Закономерности процесса твердофазной десорбции ванадия и оптимизация физико-химических параметров - Разработка технологии производства метаванадата аммония из черных сланцев месторождения Баласаускандык
Сущность твердофазной десорбции ванадия заключается в использовании веществ, обеспечивающих непосредственное выделение ванадия в твердую фазу, - кристаллов метаванадата аммония (МВА) при применении на десорбции аммиачно-нитратных растворов. Преимущества твердофазной десорбции - совмещение в одной технологической операции регенерации анионита, достижение высокой степени концентрирования и очистки ванадия с получением химического концентрата, пригодного для получения пентаоксида ванадия, а также простота аппаратурного оформления процесса и его обслуживания. В предыдущих работах по исследованию десорбции анионитом служил ионит АМп. Ионит Ambersep 920 является новым продуктом компании "Ром энд Хаас Лимитед", Франция (Room and Haas Ltd.) [145, 146].
Работа проводилась на ионите Ambersep 920, насыщенном V2O5 до 450-460 кг/т, в составе которого имелись примеси, соединения. Химический состав ионитов представлен в таблице 28.
Для предохранения структуры ионита от разрушения гидроксильными ионами аммиачной воды концентрация NH4NO3 выбрана в пределах 150-200 г/дм3. Десорбцию ванадия с насыщенного ионита (регенерацию ионита) осуществляли раствором NH4NO3 150-200 г/дм3 аммиака при рН 7,5-8,5 в твердофазном, а при рН 4,5-5,5 в жидкофазном режиме. Выход элюатов составил 4,0-5,0 объемов на объем ионита. Перезарядку ионита в нитратной форме проводили сернокислым раствором 1 объем на 1 объем ионита с последующей подачей отрегенерированного сорбента в сорбционный передел технологии. Десорбция в твердофазном и жидкофазном режимах заканчивалась кристаллизацией метаванадата аммония, при термическом разложении которого получался чистый пентаоксид ванадия (более 98 % V2O5) [147]. Химический анализ пентаоксид ванадия проводили по ТУ 48-4-429-82. Результаты твердофазной и жидкофазной десорбции ванадия с ионита представлены в таблицах 29-31.
Таблица 28 - Химический состав насыщенного ионита Ambersep 920
Процесс |
Состав ионита, кг/т | |||||
V2O5 |
NO3 |
SO4 |
SiO2 |
Fe2О3 |
P2О5 | |
До десорбции |
450,0 |
30,0 |
110,0 |
2,9 |
2,5 |
0,50 |
После десорбции |
24,4 |
162,3 |
24,6 |
0,86 |
1,3 |
0,30 |
Из таблицы 28 следует, что после десорбции основная часть примесей в сорбенте вымывается десорбирующим раствором. После твердофазной десорбции очистка примесей на ионите Ambersep 920 составляет 70,0 %, тогда как на сорбенте АМп - 30 %, что было установлено ранее проведенными исследованиями. Схема десорбции показана на рисунке 29. Процесс включает контактирование насыщенного ионита и десорбирующего раствора с выходом компонентов кристаллов МВА, ионита и десорбата.

Рисунок 29 - Процесс твердофазной десорбции ванадия
Из представленных результатов (таблицы 29-31) видно, что целевой продукт, получаемый способом твердофазной десорбцией, чище (99,0 % V2O5), чем при жидкофазной (98,5 % V2O5), продолжительность проведения твердофазной десорбции составляет 12-13 ч, а жидкофазной - 28 ч. Кинетика десорбции и соотношения фаз представлены.
Из представленных данных видно, что продолжительность твердофазной десорбции составляет 15 ч выход элюатов - 4,0-5,0 объема на 1 объем ионита.
