Технологический участок для производства пентаоксида ванадия
Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии, и, в частности к технологическим и производственным участкам, отделениям, комплексам для получения товарного пентаоксида ванадия из ванадийсодержащего сырья - технического окситрихлорида ванадия. Разработанное техническое решение может быть использовано на химико-металлургических предприятиях. Задачей предлагаемой полезной модели является разработка нового технологического участка для производства товарного пентаоксида ванадия их технического окситрихлорида ванадия, содержащего 30-90% VOCl3, 10-70% TiCl4 и примеси хлоридов и оксихлоридов других металлов. Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемой полезной модели заключается в избирательном извлечении соединений ванадия из исходного ванадийсодержащего сырья и попутном получении из образующихся отходов производства ликвидных товарных продуктов, пользующихся спросом у потребителей - гранулированных ванадийсодержащих катализаторов для тонкого органического синтеза. Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемой полезной моделью - «Технологическим участком для производства пентаоксида ванадия», включающим следующее основное технологическое оборудование: реактор с мешалкой для щелочной обработки окситрихлорида ванадия, имеющий герметичное соединение с транспортируемой емкостью с окситрихлоридом ванадия, выход окситрихлорида ванадия из транспортируемой емкости в реактор для щелочной обработки через запорно-регулирующую арматуру направлен в распределительное устройство, расположенное в реакторе ниже уровня мешалки, на крышке реактора для щелочной обработки окситрихлорида ванадия имеется патрубок для подсоединения к последовательно установленным дозатором и баком с мешалкой для приготовления раствора гидроксида натрия, бак-кристаллизатор метаванадата аммония, на крышке которого имеются патрубки, один из которых имеет соединение с баком-сборником раствора метаванадата натрия, а другой патрубок соединен с дозатором хлорида аммония, патрубок нижнего слива суспензии из бака-кристаллизатора соединен с фильтром-1 для отделения и промывки осадка метаванадата аммония, после фильтра-1 установлен бак-репульпатор осадка метаванадата аммония, соединенный через патрубки, установленные на крышке бака с линией раздачи обессоленной воды и дозатором хлорида аммония, слив суспензии через патрубки нижнего слива бака-кристаллизатора направлены на фильтр-1, технологически соединенный с прокалочной печью, после фильтра-1 установлены бак-сборник маточных растворов и промвод метаванадата аммония, реактор для обезвреживания ванадийсодержащих растворов и сточных вод, соединенный с дозатором раствора, содержащим соли железа (II) и раствора гидроксида натрия, фильтр-2 для выделения из пульпы осадка оксигидрата железа с примесями соединений ванадия, отличающийся тем, что после реактора для щелочной обработки технического окситрихлорида ванадия установлен фильтр-3 для выделения из образующейся пульпы осадка оксигидрата титана и его промывки, выход с фильтра-3 раствора метаванадата натрия, очищенного от твердой фазы направлен в сборно-расходную емкость, соединенную с баком-кристаллизатором, корыто фильтра-3 имеет разгрузочный люк, снабженный запорно-распределительным устройством, направляющим влажный осадок оксигидрата титана в сборник и в обогреваемый реактор-репульпатор с мешалкой, соединенный с дозатором раствора гидроксида натрия и фильтром-3, снабженным разгрузочным узлом, имеющим соединение со шнековым смесителем, к которому подсоединен дозатор портландцемента, вход в дозатор направлен из расходного бункера портландцемента, выход композиционной смеси из шнекового смесителя направлен в гранулятор, выполненный в форме экструдера, после которого установлен ленточный транспортер, классификатор, бункер-сборник готовой товарной продукции, сборник мелкой (некондиционной) нетоварной фракции технологически соединенный со шнековым смесителем, бункер-сборник готовой товарной продукции имеет соединение через разгрузочный люк и запорно-регулирующую арматуру с устройством для затаривания.
Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии, и, в частности к технологическим и производственным участкам, отделениям, комплексам для получения товарного пентаоксида ванадия из ванадийсодержащего сырья - технического окситрихлорида ванадия. Разработанное техническое решение может быть использовано на химико-металлургических предприятиях.
