Поточная технологическая линия для переработки окситрихлорида ванадия с получением пентаоксида ванадия и утилизацией отходов производства

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии и химической технологии неорганических веществ, в частности к технологическим поточным линиям для комплексной гидрометаллургической переработке и технического окситрихлорида ванадия, с получением товарного V₂O₅, обезвреживанием и утилизацией образующихся твердых и жидких отходов. Разработанное техническое решение может быть использовано на предприятиях цветной и черной металлургии и химической промышленности для получения товарного помимо V₂O₅ из технического окситрихлорида ванадия, содержащего VOCl₃ тетрахлорид титана и примеси хлоридов других металлов. Задачей предлагаемого технического решения является создание новой поточной технологической линии, совокупность оборудования которой дает возможность получать из технического окситрихлорида ванадия товарный пентаоксид ванадия при одновременном обеспечении высокой степени извлечения ванадия из VOCl₃ в V₂O₅. Технический результат, который может быть достигнут при реализации предлагаемой полезной модели заключается в существенном сокращении потерь ванадия с отходами и промпродуктами производства, увеличении «выхода» соединений ванадия в товарную продукцию - пентаоксид ванадия. Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата при реализации предлагаемой полезной модели - «Поточной технологической линии для переработки окситрихлорида ванадия с получением пентаоксида ванадия и утилизацией отходов производства», включающей реактор для разложения окситрихлорида ванадия в щелочном растворе, соединенный через распределительное устройство с транспортируемой емкостью для окситрихлорида ванадия, бак с мешалкой для приготовления исходного раствора щелочи сборно-расходную емкость раствора метаванадата щелочного металла, бак с мешалкой для приготовления исходного раствора хлорида аммония линию раздачи дистиллированной воды, бак-кристаллизатор метаванадата аммония, фильтр-1 для выделения из суспензии осадка метаванадата аммония, прокалочную печь, оборудованную затарочным узлом, баки-сборники ванадийсодержащих маточных растворов и промвод, установку для извлечения из маточных растворов и промвод соединений ванадия, в состав которой входит баковое оборудование, реакторы, дозатор химических реагентов, фильтры, трубопроводы, сушильная камера и/или прокалочная печь, насосы, запорно-регулирующуая арматура, сборная емкость для очищенных от соединений ванадия хлористых растворов.

Новым в предлагаемом техническом решении является то, что реактор для разложения окситрихлорида ванадия имеет соединение с баком для приготовления и подачи солевого раствора гидрооксида калия, соединенного с фильтр-прессом-2 и баком с исходным раствором гидроксида калия, бак-кристаллизатор метаванадата аммония соединен с сборно-расходным баком фильтратов - растворов метаванадата калия после выделения осадка оксигидрата титана и с баком для приготовления и подачи смешаного раствора хлоридов аммония и калия, патрубок нижнего слива пульпы из реактора для разложения технического окситрихлорида ванадия в солевом растворе гидроксида калия соединен с входным патрубком фильтр-пресса-2, выход из которого твердой фазы - осадка оксигидрата титана через корыто фильтр-пресса-2 направлен в бак-репульпатор оксигидрата титана, соединенный с баком для приготовления и подачи раствора гидроксида калия, выход твердой фазы из фильтр-пресса-2 направлен также через запорно-распределительное устройство в сборно-расходный бункер осадка, имеющий разгрузочный люк сборная емкость для очищенных от ванадия растворов хлоридов калия и аммония имеет соединение с обогреваемым реактором с мешалкой, снабженным загрузочным люком, в который направлен выход из бункера-дозатора солевых отходов магниевого и/или калийного производства, содержащих хлориды калия, магния и микропримеси других металлов, слив получаемых концентрированных хлоридных растворов из обогреваемого реактора с мешалкой направлен в выпарной аппарат, вакуум-кристаллизационную установку, разгрузочный узел которой имеет соединения с сушильным агрегатом смешаных хлоридов аммония, калия и магния, выход из сушильного агрегата направлен в сборно-расходный бункер товарной продукции, соединенный с фасовочной машиной.