После окончания десорбции и отстаивания в системе четко выделялись десорбат, кристаллы МВА и сорбент. Ионит от кристаллов и элюата отделяли на дренажном сите Ш 0,5-0,6 мм, которое соединено с дренажными сетками СНК (сорбционно-насосная колонна). Пульпа МВА направлялась на фильтрацию для отделения МВА от раствора. Ионит для полного вымывания МВА промывали чистым отфильтрованным элюатом. Химический состав полученного метаванадата аммония составляет, %: V2O5 - 77,0; Р - 0,01; S - 0,005, что соответствует мировым стандартам. Качество и компоненты конечного продукта устанавливались по СТ ТОО 38088316-01-2007.
Параметры твердофазной десорбции определялись следующим способом.
Один из важных параметров твердофазной десорбции - Десорбирующий раствор. Исключительно важно количественное содержание NO3 ионов в растворе и рН раствора [148-149]. Во время кристаллизации аммиак способствует осаждению кристаллов МВА, а нитрат-ионы защищают сорбент от гидроксильных ионов. При этом рН раствора медленно понижается. Поэтому при твердофазной десорбции следует контролировать и при необходимости повышать рН раствора. Процесс твердофазной десорбции протекает по реакции
R-V10O28 + NH4NO3 + NH4OH R-NO3 +NH4VO3
С увеличением содержания нитрат-ионов в десорбирующем растворе до 200,0 г/дм3 процесс извлечения ванадия достигает максимума. При дальнейшем повышении концентрации нитрат-ионов до 300,0 г/дм3 извлечение ванадия снижается (таблица 32).
Таблица 32 - Влияние концентрации нитрат-ионов на извлечение ванадия
Десорбирующий раствор, NO3, г/дм3 |
Десорбат, г/дм3 |
Анионообменная смола, кг/т |
Продукт | |||||||
РН |
V2O5 |
NO3 |
SO4 |
V2O5 |
NO3 |
SO4 |
МВА / V2O5, Г |
МВА (V2O5), % |
V2O5, % | |
125,0 |
8,4 |
0,49 |
13,4 |
94,60 |
76,84 |
130,8 |
38,0 |
7,0/ 6,0 |
69,0 |
94,85 |
130,0 |
8,5 |
0,37 |
16,8 |
101,4 |
46,00 |
130,0 |
40,0 |
4,5/4,0 |
69,8 |
95,64 |
135,0 |
8,5 |
0,23 |
23,1 |
199,4 |
36,80 |
144,0 |
48,2 |
8,9/7,2 |
72,8 |
95,8 |
140,0 |
8,5 |
0,25 |
22,3 |
165,3 |
35,80 |
151,2 |
35,8 |
5,6/4,4 |
73,5 |
96,1 |
145,0 |
8,5 |
0,22 |
16,5 |
124,5 |
34,20 |
160,8 |
33,5 |
8,5/7,22 |
71,2 |
97,3 |
150,0 |
8,0 |
0,32 |
11,4 |
117,4 |
33,80 |
179,9 |
26,8 |
4,8/3,9 |
75,8 |
97,94 |
180,0 |
8,5 |
0,26 |
23,6 |
128,7 |
20,01 |
153,2 |
27,8 |
5,0/3,85 |
75,3 |
98,5 |
200,0 |
8,2 |
0,19 |
49,6 |
133,0 |
24,40 |
162,3 |
24,6 |
19/15,5 |
75,2 |
96,3 |
250,0 |
8,5 |
0,35 |
51,2 |
156,7 |
38,23 |
75,30 |
32,0 |
5,6/4,8 |
69,3 |
94,7 |
300,0 |
8,5 |
0,56 |
58,3 |
145,2 |
41,60 |
189,6 |
26,8 |
3,6/2,5 |
65,5 |
93,0 |
Из таблицы 32 видно, что оптимальной концентрацией десорбирующего раствора является 150-200 г/дм3, при этом извлечение ванадия составляет 98-99 %. Оптимальная концентрация нитрат-ионов в десорбирующем растворе приведена на рисунке 31.