Известен «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), включающий в себя следующее основное технологическое оборудование: обогреваемый реактор с мешалкой для выщелачивания исходного сырья - технического пентаоксида ванадия; бак для приготовления и подачи раствора щелочи - гидроксида натрия; бак-дозатор раствора гипохлорита натрия; фильтр (нутч-фильтр или пресс-фильтр) для отделения нерастворимого остатка после выщелачивания от маточного раствора - раствора метаванадата натрия; бак-кристаллизатор для выделения из раствора в твердую фазу метаванадата аммония, снабженный бункером для загрузки в кристаллизатор хлорида и/или нитрата аммония; фильтр (нутч-фильтр или пресс-фильтр) для отделения осадка метаванадата аммония от маточного раствора; бак-сборник маточных растворов и промвод метаванадата аммония; реактор для обезвреживания ванадийсодержащих сточных вод - маточных растворов от выделения NH4VO3 и промвод метаванадата аммония; бак-сборник растворов, содержащих соли железа, соединенный через дозатор с реактором для обезвреживания стоков; емкость для щелочных растворов (NaOH и/или СаО, и/или СаО+Н2 О, и/или MgO, и/или MgO+H2O и др.); фильтр-пресс для выделения из пульпы после обезвреживания ванадийсодержащих сточных вод оксигидратного осадка; шнековый питатель; смеситель; бункер-дозатор магнийсодержащих оксидных материалов (MgO, брусит, магнезит и/или серпентинит и т.п.); бункер-дозатор инертных наполнителей (различные отходы производства, древесные опилки, бытовой или технологический мусор и т.п.); бункер-дозатор нерастворимого остатка - после выщелачивания технического V2O5 и отделения маточного раствора NaVO3; дозатор раствора, содержащего хлорид магния, соединенный с накопительной (расходной) емкостью; узел формования, термообработки и отверждения композиционной смеси; абсорбер с ложным днищем и шаровой насадкой для очистки и обезвреживания от соединений ванадия отходящих из прокалочной печи пылегазовой аэрозольной смеси; циркуляционный бак с раствором щелочи - гидроксида натрия, соединенный с разбрызгивающим устройством абсорбера.
Известный «Производственный участок» позволяет с высокой эффективностью перерабатывать технический пентаоксид ванадия (70-90% V2O5) с получением товарного V2O5, при этом обеспечиваются условия обезвреживания сточных вод и аэрозольно-пылевых смесей от соединений ванадия.
Недостатком известного технического решения является отсутствие в составе «Производственного участка» оборудования для переработки технического окситрихлорида ванадия (VOCl3) с получением товарного пентаоксида ванадия.
Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является известный «Аппаратурно-технологический комплекс для получения пентаоксида ванадия» (Патент РФ на ПМ 7466 по заявке 2008105007/22 с приор. от 11.02.2008. Зарег. и опубл. 10.07.2008. Бюл. 19; МПК8 С22В 34/22; С01G 1/02) - 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 техническим 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 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 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 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% VOCl3) 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 VOCl3 до 10-70% тетрахлорида титана TiCl4 и примеси других металлов.
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка нового технологического участка для производства товарного пентаоксида ванадия их технического окситрихлорида ванадия, содержащего 30-90% VOCl3, 10-70% TiCl 4 и примеси хлоридов и оксихлоридов других металлов.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемой полезной модели, заключается в избирательном извлечении соединений ванадия из исходного ванадийсодержащего сырья и попутном получении из образующихся отходов производства ликвидных товарных продуктов, пользующихся спросом у потребителей - гранулированных ванадийсодержащих катализаторов для тонкого органического синтеза.
Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемой полезной модели - «Технологическим участком для производства пентаоксида ванадия», включающим следующее основное технологическое оборудование (см. рис.): реактор (1) с мешалкой для щелочной обработки окситрихлорида ванадия, имеющий герметичное соединение с транспортируемой емкостью (2) с окситрихлоридом ванадия, выход окситрихлорида ванадия из транспортируемой емкости в реактор (1) для щелочной обработки через запорно-регулирующую арматуру направлен в распределительное устройство (3), расположенное в реакторе ниже уровня мешалки, на крышке реактора для щелочной обработки окситрихлорида ванадия имеется патрубок для подсоединения к последовательно установленным дозатором (4) и баком (5) с мешалкой для приготовления раствора гидроксида натрия, бак-кристаллизатор (6) метаванадата аммония, на крышке которого имеются патрубки, один (7-1) из которых имеет соединение с баком-сборником раствора метаванадата натрия, а другой патрубок (7-2) соединен с дозатором хлорида аммония, патрубок нижнего слива суспензии из бака-кристаллизатора (6) соединен с фильтром-1 (8) для отделения и промывки осадка метаванадата аммония, после фильтра-1 (8) установлен бак-репульпатор (9) осадка метаванадата аммония, соединенный через патрубки, установленные на крышке бака с линией раздачи обессоленной воды и дозатором хлорида аммония, слив суспензии через патрубки нижнего слива бака-кристаллизатора направлены на фильтр-1 (8), технологически соединенный с прокалочной печью (10), после фильтра-1 (8) установлены бак-сборник (11) маточных растворов и промвод метаванадата аммония, реактор (12) для обезвреживания ванадийсодержащих растворов и сточных вод, соединенный с дозатором (13) раствора, содержащим соли железа (II) и раствора гидроксида натрия, фильтр-2 (16) для выделения из пульпы осадка оксигидрата железа с примесями соединений ванадия. Новым в предлагаемом техническом решении является то, что после реактора (1) для щелочной обработки технического окситрихлорида ванадия установлен фильтр-3 (17) для выделения из образующейся пульпы осадка оксигидрата титана и его промывки, выход с фильтра-3 (17) раствора метаванадата натрия, очищенного от твердой фазы направлен в сборно-расходную емкость (22), соединенную с баком-кристаллизатором (6), корыто фильтра-3 (18) имеет разгрузочный люк (19), снабженный запорно-распределительным устройством (20), направляющим влажный осадок оксигидрата титана в сборник (22) и в обогреваемый реактор-репульпатор (21) с мешалкой, соединенный с дозатором раствора гидроксида натрия (4) и фильтром-3 (17), снабженным разгрузочным узлом (24), имеющим соединение со шнековым смесителем (25), к которому подсоединен дозатор (26) портландцемента, вход в дозатор (26) направлен из расходного бункера (27) портландцемента, выход композиционной смеси из шнекового смесителя направлен в гранулятор (28), выполненный в форме экструдера, после которого установлен ленточный транспортер (29), классификатор (30), бункер-сборник готовой товарной продукции (31), сборник мелкой (некондиционной) нетоварной фракции (32) технологически соединенный со шнековым смесителем (25), бункер-сборник (31) готовой товарной продукции имеет соединение через разгрузочный люк (33) и запорно-регулирующую арматуру (34) с устройством для затаривания (35).
РЕАЛИЗАЦИЯ ПРЕДЛАГАЕМОЙ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Предлагаемое техническое решение - «Производственное отделение для переработки окситрихлорида ванадия с получением пентаоксида ванадия» работает и эксплуатируется следующим образом.
