фильтр-пресс - 3) для выделения из пульпы - после щелочной обработки технического окситрихлорида ванадия (VOCl₃+TiCl₄), «титанового кека» - осадка оксигидрата титана с примесями соединений ванадия (преимущественно NaVO₃);

16 - корыто фильтра - 3;

17 - разгрузочно - распределительное устройство корыта фильтра - 3;

18 - сборник «титанового кека» - осадка оксигидрата титана с примесями соединений ванадия;

19 - обогреваемый бак-репульпатор с мешалкой для репульпации титанового кека в растворе гидроксида натрия - для доизвлечения ванадия из осадка оксигидрата титана;

20 - сборно - усредняемая емкость раствора метаванадата натрия;

21 - сборная емкость щелочного раствора метаванадата натрия, полученного после репульпации «титанового кека» - осадка оксигидрата титана с примесями соединений ванадия;

22 - загрузочный узел сушильной камеры (23);

23 - сушильная камера (23) - для обезвоживания влажного (40-80%) осадка, с примесями соединений ванадия;

запорно-регулирующее распределительное устройство;

24 - прокалочная печь - 2 (ПП-2) для термообработки и прокалки осадка - на основе оксида железа Fе₂O₃, содержащего до 5-10% V₂О₅;

25 - сборно - дозировочный бункер прокаленного осадка - на основе оксида железа Fе₂ O₃, содержащего до 5-10% V₂O₅ ;

26 - затарочная машина оксидного осадка для обеспечения отгрузки товарной продукции потребителем.

Система технологического оборудования для переработки окситрихлорида ванадия с получением пентаоксида ванадия, включающая реактор с мешалкой для щелочной обработки окситрихлорида ванадия, герметично соединенный с транспортируемой емкостью исходного технического окситрихлорида ванадия, последовательно соединенный с дозатором и баком для приготовления и подачи раствора гидроксида натрия, бак-кристаллизатор метаванадата аммония, соединенный с дозатором хлорида аммония и баком для приготовления раствора NH₄ Cl, фильтром-1 для выделения из суспензии осадка метаванадата аммония и его промывки, бак-репульпатор осадка метаванадата аммония, соединенный с фильтром-1, прокалочную печь, бак-сборник маточных растворов и промвод метаванадата аммония, реактор для обезвреживания от ванадия ванадийсодержащих сточных вод - маточных растворов и промвод метаванадата аммония, соединенный через дозатор с баком-сборником железо(II)-содержащих растворов, дозатором и баком для приготовления и подачи раствора гидроксида натрия, фильтр-2, для выделения из пульпы осадка оксигидратов железа (II и III) с примесями ванадия, отличающаяся тем, что патрубок нижнего слива реактора для щелочной обработки окситрихлорида ванадия направлен через насос и запорно-регулирующую арматуру на фильтр-3, корыто которого через разгрузочно-распределительное устройство соединено со сборником титанового кека-осадка оксигидрата титана, выход из которого направлен в обогреваемый бак с мешалкой для репульпации титанового кека, на крышке бака имеется патрубок для подсоединения к дозатору раствора гидроксида натрия, слив пульпы из бака через насос направлен на фильтр-3, выход очищенного от твердой фазы раствора метаванадата натрия из фильтра-3 направлен в сборно-усреднительную емкость, соединенную с реактором для щелочной обработки окситрихлорида ванадия, с баком-сборником маточных растворов и промвод метаванадата аммония, корыто фильтра-2 имеет соединения с загрузочным узлом, последовательно установленных сушильной камеры и прокалочной печи-2, разгрузочный узел которой имеет соединения со сборно-дозирующим бункером, выход из него прокаленного оксидного осадка - на основе оксидов железа (III) и ванадия (V) направлен в затарочную машину.