CC BY
2
_ВЕСТНИК ПНИПУ_
2024 Химическая технология и биотехнология № 2
DOI: 10.15593/2224-9400/2024.2.05 Научная статья
УДК 669.292
И.Д. Ишмуратова, М.М. Сажина, А.Г. Старостин, В.М. Мурашова, А.А. Осипова, С.А. Солодянкина
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия
ОЧИСТКА ПЯТИОКИСИ ВАНАДИЯ ОТ МАРГАНЦА РАСТВОРАМИ РЕАГЕНТОВ
Основной промышленный ванадийсодержащий продукт переработки тита-номагнетитовых руд - это пятиокись ванадия или пентаоксид диванадия - V2O5, который используется для получения феррованадия - сплава железа и ванадия, который при добавлении в сталь улучшает такие свойства, как прочность, ударная вязкость, устойчивость к нагрузкам.
Марганец, также содержащийся в титаномагнетитовых рудах, при процессах переработки извлекается совместно с ванадием. При производстве некоторых марок стали необходим феррованадий, содержащий менее 2 % мас. МпО. При выплавке феррованадия из технической пятиокиси ванадия с содержанием до 4 % мас. MnO данное условие не всегда соблюдается, поэтому поиск простого и эффективного способа очистки пятиокиси ванадия от соединений марганца является актуальной задачей.
Таким способом является промывка пятиокиси ванадия реагентными растворами. Для промывки пятиокиси ванадия используются растворы следующих реагентов: MgSO4, FeSO4, СаС12, Са(Ы03)2, (NH4)2SO4. Растворы NH4NO3, (NH4)2S2Os, Al(NO3)3, Al2(SO4)3 также могут быть использованы для очистки пятиокиси ванадия, поскольку способы вступать в реакции замещения с ванадатами марганца, содержащимися в пентаоксиде диванадия.
В данной работе рассмотрен процесс очистки пятиокиси ванадия от соединений марганца реагентными растворами. Определен химический и фазовый состав пятиоки-си ванадия. Проведены лабораторные исследования процесса промывки пятиокиси ванадия с целью выбора реагента. Установлено, что марганец в пятиокиси ванадия содержится в виде гидратированного поливанадата марганца MnV12O31^lüH2O. При использовании для промывки растворов сульфата аммония, нитрата аммония и нитрата кальция (концентрация солей в растворе - 40 г/л, продолжительность очистки - 30 мин, температура очистки - 25 °С): содержание соединений марганца снижается более чем в 4 раза; содержание соединений ванадия возрастает на 0,39 % масс. V2O5 при использовании Ca(NO3)2, на 2,47 % мас. V2O5 при использовании (NH4)2SO4 и на 3,06 % мас. V2O5 при использовании NH4NO3.
Ключевые слова: пятиокись ванадия, очистка от соединений марганца, соли аммония, соли кальция, соли алюминия, сульфат магния, сульфат железа (II).
I.D. Ishmuratova, M.M. Sazhina, A.G. Starostin, V.M. Murashova, A.A. Osipova, S.A. Solodyankina
Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation
VANADIUM PENTOXIDE PURIFYING FROM MANGANESE USING CHEMICAL SOLUTIONS
The main industrial vanadium-containing product of titanomagnetite ores processing is vanadium pentoxide - V2O5, which. It is used to produce an alloy of iron and vanadium - ferrovanadium, which is added to steel to improve strength, impact strength, and load resistance.
Manganese is extracted with vanadium during titanomagnetite ores processing. Ferrovanadium containing less than 2% wt. MnO is required in the production of some grades of steel. This condition is not always met when ferrovanadium is obtained from technical vanadium pentoxide containing up to 4% wt. MnO, so finding a simple and effective way to purify technical vanadium pentoxide from manganese compounds is an urgent task.
The simplest method is treatment of vanadium pentoxide by chemical solutions. Solutions of MgSO4, FeSO4, CaCl2, Ca(NO3)2, (NH4)2SO4 are used in technical vanadium pentoxide purifying. Solutions of NH4NO3, (NH4)2S2O8, Al(NO3)3, Al2(SO4)3 can also be used in vanadium pentoxide purifying, since they react with manganese vanadates contained in divanadium pentoxide.