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии и химической технологии неорганических веществ, в частности к технологическим линиям для гидрометаллургической переработки технического окситрихлорида ванадия с получением товарного V ₂O₅, обезвреживанием и утилизацией образующихся твердых и жидких отходов. Разработанное техническое решение может быть использовано на предприятиях цветной и черной металлургии и химической промышленности для получения товарного V₂ O₅ из технического окситрихлорида ванадия, содержащего помимо VOCl₃ тетрахлорид титана и примеси хлоридов других металлов.

Известно техническое решение («Исследование и разработка технологии очистки ванадия от примесей с получением товарного пентаоксида ванадия. // Журн. «Комплексное использование минерального сырья» 1997, 1 (99), с.56-61), включающее: реактор для выщелачивания технического пентаоксида ванадия, соединенный с ним бак для раствора NaOH, фильтр для отделения нерастворимого остатка, кристаллизатор для выделения из раствора NH₄VO₃, выход из которого соединен с фильтром для отделения осадка метаванадата аммония от маточного раствора и печь для разложения и прокалки метаванадата аммония с получением товарного V₂O ₅.

Недостатками известного технического решения являются значительные потери ванадия с отходами производства, неудовлетворительная степень извлечения ванадия из исходного сырья в товарный продукт и загрязнение окружающей среды ванадийсодержащими отходами производства. Недостатком данного известного технического решения является также отсутствие в его составе оборудования для переработки технического окситрихлорида ванадия.

Из известных аналогов наиболее близкими 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, транспортируемую емкость с окситрихлоридом ванадия, запорно-регулирующую арматуру, распределительное устройство, расположенное в реакторе ниже уровня мешалки, бак для приготовления и подачи раствора гидроксида натрия, бак-кристаллизатор метаваданата аммония, имеющий соединение с последовательно-установленными баком-дозатором и расходно-накопительным баком для приготвления 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 метаваданата аммония, патрубок нижнего слива суспензии имеет соединение с фильтром-1 для выделения осадка метаваданата аммония из суспензии и его промывки, прокалочную печь, баки-сборники маточных растворов и промвод метаваданата 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 Fe (II) и Fe (III) с примесями соединений ванадия.

Техническое решение по прототипу обеспечивает высокоэффективное получение товарного пентаоксида ванадия из товарного окситрихлорида ванадия {99.0-99.9% VOCI₃) и дает возможность обезвреживать от ванадия сточные (сбросные) воды, образующиеся при получении пентаоксида ванадия - маточные растворы и прмводы метаванадата аммония.

Недостатком технического решения - «Аппаратурно-технологического комплекса» по прототипу является отсутствие в его составе необходимого оборудования для получения товарного пентаоксида ванадия из технического окситрихлорида ванадия, содержащего помимо VOCI₃ до 10-70% тетрахлорида титана - ТiСI₄ и примеси других металлов.

Другим недостатком технического решения по прототипу является образование большого объема неутилизированных сточных вод, содержащих повышенное количество ванадия, который переходит - при обезвреживании сточных вод в вестма токсичные вторичные отходы - в осадок оксигидрата железа.

Задачей предлагаемого технического решения является создание новой «Поточной технологической линии», совокупность оборудования которой дает возможность получения из технического окситрихлорида ванадия товарный пентаоксид ванадия при одновременном обеспечении высокой степени извлечения ванадия из VOCI₃ в V₂O₅.

Технический результат, который может быть достигнут при реализации предлагаемой полезной модели заключается в существенном сокращении потерь ванадия с отходами и промпродуктами производства, в увеличении «выхода» соединений ванадия в товарную продукцию - пентаоксид ванадия.

Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата при реализации предлагаемой полезной модели - «Поточной технологической линии для переработки окситрихлорида ванадия с получением пентаоксида ванадия и утилизацией отходов производств», включающей реактор (1) для разложения окситрихлорида ванадия в щелочном растворе, соединенный через распределительное устройство (2) с транспортируемой емкостью (3) для окситрихлорида ванадия, бак (4) с мешалкой для приготовления исходного раствора щелочи, сборно-расходный бак раствора метаванадата щелочного металла (5), бак (6) с мешалкой для приготовления исходного раствора хлорида аммония, линию (8) «раздачи» дистиллированной воды, бак-кристаллизатор (9) метаванадата аммония, фильтр-1 (10) для выделения из суспензии осадка метаванадата аммония, прокалочную печь (11) оборудованную затарочным узлом (11.1), баки-сборники ванадий-содержащих маточных растворов (12) и промвод (13), установку (14) для извлечения из маточных растворов и промвод соединений ванадия, в состав которой входит баковое оборудование, реакторы, сборники, дозаторы химических реагентов, фильтры, трубопроводы, сушильная камера и/или прокалочная печь, насосы, запорно-регулирующая арматура, сборная емкость (15) для очищенных от соединений ванадия хлоридных растворов.

Новым в предлагаемом техническом решении является то, что реактор (1) для разложения окситрихлорида ванадия имеет соединение с баком (17) для приготовления и подачи солевого раствора гидроксида калия соединенного с фильтром-2 (16) и баком (4) с исходным раствором гидроксида калия, бак-кристаллизатор (9) метаванадата аммония соединен со сборно-расходным баком фильтратов - растворов метаванадата калия после выделения осадка оксигидрата титана на фильтр-прессе-2 (16) и с баком (12) для приготовления и подачи исходного смешанного раствора хлоридов аммония и калия, патрубок нижнего слива пульпы из реактора (1) для разложения технического окситрихлорида ванадия в солевом растворе гидроксида калия соединен с входным патрубком фильтр-пресса-2 (16), выход из которого твердой фазы - осадка оксигидрата титана через корыто фильтр-пресса-2 (16.1), направлен в бак-репульпатор оксигидрата титана (18), соединенный с баком (19) для приготовления и подачи раствора гидроксида калия, выход твердой фазы из фильтр-пресса-2 (16) направлен также через запорно-распределительное устройство (20) в сборно-расходный бункер (21) влажного осадка оксигидрата титана, соединенный с транспортируемой емкостью (22), имеющей разгрузочный узел (22.1), сборная емкость (15) для очищенных от ванадия растворов хлоридов калия или аммония имеет соединение с обогревательным реактором (23) с мешалкой, снабженным загрузочным люком (24), в который направлен выход из бункера-дозатора (25) солевых отходов магниевого и/или калийного производства, содержащих хлориды калия, магния и микро-примеси других металлов, слив получаемых концентрированных хлоридных растворов из обогреваемого реактора (23) с мешалкой направлен в выпарной аппарат (26), вакуум-кристаллизационную установку (27), разгрузочный узел которой имеет соединение с сушильным агрегатом (28) смешанных хлоридов аммония, калия и магния, выход из сушильного агрегата (28) направлен в сборно-расходный бункер (29) товарной продукции, соединенный с фасовочной машиной (30).

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРЕДЛАГАЕМОЙ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Разработанное техническое решение «Поточная технологическая линия для переработки окситрихлорида ванадия с получением пентаоксида ванадия и утилизацией отходов производства» работает и эксплуатируется следующим образом.

