Введение - Разработка технологии производства метаванадата аммония из черных сланцев месторождения Баласаускандык

Общая характеристика работы. Диссертационная работа посвящена решению важнейшей проблемы вовлечения в переработку нетрадиционных сырьевых источников ванадия для получения товарной продукции, пользующейся повышенным спросом в различных отраслях промышленности.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с государственными программами "Разработка научных основ и технологий создания новых перспективных материалов различного функционального назначения" (2006-2008 гг.), "Разработка технологий для создания новых редкоземельных производств переработки минерального и техногенного сырья Казахстана за 2007 г." (№ 0107РК00615 гос. регистрации) и "Научно-техническое обеспечение развития редкометалльной отрасли в Республике Казахстан за 2009-2010 гг." (№ 0109РК01413 гос. регистрации).

Актуальность темы исследований. Минерально-сырьевая база для производства редких тугоплавких металлов и редкоземельных элементов в Казахстане достаточно велика для того, чтобы создать на ее основе горно-добывающую и перерабатывающую промышленность, способную обеспечить внутренние и экспортные потребности новых отраслей техники. Особую роль в этом ряду играет ванадий как легирующий и модифицирующий элемент, который широко используется в металлургии при производстве конструкционных сталей, обладающих повышенными физико-механическими свойствами. Дальнейшее расширение масштабов применения соединений ванадия в металлургии, катализе, нефтехимии и других отраслях республики является чрезвычайно важней задачей. Поэтому необходимо углубление знаний о формах нахождения ванадия в рудных и нерудных образованиях, о способах вскрытия и изучения ионного состояния ванадия в многокомпонентной водной среде, об эффективных ионообменных процессах.

Огромные запасы ванадия заключены в черных сланцах Большого Каратау - в месторождениях Баласаускандык, Курумсак и Джебаглы (с содержанием ванадия 0,8-1,2 %). Таким образом, все более актуальной становится разработка новых инновационных технологий переработки уникальных черносланцевых руд региона Северо-Западного Каратау, которая связана как с получением соединений ванадия, так и с дальнейшей перспективой вовлечения в переработку забалансового сырья.

Для удовлетворения растущих требований потребителей ванадия и для изготовления изделий на его основе важным позитивным шагом для Казахстана являются создание производственно-логистического комплекса по выпуску редких тугоплавких металлов, начиная от разработки месторождения и заканчивая выпуском конечной продукции, продолжение разработки новых материалов на их основе и расширение сферы потребления своей конкурентоспособной продукции.

Цель настоящей работы - развитие теоретических основ гидрометаллургических процессов и разработка технологии производства метаванадата аммония из черных сланцев месторождения Баласаускандык. В качестве объекта исследований было взято сырье месторождения Баласаускандык Северо-Западного Каратау.

Для достижения поставленной цели решались Следующие задачи:

    - обобщить данные о химическом и минералогическом составе черных сланцев, выделить реперную ванадиевую минерализацию в углерод-кремнеземистой формации; - разработать низкотемпературный способ вскрытия упорных ванадийсодержащих минералов в черных сланцах с последующим выщелачиванием; - изучить закономерности процессов сорбционного разделения, концентрирования и очистки основных компонентов от сопутствующих примесей для получения качественной конечной продукции; - разработать технологию производства метаванадата аммония из черных сланцев, провести опытно-промышленные испытания и внедрить на опытном заводе ТОО "Фирма Балауса", расположенного на месторождении Баласаускандык.

Методологическое и метрологическое обеспечение работы. В ходе исследований использовались химический, рентгенофазовый, микроскопический, термогравиметрический, визуальный политермический методы анализа, колебательная и электронная спектроскопия (Specord 75 IR, Specord M 80, Specord UV VIS), электронный парамагнитный и ядерно-магнитный резонанс с применением дифрактометра ДРОН-2, поляризационных микроскопов МИН_8 и ПОЛАМ С-112, дериватографа Q-1500D, ДФС-52, радиоспектрометра РЕ 1301 и серии BRUCER, спектрометра CXP-300. Химический анализ с использованием стандартных методик по ГОСТам автором проведен лично.

Научная новизна работы заключается в следующем:

    - систематизацией ванадиевых минералов черносланцевой руды по характеру химической связи и химико-технологическим показателям процесса вскрытия установлено, что ванадий в основном сосредоточен в сложных по степени вскрываемости сульфидах (VS, V2S5) и шпинелидах (VTiO4(VO-Ti2O3), VO-V2O3); - на основании результатов физико-химических исследований свойств: коэффициента дробимости, пористости и влажности выявлено, что черные сланцы относятся к рудам, легко поддающимся механической обработки; - предельным насыщением измельченных до оптимальной крупности дробления (в среднем 25 мм) черных сланцев серной кислотой и химическим анализом состава продуктивных растворов найдено, что упорные углерод-кремнеземистые руды, несмотря на высокую стехиометрическую кислотоемкость (350 кг/т), обладают низкой кислотопоглощаемостью (до 140 кг/т), поскольку наряду с ванадием растворяются другие ценные элементы: уран, молибден и редкие земли; - предложен вероятный механизм перехода ванадия в процессе низкотемпературной сульфатизации черных сланцев в кислоторастворимую форму под действием атомарного кислорода, образующегося в результате адсорбции на поверхности минералов и разложения триоксида серы за счет аутокаталитического действия адсорбционного комплекса, подтвержденный термодинамическими величинами и окислительно-восстановительными потенциалами (ОВП) реакций окисления сульфидных минералов; - ИК-спектроскопической идентификацией и измерениями ОВП технологических растворов установлено, что ванадий из предварительно сульфатизированных черных сланцев выщелачивается в виде оксокатиона ванадила независимо от природы неорганических растворителей: воды или слабого раствора (3-х %) серной кислоты; - легкость и полнота отделения оксокатионов ванадила от активно сорбирующихся анионитом Ambersep 920 комплексных анионов шестивалентных урана и молибдена обосновывается разным валентным и ионным состоянием в растворах целевого металла и сопутствующих элементов; - обнаружено, что при кондиционировании сорбционных фильтратов пероксидом водорода, ванадий, меняя валентное состояние, образует хорошо сорбирующиеся гетерокомплексные анионы, судя по высокой обменной емкости анионита Ambersep 920 (450 мг/г в пересчете на V2O5), которые при донасыщении смолы ванадием разрушаются, по всей вероятности, из-за склонности ванадат-ионов к конденсации и слабой связи с ними сульфат - и фосфат-ионов, перераспределяющихся обратно в сорбционный фильтрат.

Основные положения, выносимые на защиту:

    - результаты исследования вещественного, минералогического и химического состава упорной углерод-кремнеземистой руды; - результаты анализа физико-химических свойств черных сланцев; - результаты изучения термодинамических величин, ОВП реакций окисления сульфидных минералов в широком температурном интервале и механизма образования кислоторастворимых соединений ванадия в процессе низкотемпературной сульфатизации черносланцевой руды; - результаты ИК-спектроскопической идентификации состава соединений ванадия и химического анализа состава технологических растворов; - результаты изучения поведения ванадия и сопутствующих элементов: урана, молибдена и фосфора в растворах и ионообменной системе; - результаты опытно-промышленных испытаний и внедрения технологии получения метаванадата аммония из черных сланцев.

Практическая значимость результатов работы. Разработана и внедрена на опытном заводе ТОО "Фирма "Балауса" технологическая схема получения метаванадата аммония из черных сланцев месторождения Баласаускандык, базирующаяся на способах низкотемпературной сульфатизации руды и сорбционного аффинажа ванадия из поликомпонентных растворов кучного выщелачивания. Ожидаемый экономический эффект при переработке 30,0 тыс. т черносланцевой руды составляет 216,9 млн. тенге.

Личный вклад автора. Исследования, анализ литературных источников, лабораторное и опытно-промышленные испытания и внедрение разработанной технологии в промышленную эксплуатацию проведены автором лично.

Обоснование необходимости проведения данной научно-исследовательской работы. Анализ научно-технической информации показал, что самыми малоизученными вопросами являются процессы вскрытия упорных труднообогатимых руд, играющие важную роль в производстве получения качественного товарного продукта. Вышесказанное явилось основанием для проведения исследований по переработке некондиционных сырьевых источников ванадия с повышенным содержанием сопутствующих примесей гидрометаллургическим методом.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на ряде международных конференций: "Ломоносов-2008" (Москва, МГУ, 2008 г.); "Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане" (Алматы, 2008 г.); "Мир науки" (Алматы, КазНУ им. Аль-Фараби 2008 г.); "Жас Галым 2009" (Тараз, ТарГПИ, 2009 г.); "Сатпаевские чтения" (г. Алматы, ИГН МОН РК, 2009 г.); "Актуальные проблемы урановой промышленности", (Алматы, НАК "Казатомпром", 2010 г.).

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность своим научным руководителям Козлову В. А. и Нуржановой С. Б. за всестороннюю поддержку и обсуждение работы; замечательным ученым Ахметовой К. Ш. и Дадабаеву А. Ю. за ценные замечания и огромную помощь. Автор выражает особую благодарность академику НАН РК Жарменову А. А. за постоянный интерес и поддержку в работе. Автор признателен Курбангалиевой Г. В. и Мейрбекову А. К. за помощь оказанной по вопросам консультации в оформлении работы и интерпретации результатов исследований. За участие в исследованиях и техническую поддержку автор выражает особую благодарность коллективу лаборатории титана и ванадия РГП "НЦ КПМС РК" и ТОО "Фирма Балауса", а именно г-ну Кузнецову А. Ю.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных Комитетом по контролю и научной аттестации в сфере образования и науки, а также 8 в трудах международных конференций. Подана заявка на выдачу инновационного патента Республики Казахстан (регистрационный номер 2010/0816.1).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 43 таблицы и 37 рисунков. Список использованных источников включает 166 наименований.

Похожие статьи




Введение - Разработка технологии производства метаванадата аммония из черных сланцев месторождения Баласаускандык

Предыдущая | Следующая