This paper considers the process of technical vanadium pentoxide purifying from manganese compounds using chemical solutions. The chemical and phase composition of technical vanadium pentoxide was determined. Laboratory studies of the technical vanadium pentoxide treatment process of washing were carried out in order to select a chemical reagent. It has been established that manganese in technical vanadium pentoxide is contained in the form of hydrated manganese polyvanadate MnV12O31^10H2O. When using solutions of ammonium sulfate, ammonium nitrate and calcium nitrate for treatment (salt concentration in solution - 40 g/l, time length- 30 minutes, temperature - 25 °C): the content of manganese compounds is reduced by more than 4 times; the content of vanadium compounds increases by 0.39 % wt. V2O5 when using Ca(NO3)2, by 2.47 % wt. V2O5 when using (NH4)2SO4 and 3.06 % wt. V2O5 when using NH4NO3.
Keywords: vanadium pentoxide, purifying from manganese, ammonium salts, calcium salts, aluminium salts, magnesium sulfate, ferrous sulfate.
Введение. Основным сырьевым источником ванадия в России являются титаномагнетитовые руды, при переработке которых в качестве побочного продукта образуются ванадийсодержащие конвертерные шлаки. Из этих шлаков по содовой технологии на АО «Чусовской металлургический завод» [1] и по известково-сернокислотной технологии на АО «ЕВРАЗ Ванадий-Тула» [2] получают техническую пятиокись ванадия с содержанием У205 до 92 % мас. Требованиями ТУ 14-5-92-90 [3]
регламентируется содержание соединений марганца в технической пяти-окиси ванадия: массовая доля не должна превышать 4 % мас. МпО.
Техническая пятиокись ванадия используется в основном для выплавки феррованадия (марки БеУ40, БеУ60) - сплава железа и ванадия, который при добавлении в сталь способствует получению мелкокристаллической структуры, увеличению прочности и ударной вязкости, а также устойчивости стали к механическим и знакопеременным нагрузкам и повреждениям; повышению стойкости стали против отпуска [4]. Благодаря его использованию увеличивается твердость и прочность, пластичность и жаростойкость материала. Феррованадий получают восстановлением оксидов ванадия в присутствии железа. В качестве восстановителей могут применяться кремний, сплавы на его основе и алюминий [5].
В сталях, легированных ванадием, при замещении атомов сильного карбидообразователя (ванадия) элементами, имеющими слабую связь в карбидах (например, марганцем), происходит растворение карбидной фазы и рост зерна, что приводит к ухудшению механических свойств стали [6]. Содержание марганца в быстрорежущих сталях ограничивается 0,4 % мас. МпО. При производстве некоторых марок стали необходим феррованадий, содержащий менее 2 % мас. МпО.
Более чистый ванадийсодержащий продукт - пентаоксид ванадия марок ВНО-1 и ВНО-2, который используется для выплавки феррованадия марки БеУ80. Согласно требованиям ТУ 48-4-429-82 [7] содержание марганца в пентаоксиде ванадия марки ВНО-1 не должно превышать 0,02 %, в марке ВНО-2 - 0,07 %.
Одним из наиболее простых способов снижения содержания соединений марганца и повышения качества пятиокиси ванадия является проведение промывок пятиокиси ванадия реагентными растворами.
Способ переработки пентаоксида ванадия, содержащего 5095 % мас. У2О5 [8], включает в себя обработку пентаоксида ванадия раствором гидроксида натрия с концентрацией 40-120 г/дм №ОН при Ж:Т = 4:8 в течение 0,5-2 ч при температуре 60-90 °С, при этом образуется раствор метаванадата натрия №УО3 и нерастворимый осадок оксигидратов металлов-примесей. Осадок обрабатывают при температуре 90-100 °С раствором гипохлорита натрия с концентрацией 30-90 г/дм3 №С1О в течение 3-4 ч при перемешивании, после чего в пульпу вводят натриевую серосодержащую соль (Ка2Б, КаНБ, Ка2БО3 или Ка2Б2О3). Образующийся раствор метаванадата натрия №УО3 объединяют с раствором, полученным на предыдущей стадии. Образующийся осадок
представляет собой отход, потери У2О5 с которым составляют 5 %. В объединенный раствор метаванадата натрия №УО3 вводят аммонийную соль, кристаллизуют в течение 3 ч метаванадат аммония КН^УО^ который далее промывают, высушивают и прокаливают при температуре (550±10) °С в течение 5 ч (до постоянного веса) с получением продукта, соответствующего требованиям к пентаоксиду ванадия марок ВНО-1 и ВНО-2 [7]. Данный способ позволяет получить продукт высокого качества, однако процесс получения довольно долгий. Для реализации этого способа необходимо задействовать большое количество реагентов и аппаратуры. Кроме того, в результате образуется ванадийсодержащий твердый отход, пути реализации которого не предложены.