В реактор (1), для разложения технического окситрихлорида ванадия предварительно подают из бака (17) солевой раствор гидроксида калия (КОН + KCI), получаемый в результате корректировки - по концентрации КОН фильтратов после отделения осадка оксигидрата титана на фильтр-прессе-2 (16). Затем в реактор (1) при включенной мешалке через распределительное устройство (2) из транспортируемой емкости (3) направляют исходный - технический окситрихлорид ванадия (30-90% VOCI₃ + 10-30% TiCI₂ и др.). В результате протекания в реакторе (1) химических реакций происходит разложение VOCI₃ с образованием раствора KVO₃ и осаждение в твердую фазу оксигидрата титана - TiO₂ ·nH₂O; ТiO(ОН)₃; Ti(ОН)₄ и др. Образующуюся в пульпу закачивают на фильтр-пресс-2 (16) для отделения осадка оксигидрата титана от раствора метаванадата калия - фильтрата, который перемещают в бак (17) для «доукрепления» по КОН, т.е. для приготовления солевого (KCI) раствора гидроксида калия. Этот раствор (КОН+KCI) подают, как уже указывалось выше, в реактор разложения VOCI₃ (1). В бак-репульпатор (18) при включенной мешалке выгружают с фильтр-пресса-2 (16) через корыто фильтр-пресса-2 (16.1) разгрузочные устройства (20) осадок оксигидрата титана, перемешивание образующейся пульпы ведут 0,5-2 часа при температуре 60-90°. Значительная часть соединений ванадия при этом переходит из фазы осадка оксигидрата титана в щелочной (КОН+KCI) раствор. Пульпу затем подают (например, закачивают) на фильтр-пресс-2 (16), фильтрат направляют сборно-расходный в бак (5) и затем направляют в бак-кристаллизатор (9) для кристаллизации метаванадата аммония.

Осадок оксигидрата титана (после репульпации) содержащий небольшое количество ванадия с фильтр-пресса-2 (16) и сбрасывают из корыта фильтр-пресса-2 (16.1) через разгрузочное устройство (20) и подают в сборно-расходный бункер (21), из которого влажный Тi(V)-содержащие осадок подают в транспортируемую емкость (22), снабженную разгрузочным люком (22.1), и направляют на дальнейшую переработку и утилизацию в форме товарных титан-ванадиевых концентратов, реализуемых для извлечения титана и ванадия, например путем хлорирования в солевых хлораторах с получением технического TiCI₄ и технического VOCI₃. По другому варианту влажный (Ti-V) осадок направляют для производства гранулированных ванадий-содержащих катализаторов, используемых в технологических процессах органического синтеза.

Раствор метаванадата калия, очищенного на фильтр-прессе-2 от твердой фазы - осадка оксигидрата титана, из бака (5), как уже отмечалось, направляют в бак-кристаллизатор (9) метаванадия аммония. Для выделения ванадия из раствора в твердую фазу, т.е. для кристаллизации NH₄VO₃ в бак-кристаллизаторе (9) подают - из бака (19) солевой (KCl) раствор хлорида аммония, получаемых в баке (19) смешением маточных растворов NH₄ VO₃ от предыдущей операции кристаллизации NН₄ VO₃, и расчетное количество концентрированного «запасного» раствора хлорида аммония - из бака (6). Образующуюся суспензию в баке-кристаллизаторе (9) охлаждают (через водоохлаждающую «рубашку») - для более полного выделения из раствора твердой фазы - NH ₄VO₃.

Суспензию затем закачивают на фильтр-1 (10), осадок NH₄VO₃ отделяют от маточного раствора и промывают на фильтре разбавленным раствором хлорида аммония из бака (7). Маточные растворы собирают в баке (12) и затем используют для последующего получения солевого раствора (NH₄Cl+КСl) для кристаллизации очередной порции NH ₄VO₃.

Осадок NH₄VO ₃ после промывки с фильтра-1 (10) направляют в прокалочную печь (11), в которой происходит разложение NH₄VO ₃ с получением товарного пентаоксида ванадия, который отгружают через разгрузочный узел (11.1) потребителям.