Рисунок 31 - Влияние концентрации нитрат-ионов в десорбирующем растворе на содержание ванадия в конечном продукте
При этом десорбат после промывки ионита доукрепляется аммиачной водой и нитратом аммония с последующим использованием его в следующем цикле десорбции в качестве оборотного элюата. Десорбат обновляется после каждой десорбции, причем в десорбирующем растворе корректируется концентрация нитрат-ионов.
При твердофазной десорбции РН среды Поддерживается в пределах 8,5 аммиачной водой. В соответствии с диаграммой ионного состояния ванадий в этих условиях будет выпадать в осадок в виде кристаллов метаванадата аммония.
Температура десорбирующего раствора влияет на кинетику твердофазной десорбции ванадия: при ее повышении скорость ионообменных реакций резко увеличивается, а при понижении замедляется. Влияние температуры среды на степень извлечения ванадия с сорбента Ambersep 920 представлено на рисунке 32.

Рисунок 32 - Влияние температуры на степень извлечения ванадия с насыщенного ионита
Как видно из рисунка 32, при температуре 35 єС скорость процесса твердофазной десорбции ванадия повышается на 25-35 %, при этом остаточная концентрация V2O5 на сорбенте составляет 10-15 кг/т. При низкой температуре +5 єС (±5 єС) процесс твердофазной десорбции замедляется.
В процессе твердофазной десорбции ванадия существенным является Временной фактор, от которого зависит появление твердой фазы, в виде кристаллов МВА в колоннах СНК, которые образуют на поверхности ионита "стену", что сопровождается замедлением ионообменного процесса. Кинетика десорбции показана на рисунке 30,а, где видно, что за 12-13 ч твердофазной десорбции наблюдается полное снятие ванадия и примесей с ионита.
Окончательное отделение пульпы МВА от ионита проводится на троммеле. В качестве промывного раствора используется отфильтрованный элюат твердофазной десорбции. Ионит направляется на регенерацию из нитратной в сульфатную форму. Пульпа с выпавшими кристаллами МВА сливается в двухфазный отстойник, где кристаллы скапливаются в конусе и периодически закачиваются через зумпф в корыто барабанного вакуум-фильтра. В зумпфе кристаллы МВА отмываются от сульфат - и фосфат-ионов водой в целях минимизации содержания серы и фосфора в готовой продукции. Содержание сульфат - и фосфат-ионов в промывных растворах не менее 0,5 и 0,05 г/дм3 соответственно.
На стадии десорбции остаточное содержание ванадия в элюате составляет 0,05 г/дм3, так как элюаты десорбции являются оборотными растворами через регенерацию, поэтому ПДК сбросов по ванадию не превышает норму.
Результаты опытно-промышленных испытаний представлены в таблице 33. Получены две партии метаванадата аммония. Химические составы их приведены в таблице 34, из которых видно, что они характеризуются высокой чистотой. Полученные результаты технологических исследований испытаны на укрупненной пилотной установке и внедрены на опытном заводе на месторождения Баласаускандык.
Важным фактором для высокой регенерации является скорость потока регенерирующего раствора. В целях максимального использования регенерирующего вещества дается достаточное время контакта [150, 151]. Объем регенерирующего раствора, необходимый для денитрации, определяет эффективность и продолжительность регенерации, а также сорбционную емкость. Если применяется надлежащий регенерирующий раствор, то все способные к обмену ионы десорбируются с сорбента, а ионит восстанавливает свою первоначальную сорбционную емкость [152]. В связи с этим, регенерацию ионита проводили растворами серной кислоты.