Промывка осадка пятиокиси ванадия, полученного по известко-во-сернокислотной технологии [2] и содержащего 2,5-3,6 % мас. МпО, раствором сульфата магния с концентрацией 2-7 г/л М§2+ при соотношении Т:Ж = 1:(2-7) [9] позволяет снизить содержание соединений марганца в продукте до 0,15-0,50 % мас. МпО.
Предложен способ [10] промывки осадка пятиокиси ванадия, полученного по известково-сернокислотной технологии [2] и содержащего 2,5-3,5 % мас. МпО, раствором сульфата железа с концентрацией 5-20 г/л Бе2+ и значении рН среды 2,0-3,6 позволяет снизить содержание соединений марганца в продукте до 0,11-0,89 % мас. МпО.
Промывка осадка пятиокиси ванадия, содержащего 1,17-2,65 % мас. МпО, раствором кальцийсодержащих солей (СаС12 или Са(КО3)2 в соотношении 3,0-8,5 г Са 2+ на 1 г МпО при соотношении Т:Ж = 1:(5-6) [11] позволяет снизить содержание соединений марганца в продукте до 0,22-0,37 % мас. МпО.
Способ [12] промывки осадка пятиокиси ванадия с содержанием 92,3 % мас. У2О5, полученного по известково-сернокислотной технологии [2], заключается в использовании на промывке раствора сульфата аммония с концентрацией 2-7 % мас. (КН4)2БО4 при соотношении Т:Ж = 1:(3-10), температуре 20-60 °С и значении рН среды 3,5-6,0, что позволяет повысить содержание соединений ванадия в продукте до 95-96 % мас. У2О5 и снизить содержание соединений марганца.
Таким образом, для промывки пятиокиси ванадия используются растворы следующих реагентов: М§БО4, РеБО4, СаС12, Са(КО3)2, (ЫН4)2БО4. Данные по использованию растворов прочих аммонийных солей (КНКО3, (КН4)282О8), а также растворов солей алюминия (Л1(КО3)3, Л12(БО4)3) не были обнаружены, однако катионы этих солей
способны замещать катионы марганца, что способствует снижению содержания соединений марганца в пятиокиси ванадия. Для установления реагента, раствор которого наиболее эффективен для очистки от марганца и повышения качества пятиокиси ванадия, необходимо провести комплексное сравнение действия реагентных растворов для очистки одного и того же образца пятиокиси ванадия.
Значение рН среды является одним из наиболее важных параметров в технологии получения продуктов из ванадийсодержащих растворов. Так, при наличии в растворе катионов ванадия и марганца в зависимости от значения рН среды образуются ванадаты марганца различного состава [13]:
- рН среды = 1,8.. .2,8 - смесь гексаванадата марганца MnV6016 и додекаванадата марганца MnV10O32;
- рН среды = 3,2.4,0 - смесь гексаванадата марганца MnV6016 и метаванадата марганца Mn (У03)2;
- рН среды = 4,0.7,0 - метаванадат марганца Mn (У03)2.
Поскольку пятиокись ванадия получена гидролитическим осаждением при значениях рН среды 1,0-2,0, марганец в пятиокиси будет, вероятнее всего, содержаться в виде смеси MnV6016 и MnV10032.
Согласно диаграмме состояния оксо- и гидроксоформ ванадия (V) в водных растворах [14] малорастворимый пентаоксид диванадия V205xnH20 существует в диапазоне значений рН от 0 до 3. При повышении значения рН среды до 4 растворимость ванадия увеличивается, в растворе ванадий существует в виде аниона H2V100284-. Таким образом, промывку пятиокиси ванадия реагентными растворами предпочтительно проводить при значении рН среды не более 3, чтобы не создавать условия для повышения растворимости ванадия и не увеличивать потери ванадия с промывным раствором.