Промводы метаванадата аммония и другие сбросно-сточные воды, содержащие соединения ванадия, образующиеся на различных стадиях и переделах общей технологической схемы переработки технического VOCI ₃ с получением товарного V₂O₅ перекачивают в сборно-усреднительную емкость (12). Для извлечения соединений ванадия из растворов, и обезвреживании сточных (сбросных) вод от соединений ванадия, все объединенные растворы и сточные воды направляют на установку (14). Очищенные от ванадия в установке (14) хлоридные (КСI+NH₄CI) растворы направляют в сборную емкость (15), соединенную с обогревательным реактором (23), снабженным загрузочным люком (24). Через этот загрузочный люк (24) в обогреваемый реактор (23) при включенной мешалке загружают (в дробленном или измельченном виде) из бункера (25) солевые отходы магневого и/или калийного производства, содержащие хлориды калия, магния и примеси хлоридов и оксихлоридов других металлов. Полученный композиционный солевой раствор (КСI, NH₄CI, MgCI₂ и др.) направляют из реактора (23) в последовательно-установленные выпарной аппарат (26) и вакуум-кристаллизационную установку (27), из которой смешанные кристаллы (KCI+NH₄CI) загружают в сушильный агрегат (28) для обезвоживания смешанных хлоридов калия, аммония и магния. Из сушильного агрегата кристаллы хлоридов калия, аммония и магния выгружают в сборно-расходный бункер (29) товарного продукта и затем в фасовочную машину (30) для последующей отгрузки потребителям в качестве комплексного композиционного минерального удобрения.

1. Реактор для разложения технического окситрихлорида ванадия, содержащего 30-90% VOCI₃, 10-70% TiCI ₄ и примеси хлоридов и оксихлоридов других металлов;

2. Распределительное устройство для подачи технического окситрихлорида ванадия под слой щелочного раствора (КОН+KCI);

3. Транспортируемая емкость с исходным техническим окситрихлоридом ванадия;

4. Бак с мешалкой, загрузочным люком и патрубком для подачи дистиллированной воды, предназначенной для приготовления и последующей подачи исходного концентрированного («запасного») раствора КОН;

5. Сборно-расходный бак для раствора метаванадата калия, получаемого после разложения технического VOCI₃ и выделение из пульпы осадка оксигидрата титана;

6. Бак с мешалкой для приготовления исходного раствора хлорида аммония;

7. Бак с мешалкой, загрузочным люком и патрубком для подачи дистиллированной воды (предназначен для приготовления и последующей подачи разбавленного (1-3%) раствора хлорида аммония для промывки осадка метаванадата аммония);

8. Линия раздачи дистиллированной (обессолевой) воды - для приготовления исходных растворов КОН, NH₄CI; для промывки осадков.

9. Бак-кристаллизатор метаванадата аммония;

10. Фильтр-1 для выделения из суспензии осадка метаванадата аммония - NH₄VO₃;

11. Прокалочная печь для разложения NH₄ VO₃ с получением товарного V₂O₅ ;

11.1 Загрузочный узел прокалочной печи;

12. Бак-сборник ванадий-содержащих маточных растворов метаванадата аммония;

13. Бак-сборник промвод метаванадата аммония, части маточных растворов и других ванадий-содержащих сбросных - сточных вод, образующихся на различных стадиях и переделах переработки технического VOCI₃ и получения товарного V₂O₅;

14. Установка для извлечения из маточных растворов и промвод метаванадата аммония, соединений ванадия («установка для обезвреживания сточных вод от ванадия»), в состав которой входят баковое оборудование, реакторы, сборники, дозаторы химических реагентов, фильтры, трубопроводы, насосы, запорно-регулирующая аппаратура, сушильная камера и/или прокалочная печь;

15. Сборная емкость очищенных и обезвреженных от соединений ванадия хлоридных растворе (Н ₂О-KCI-NH₄CI);

16. Фильтр-пресса-2 для выделения из пульпы после щелочного (КОН) разложения технического окситрихлорида ванадия (VOCI₃+TiCI₄) осадка оксигидрата титана и его промывки;

16.1. Корыто фильтр-пресса-2 для выгрузки осадка оксигидрата титана;

17. Бак с мешалкой для приготовления (и последующей подачи в реактор (1) для разложения VOCI₃) солевого раствора (KCI+КОН) гидроксида калия;

18. Бак для приготовления из концентрированного раствора NH₄CI - разбавленного (1-3%) раствора хлорида аммония для промывки и репульпации осадка метаванадата аммония;

19. Бак для приготовления исходных (рабочих) растворов КОН;

20. Запорно-распределительное устройство;