Таблица 34 - Результаты химического анализа партий метаванадата аммония, полученных в промышленных условиях
Компоненты метаванадата аммония |
Содержание, Масс. % |
Массовая доля пентаоксида ванадия V2O5 |
77,0 |
- аммоний |
22,6 |
- фосфор |
0,01 |
- железо |
0,05 |
- сера |
0,05 |
Нитратная форма ионита переводится в сульфатную элюатами сульфата аммония при рН ниже 1,0. Денитрация ионита из NO-3 в SO2-4 форму проводится раствором серной кислоты - 30 г/дм3. На 1 объем ионита пропускаются 2 объема раствора в течение 1,5-2 ч. В производственных масштабах денитрация ионита выполняется следующим способом. В СНК было загружено 3 м3 ионита Ambersep 920, через который пропускался регенерирующий раствор со скоростью 3 м3/ч до содержания на ионите, кг/т: V2O5 - 8,0; NO-3 - 10; SO2-4 - 200,0. При этом расход регенерирующего раствора составил 6,0 м3, время денитрации - 2 ч. Промывной раствор с концентрацией NO-3 10 г/дм3 и SO2-4 110 г/дм3 сбрасывался в прудок для естественной упарки. После 50 %-ной упарки в прудке кристаллизовался сульфат аммония (NH4)2SO4, который перерабатывался для дальнейшего приготовления регенерирующего раствора, а элюат - для оборотного десорбирующего раствора.
Таким образом, исследования процесса твердофазной десорбции ванадия с сорбента Ambersep 920 позволили предложить оптимальный режим его осуществления. Извлечение ванадия составляет около 94-98 % при содержании в метаванадате аммония V2O5 76-77 %.
Похожие статьи
-
Изучение процесса сорбции с определением оптимальных параметров В ионном обмене лимитирующими процессами являются диффузия ванадия в массу ионита и...
-
Разрабатываемая технологическая схема предусматривает гидрометаллургическую переработку полученных щелоков выщелачивания способом концентрирования...
-
В настоящей диссертации применяют следующие термины с соответствующими определениями: Ванадийсодержащий раствор (V-раствор) - дренажные воды рудного...
-
В настоящее время на рынке ванадия доминирует с большим отрывом Южная Африка, где производится 43 % сырья в пересчете на пентаоксид ванадия. Далее идут...
-
По результатам диссертационного исследования можно сделать следующие краткие выводы: 1 Систематизацией вещественного и минералогического состава...
-
Важными природными факторами, определяющими условия проведения кучного выщелачивания, являются вещественный состав руд и рудовмещающих пород...
-
Изучение процесса низкотемпературной сульфатизации с переводом ванадия в кислоторастворимые формы. Оптимизация основных параметров выщелачивания черных...
-
Объектами исследования служили представительные пробы черносланцевых руд, отобранных из месторождения Баласаускандык. В процессе химических и...
-
Опытно-промышленные испытания технологии получения метаванадата из черных сланцев Разработанная технология была апробирована в опытно-промышленных...
-
Кислые промышленные воды ванадиевого производства многократно возвращаются в технологический цикл. При более чем трех возвратных циклах в элюатах...
-
В основу классификации рудообразования положено деление на первичные и вторичные минералы. Если принять за первичные минералы биогенные осадки морей и...
-
Анализ микро - и наноразмерных минералов позволяет по-новому взглянуть на устоявшееся представление об образовании минеральных ассоциаций. С помощью...
-
Геологическая и минералогическая история ванадия в углерод-кремнеземистых сланцах Северо-Западного Каратау Распределение ванадия в земной коре изучено и...
-
Общая характеристика работы. Диссертационная работа посвящена решению важнейшей проблемы вовлечения в переработку нетрадиционных сырьевых источников...
-
Неуклонный рост потребления ванадия в мире, дефицит в стране, сложная и дорогая технология получения его из руд обусловили необходимость поиска новых...
-
Изучение фазового состава вмещающих пород сырья и ванадиевой минерализации углерод-кремнеземистой формации Северо-Западного Каратау Нижнекембрийские...
-
Исходное сырье и материалы, методы исследований и анализа В работе использованы химический, рентгенофазовый, микроскопический, термогравиметрический...
-
Технология и моделирование процесса ГРП Гидравлический разрыв - процесс, при котором давление жидкости воздействует непосредственно на породу пласта...