Материалы и методы исследования. В качестве исходного материала для исследования процесса очистки использовалась пятиокись ванадия с содержанием 79,33 % мас. V205. С целью определения химического (элементного) состава и фазового состава образец пятиокиси был проанализирован в лаборатории центра коллективного пользования «Центр наукоемких химических технологий и физико-химических исследований» на рентгеновском дифрактометре XRD-7000 (Shimadzu, Япония), на энергодисперсионном рентгенофлуоресцентном спектрометре EDX-8100P (Shimadzu, Япония) и на электронном сканирующем микроскопе S-3400N (Hitachi, Япония) с приставкой для рентгенопек-трального анализа Bruker.
Обработку рентгенограмм проводили с использованием программного обеспечения «XRD 6000/7000 Ver. 5.21», а определение фазового состава анализируемого образца выполняли с использованием базы данных «ICDD PDF-4+ 2018».
Рентгенограмма образца пятиокиси ванадия представлена на рис. 1. Числа над пиками на рентгенограмме соответствуют идентифицированным фазам.
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
2Theta (deg)
Рис. 1. Рентгенограмма образца неочищенной пятиокиси ванадия V205: 1 - МпУ120з1 Х10И20;
2 - Fe5+3V3+4Vi2+5039(0H)9x9H20; 3 - (Na,Ca)(V,Fe)8O20xxH2O
В образце неочищенной пятиокиси ванадия идентифицированы следующие фазы:
MnVi203ix10H20 (Manganese Vanadium 0xide Hydrate);
Fe5+3V3+4Vi2+5039(0H)9*9H20 (Iron Vanadium 0xide Hydroxide Hydrate);
(Na,Ca)(V,Fe)8020xxH20 (Potassium Sodium Calcium Iron Vanadium 0xide Hydrate).
Других кристаллических фаз в образце неочищенной пятиокиси ванадия не идентифицировано, или их содержание меньше чувствительности дифрактометра (порядка 2-3 мас. %).
Поскольку кристаллической фазы V205 в образце не обнаружено, вероятнее всего, образец содержит пятиокись ванадия в аморфном состоянии.
Для более детального изучения образца был проведен анализ образца на сканирующем электронном микроскопе с приставкой для рентгеноспектрального анализа (РСА), позволяющего определять химический состав проб по элементам, а также изучить поверхность и размер частиц.
Микрофотография образца представлена на рис. 2. Из анализа рис. 2 следует, что неочищенная пятиокись ванадия представляет собой однородное вещество.
Химический (элементный) состав (% мас.) неочищенной пятиокиси ванадия по данным РСА:
Основными примесями в пятиокиси ванадия являются железо (3,72 %), кальций (2,17 %), натрий (1,29 %) и марганец (1,24 %).
Для более точного нахождения содержания элементов неочищенной пятиокиси ванадия проведен рентгенофлуоресцентный анализ (РФЛА) образца. Результаты анализа (с учетом возможностей прибора) учитывают содержание компонентов, имеющих молекулярный вес тяжелее натрия, т.е. не учитывают содержание кислорода (О).
Химический (элементный) состав (% мас.) неочищенной пяти-окиси ванадия по данным РФЛА
Рис. 2. Микрофотография образца неочищенной У2О5 (увеличение 1000х)
О - 23,32±2,45 № - 1,29±0,10 К - 0,22±0,03 Са - 2,17±0,08
Т - 0,91±0,05 V - 67,14±1,60 Мп - 1,24±0,05 Бе - 3,72±0,11
N - 1,310 - 0,167 Р - 0,030 Б - 0,036 К - 0,169
Са - 2,241 Т - 0,792 V - 86,527 Мп - 1,981 Бе - 6,701
2п - 0,016 Бг - 0,014 КЬ - 0,016
Согласно приведенным данным, основными примесями в пяти-окиси ванадия являются железо (6,701 %), кальций (2,241 %), марганец (1,981 %) и натрий (1,310 %).