21. Сборно-расходный бункер осадка оксигидрата титана после его репульпации в растворе гидроксида калия и фильтровании на фильтр-прессе-2 (ФП-2);

22. Транспортируемая емкость осадка оксигидрата титана;

22.1 Разгрузочный люк для выгрузки и отгрузки дальнейшую переработку с получением товарных титан-ванадиевых продуктов, например ванадийсодержащих гранулированных катализаторов органического синтеза;

23. Обогреваемый реактор с мешалкой, снабженный загрузочным люком (24), для получения концентрированных солевых растворов (KCI+NH ₄CI, примеси MgCI₂ и микропримесей хлоридов других металлов);

24. Загрузочный люк обогреваемого реактора (23);

25. Бункер-дозатор солевых отходов магниевого и/или калийного производств, содержащих хлориды калия и/или магния, примеси хлоридов других металлов;

26. Выпарной аппарат;

27. Вакуум-кристаллизационная установка;

28. Сушильный агрегат - для обезвоживания кристаллов хлорида калия, аммония и магния;

29. Сборно-расходный бункер товарной продукции;

30. Фасовочная машина комплексных минеральных удобрений на основе KCI, NH₄CI и MgCl₂.

Поточная технологическая линия для переработки окситрихлорида ванадия с получением пентаоксида ванадия и утилизацией отходов производства, включающая реактор для разложения окситрихлорида ванадия в щелочном растворе, соединенный через распределительное устройство с транспортируемой емкостью для окситрихлорида ванадия, бак с мешалкой для приготовления исходного раствора щелочи, сборно-расходную емкость раствора метаванадата щелочного металла, бак с мешалкой для приготовления исходного раствора хлорида аммония, линию раздачи дистиллированной воды, бак-кристаллизатор метаванадата аммония, фильтр - 1 для выделения из суспензии осадка метаванадата аммония, прокалочную печь, оборудованную затарочным узлом, баки-сборники ванадийсодержащих маточных растворов и промвод, установку для извлечения из маточных растворов и промвод соединений ванадия, в состав которой входит баковое оборудование, реакторы, дозатор химических реагентов, фильтры, трубопроводы, сушильная камера и/или прокалочная печь, насосы, запорно-регулирующая арматура, сборная емкость для очищенных от соединений ванадия хлоридных растворов, отличающаяся тем, что реактор для разложения окситрихлорида ванадия имеет соединение с баком для приготовления и подачи солевого раствора гидроксида калия, соединенного с фильтр-прессом - 2 и баком с исходным раствором гидроксида калия, бак-кристаллизатор метаванадата аммония соединен с сборно-расходным баком фильтратов - растворов метаванадата калия после выделения осадка оксигидрата титана и с баком для приготовления и подачи смешанного раствора хлоридов аммония и калия, патрубок нижнего слива пульпы из реактора для разложения технического окситрихлорида ванадия в солевом растворе гидроксида калия соединен с входным патрубком фильтр-пресса - 2, выход из которого твердой фазы - осадка оксигидрата титана через корыто фильтр-пресса - 2 направлен в бак-репульпатор оксигидрата титана, соединенный с баком для приготовления и подачи раствора гидроксида калия, выход твердой фазы из фильтр-пресса - 2 направлен также через запорно-распределительное устройство в сборно-расходный бункер осадка, имеющий разгрузочный люк сборная емкость для очищенных от ванадия растворов хлоридов калия и аммония имеет соединение с обогреваемым реактором с мешалкой, снабженным загрузочным люком, в который направлен выход из бункера-дозатора солевых отходов магниевого и/или калийного производства, содержащих хлориды калия, магния и микропримеси других металлов, слив получаемых концентрированных хлоридных растворов из обогреваемого реактора с мешалкой направлен в выпарной аппарат, вакуум-кристаллизационную установку, разгрузочный узел которой имеет соединения с сушильным агрегатом смешаных хлоридов аммония, калия и магния, выход из сушильного агрегата направлен в сборно-расходный бункер товарной продукции, соединенный с фасовочной машиной.