-
Обоснование выбора рекомендуемых способов эксплуатации скважин, устьевого и внутрискважинного оборудования С начала разработки месторождения ограниченные...
-
Один из наиболее важных предприятий в развитие горнорудного дела на Алтае стал Белорецко-Инской комбинат, который должен был использовать сырье, частично...
-
Параметры, регистрируемые в газометрии - Геофизические исследования скважин
Газовый каротаж основан на изучении содержания и состава углеводородных газов и битумов в промывочной жидкости, а также основных параметров,...
-
ПРОМЫСЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ БУРОВОГО РАСТВОРА - Бурение нефтяных и газовых скважин
Часть свойств бурового раствора могут измеряться буровой бригадой, обычно это плотность бурового раствора, условная вязкость, и водоотдача. Кроме того,...
-
Вскрышные породы и уголь, залегающие ниже зоны интенсивного выветривания, требуют при выемке предварительного рыхления буровзрывным способом. По...
-
Определение параметров расположения скважинных зарядов. Определяем длину скважин LСкв. = h+ lПер., (7.10) Где h - высота уступа, м; LПер- величина...
-
Горно-геологические условия месторождения (свита пластов, залегающая под углами падения от 7° до 24°) предопределили использование на разрезе...
-
Основные параметры БВР Величина преодолеваемого сопротивления по подошве уступа (СПП) для одиночного скважинного заряда: Где: P - вместимость 1 м...
-
Выбор способа бурения Способ бурения необходимо выбирать в зависимости от свойств проходимых грунтов, назначения и глубины скважин, а также условий...
-
Параметры, форма забоя зависит от параметров экскаватора и характеристики горной массы. Отработка скальных пород осуществляется с применением...
-
Выбор сечения производится по нагреву, допустимой потере напряжения и экономической плотности тока. Расчетный ток суммарный определяется по формуле: Где...
-
Расчет нагрузок для выбора трансформаторов, от которых питаются одноковшовые экскаваторы, определяют приближенно по номинальной мощности приводного...
-
ВЗАИМОСВЯЗЬ ПРОЦЕССОВ - Разработка месторождений открытым способом
В геологическом строении участка Жирновского месторождения слагающие породы представлены известняками, суглинками, сланцами. Полезное ископаемое...
-
Исследования, связанные с разработкой нефтяных и газовых залежей, следует начинать в первых скважинах, в которых получили притоки нефти и газа. На...
-
В зависимости от геологических условий разбуриваемой площади, высоты подъема тампонажного раствора, опасности возникновения газопроявлений выбран...
-
При бурении скважин и вскрытии ими пластов, содержащих высоконапорную воду, последняя начинает поступать в ствол скважины и оказывать влияние на...
-
Охрана атмосферы - Процесс открытой разработки Ерунаковского каменноугольного месторождения
Фоновые концентрации вредных веществ в атмосфере в районе ОАО "УК "Кузбассразрезуголь" филиал "Талдинский угольный разрез" представлены в таблице 6.1...
-
Состав атмосферы объектов открытых горных работ должен отвечать установленным нормативам по содержанию основных составных частей воздуха и вредных...
-
Разнообразие глин, а следовательно и глинистых растворов, обусловило выработку требований к качеству глинистого раствора, обеспечивающему как временное...
-
Общая характеристика производства Проектная производительность Установки Комплексной Подготовки Газа -1В составляет 21 млрд. м3/год газа. Из-за...
-
Геологическая среда В региональном тектоническом плане структура Сазанкурак приурочена к одноименному соляному куполу, который расположен в пределах...
-
В растительный покров беден и представлен типичной для полупустыни полынной и солончаковой разновидностями (сухостойкими кустарниками и травами). В...
Закономерности процесса твердофазной десорбции ванадия и оптимизация физико-химических параметров - Разработка технологии производства метаванадата аммония из черных сланцев месторождения Баласаускандык