Проведенный комплекс анализов показал, что пятиокись ванадия представляет собой однородное вещество. Кристаллической фазы У205 в образце не обнаружено, пятиокись ванадия представляет собой смесь ванадатов марганца, кальция, натрия, железа и У205 в амфорном состоянии. Основными примесями в пятиокиси ванадия являются соединения железа, кальция, марганца и натрия. Марганец в пятиокиси ванадия содержится в виде гидратированного поливанадата марганца МиУ12031х10И20, поэтому для очистки пятиокиси ванадия от соединений марганца необходимо перевести поливанадат марганца в другие соединения, например, в ванадаты других металлов.
Для исследования процесса реагентной отмывки пятиокиси ванадия были использованы аммонийные соли (ЫН4К03, (^Н4)2804, (ЫН4)28208), соли кальция (Са(К03)2х4Н20, СаС12), соли алюминия (Л1(К0з)зх9Н20, Л12(Б04)зх18Н20), сульфат магния (М§Б04Х7Н20), сульфат железа (II) (Бе804х7Н20). Катионы этих солей способны замещать катионы марганца в ванадатах марганца, что приводит к образованию ванадатов аммония, кальция, алюминия, магния, железа и снижению содержания соединений марганца в пятиокиси ванадия.
Исходный материал предварительно высушивали до постоянной массы при температуре 110 °С, измельчали и просеивали через сито с крупностью -0,5 мм. В качестве растворов для отмывки использовались растворы солей с концентрациями 40 г/л. При проведении отмывки раствор соли и высушенную пятиокись ванадия смешивали в соотношении Т:Ж = 1:5 в стеклянном стакане и при температуре 25 °С в течение 30 мин осуществляли отмывку при непрерывном перемешивании со скоростью 500 об/мин.
По окончании процесса отмывки измеряли значение температуры и рН среды, твердую и жидкую фазу разделяли фильтрованием, измеряли значение рН среды жидкой фазы. Жидкую фазу анализировали на содержание соединений ванадия и марганца титриметрическим методом [15]. Твердую фазу десятикратно промывали дистиллированной водой при соотношении Т:Ж = 1:5, сушили до постоянной массы. Высушенные образцы анализировали титриметрическим методом на содержание соединений ванадия в пересчете на У205 в пятиокиси ванадия [15], а также методом РФЛА определяли элементный состав образцов.
Результаты и их обсуждение. По окончании процесса отмывки измеряли значение температуры и рН среды, твердую и жидкую фазу разделяли фильтрованием, измеряли значение рН среды жидкой фазы. Результаты представлены в табл. 1.
Таблица 1
Результаты исследований процесса очистки пятиокиси ванадия реагентными растворами
Реагент, используемый для очистки рН после очистки рН фильтрата Температура после очистки, °С Содержание соединений марганца в растворе после очистки, Мп0, г/л Содержание соединений ванадия в растворе после очистки, У205, г/л Содержание соединений ванадия в пятиокиси ванадия, У205,%
СаС12 2,19 2,17 24,0 * 0,11 79,69
Са(Шз)2 2,27 2,25 23,0 1,83 0,14 79,93
МН4Ш3 2,11 2,06 21,0 2,01 0,14 81,91
(№4)28208 2,23 2,21 24,0 1,72 0,13 81,50
(№4)2804 2,50 2,51 21,0 2,06 0,16 81,42
А1(Шз)з 2,87 2,83 25,0 1,87 0,15 78,79
Л12(804)3 2,15 2,18 22,0 1,83 0,22 78,36
Mg804 2,77 2,74 23,0 1,64 0,18 77,94
Бе804 2,48 2,38 23,5 1,60 2,70 76,32
* Анализ не проводился, поскольку метод анализа не позволяет анализировать растворы, содержащие хлорид-ион.
Из результатов, представленных в табл. 1, следует, что проведение процесса очистки пятиокиси ванадия при комнатной температуре растворами солей Л1(К03)3, Л12(804)3, М§804, Бе804 с концентрациями 40 г/л приводит к снижению содержания соединений ванадия в пятиокиси ванадия. Кроме того, при использовании для очистки раствора Бе804 содержание соединений ванадия в растворе после очистки составляет 2,70 г/л, что свидетельствует о сравнительно более интенсивном растворении У205 из пятиокиси ванадия и переходе соединений ванадия в раствор. При использовании для очистки СаС12, Са(К03)2, МН4К03, (МН4)28208 и (МН4)2804 содержание соединений ванадия в пятиокиси ванадия возрастает, содержание соединений марганца в растворе после очистки составляет от 1,72 до 2,06 г/л в пересчете на Мп0, содержание соединений ванадия в растворе после очистки составляет от 0,11 до 0,16 г/л.