В реактор (2) с мешалкой из дозатора (4), соединенного с баком (5) закачивают (или самотеком) раствор (20-200 г/дм3 ) гидроксида натрия и затем, при включенной мешалке через распределительное устройство (3) из транспортируемой емкости (1) подают технический окситрихлорид ванадия (30-90% VOCl3+10-70% TiCl 4). Скорость подачи регулируют запорно-регулирующей арматурой. В реакторе (2) происходит «разложение» технического окситрихлорида ванадия с образованием пульпы - раствора метаванадата натрия - NaVO3 и тонкодисперсного осадка оксигидратов титана - TiO(OH)2, Ti(OH)4, ТiO2 , nН2О и др. Эту пульпу из реактора (2) через патрубок нижнего слива закачивают насосом (на рис. не показан) на фильтр-3 (17), в качестве которого преимущественно используют фильтр-пресс. Фильтрат-раствор метаванадата натрия - NaVO3 направляют в сборно-расходную емкость (22). После заполнения фильтра осадком, последний сбрасывают в корыто (18) и затем через запорно-регулирующее и распределительное устройство подают в бак-репульпатор (21), в который предварительно залит - из дозатора (4) раствор гидроксида натрия. Пульпу в баке-репульпаторе (21) 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 (21) насосом закачивают на фильтр-3, раствор метаванадата натрия отделяют от осадка и направляют в сборно-расходную емкость (22). Осадок выгружают с фильтра-3 (17) сначала в корыто (18), а затем в сборник (28) влажного осадка оксигидрата титана с примесями в осадке. Из этого сборника (23) осадок направляют через разгрузочный люк (24) в шнековый смеситель (25), одновременно в шнековый смеситель (25) из дозатора (26), соединенного с расходным бункером (27) загружают расчетное количество портландцемента. Из шнекового смесителя получаемую композиционную смесь направляют в гранулятор (28), выполненный в форме экструдера, из фильер которого гранулы поступают на ленточный транспортер (29). После ленточного транспортера (29) гранулы получаемого продукта-катализатора выгружают в классификатор (30), в качестве которого может быть использовано, например, вибросито. Мелкую нетоварную некондиционную фракцию собирают в сборнике (32), из которого эту фракцию направляют в шнековый смеситель (25). Готовую продукцию - гранулированный катализатор для органического синтеза выгружают из классификатора (30) в бункер-сборник (31), из которого через разгрузочный люк (33) и запорно-регулирующую арматуру гранулированный катализатор поступает в устройство для затаривания, например в мешкотару и затем отгружают потребителям.
Для получения товарного пентаоксида ванадия раствор метаванадата натрия - NaVO3, очищенный от соединений титана, из сборно-расходной емкости (22) закачивают в бак-кристаллизатор (6) метаванадата аммония, в который при включенной мешалке подают через патрубок (7) 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 (8), 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 (8) 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 (8) выгружают в бак-репульпатор (9), 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 (8), фильтрат собирают в баке-сборнике (11). Осадок на фильтре-1 (8) вновь промывают разбавленным (1-3%) раствором хлоридом аммония. Все промводы собирают в баке-сборнике (11). Промытый («отмытый» от хлорида натрия) осадок NH4VO3 выгружают с фильтра-1 и загружают в прокалочную печь (10), 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 погрузочного узла происходит разложение метаванадата аммония с получением товарного порошкообразного пентаоксида ванадия.
По окончанию процесса прокалки, полученный товарный пентаоксид ванадия выгружают из прокалочной печи (10), затаривают в мешки и отгружают потребителям.
Для обезвреживания от ванадия всех образующихся ванадийсодержащих сточных вод (маточных растворов, промвод) объединенные стоки из бака-сборника (11) закачивают в реактор (12), 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 (15) и затем - после контрольного химического анализа сбрасывают в канализацию.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УЧАСТОК ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНТАОКСИДА ВАНАДИЯ
1. реактор, снабженный мешалкой для разложения окситрихлорида ванадия;
2. транспортируемая емкость с исходным техническим окситрихлоридом ванадия;
3. распределительное устройство для подачи исходного технического окситрихлорида ванадия под слой раствора гидроксида натрия, ниже уровня мешалки;
4. дозатор раствора гидроксида натрия;
5. бак для приготовления раствора гидроксида натрия;
6. бак-кристаллизатор метаванадата аммония;
7-1. патрубок для подачи в бак-кристаллизатор раствора метаванадата натрия;
7-2. патрубок для подачи в бак-кристаллизатор хлорида аммония;
8. фильтр-1 для выделения из суспензии осадка метаванадата аммония;
9. бак-репульпатор осадка метаванадата аммония;
10. прокалочная печь для прокалки метаванадата аммония с получением пентаоксида ванадия;
11. бак-сборник маточных растворов и промвод метаванадата аммония;
12. реактор для обезвреживания ванадийсодержащих растворов и промвод - маточных растворов и промвод метаванадата аммония;
13. дозатор раствора хлорида и/или сульфата железа;
14. бак для приготовления и/или хранения исходных растворов хлорида и/или сульфата железа;
15. сборник, очищенных от ванадия сточных вод;
16. фильтр-2 (Ф-2) для выделения из пульпы осадка оксигидрата железа (II и III) с примесями соединений ванадия;
17. фильтр-3 для выделения из пульпы осадка оксигидрата титана;
18. корыто фильтра-3;
19. разгрузочный люк корыта (18) фильтра-3 (17);
20. запорно-регулирующее и распределительное устройство;
21. обогреваемый бак-репульпатор с мешалкой для репульпации осадка оксигидрата титана;
22. сборно-расходная емкость растворов метаванадата натрия;
23. сборник влажного осадка оксигидрата титана;
24. разгрузочный узел сборника (22);
25. шнековый смеситель;
26. дозатор портландцемента;
27. расходный бункер портландцемента;
28. гранулятор, выполненный в форме экструдера;
29. ленточный транспортер;
30. классификатор;
31. бункер-сборник готовой товарной продукции - гранулированного ванадийсодержащего катализатора для органического синтеза;
32. сборник мелкой нетоварной фракции;
33. разгрузочный люк бункера-сборника;
34. запорно-регулирующая арматура;
35. устройство для затаривания готовой продукции.
Технологический участок для производства пентаоксида ванадия, включающий реактор с мешалкой для щелочной обработки окситрихлорида ванадия, имеющий герметичное соединение с транспортируемой емкостью с окситрихлоридом ванадия, выход окситрихлорида ванадия из транспортируемой емкости в реактор для щелочной обработки через запорно-регулирующую арматуру направлен в распределительное устройство, расположенное в реакторе ниже уровня мешалки, на крышке реактора для щелочной обработки окситрихлорида ванадия имеется патрубок для подсоединения к последовательно установленным дозатором и баком с мешалкой для приготовления раствора гидроксида натрия, бак-кристаллизатор метаванадата аммония, на крышке которого имеются патрубки, один из которых имеет соединение с баком-сборником раствора метаванадата натрия, а другой патрубок соединен с дозатором хлорида аммония, патрубок нижнего слива суспензии из бака-кристаллизатора соединен с фильтром-1 для отделения и промывки осадка метаванадата аммония, после фильтра-1 установлен бак-репульпатор осадка метаванадата аммония, соединенный через патрубки, установленные на крышке бака с линией раздачи обессоленной воды и дозатором хлорида аммония, слив суспензии через патрубки нижнего слива бака-кристаллизатора направлены на фильтр-1, технологически соединенный с прокалочной печью, после фильтра-1 установлены бак-сборник маточных растворов и промвод метаванадата аммония, реактор для обезвреживания ванадийсодержащих растворов и сточных вод, соединенный с дозатором раствора, содержащим соли железа (II) и раствора гидроксида натрия, фильтр-2 для выделения из пульпы осадка оксигидрата железа с примесями соединений ванадия, отличающийся тем, что после реактора для щелочной обработки технического окситрихлорида ванадия установлен фильтр-3 для выделения из образующейся пульпы осадка оксигидрата титана и его промывки, выход с фильтра-3 раствора метаванадата натрия, очищенного от твердой фазы направлен в сборно-расходную емкость, соединенную с баком-кристаллизатором, корыто фильтра-3 имеет разгрузочный люк, снабженный запорно-распределительным устройством, направляющим влажный осадок оксигидрата титана в сборник и в обогреваемый реактор-репульпатор с мешалкой, соединенный с дозатором раствора гидроксида натрия и фильтром-3, снабженным разгрузочным узлом, имеющим соединение со шнековым смесителем, к которому подсоединен дозатор портландцемента, вход в дозатор направлен из расходного бункера портландцемента, выход композиционной смеси из шнекового смесителя направлен в гранулятор, выполненный в форме экструдера, после которого установлен ленточный транспортер, классификатор, бункер-сборник готовой товарной продукции, сборник мелкой (некондиционной) нетоварной фракции, технологически соединенный со шнековым смесителем, бункер-сборник готовой товарной продукции имеет соединение через разгрузочный люк и запорно-регулирующую арматуру с устройством для затаривания.