Полученные образцы пятиокиси ванадия после очистки были проанализированы методом РФЛА. Содержание основных элементов (У, Мп,
Бе, Са, Ка, Т1, Б1, Б, Р, А1, М§) в полученных образцах и исходной пяти-окиси ванадия (для сравнения) представлено в табл. 2.
Таблица 2
Содержание основных элементов в неочищенной V2O5 и V2O5 после очистки реагентными растворами по данным РФЛА
Реагент,
используемый V Бе Са Мп Ка Т1 Б Р А1 Мм
для очистки
Неочищенная
пятиокись 86,527 6,701 2,241 1,981 1,310 0,792 0,167 0,036 0,030 - -
ванадия
СаС12 86,285 6,965 4,183 0,402 0,718 0,801 0,155 0,140 0,048 - -
Са(КО3)2 86,918 6,790 4,109 0,491 0,359 0,830 0,160 0,141 0,045 - -
КН4Ш3 89,583 7,186 0,616 0,464 0,701 0,863 0,173 0,080 0,031 - -
(КН4)2Б2О8 89,244 7,234 0,823 0,565 0,729 0,860 0,155 0,025 0,037 - -
(КН4)2БО4 89,000 7,224 1,547 0,253 0,548 0,842 0,171 0,103 0,030 - -
А1(КО3)3 87,962 7,325 0,808 0,538 0,608 0,834 0,183 0,109 0,028 1,454 -
А12(БО4)3 87,328 7,090 1,481 0,485 0,463 0,821 0,150 0,510 0,024 1,297 -
MgSO4 87,273 7,105 1,682 0,592 0,647 0,824 0,156 0,113 0,024 - 1,411
БеБО4 81,626 14,399 1,423 0,654 0,692 0,798 0,141 0,041 0,033 - -
Из результатов, представленных в табл. 2, следует, что при очистке пятиокиси ванадия растворами всех использованных солей происходит замещение катионов марганца на катионы солей и содержание соединений марганца снижается, причем наиболее значительное снижение достигается при использовании (КН4)2БО4, СаС12, КН4КО3, А12(8О4)з и Са(КО3)2. При использовании Бе8О4 снижается содержание ванадия в пятиокиси ванадия: соединения ванадия переходят из твердой фазы в раствор, что подтверждается данными табл. 1. При использовании СаС12 незначительно снижется содержание ванадия в пятиокиси ванадия: образуются устойчивые ванадаты кальция, в которых содержание V меньше, чем в ванадатах аммония, магния, алюминия. При использовании Са(КО3)2 также образуются устойчивые ванадаты кальция, и повышение содержания ванадия после очистки незначительно. Также при очистке снижается содержание кальция (кроме очистки с помощью растворов СаС12 и Са(КО3)2) и натрия, но возрастает содержание железа и титана.
При взаимодействии с реагентными растворами катионы КН4+ и Са2+, А13+, М§2+, Бе2+ замещают катион Мп2+ в поливанадате марганца, образуя ванадаты аммония, кальция, алюминия, магния, железа.
Из анализа данных табл. 1 и 2 следует, что наилучшие результаты по очистке от соединений марганца достигаются при использовании для очистки сульфата аммония (КН4)2804, нитрата аммония КН4К03 и нитрата кальция Са(К03)2: невысокое содержание соединений ванадия в растворе после очистки (0,14-0,16 г/л У205), значительное уменьшение содержания соединений марганца (в 4-8 раз) и повышение содержания соединений ванадия в пентаоксиде диванадия после очистки. Использование растворов прочих солей сравнительно менее эффективно: при использовании Л12(804)3, Бе804 соединения ванадия при очистке теряются с раствором (0,22-2,70 г/л У205), при использовании М§804, Л1(К03)3, (КН4)28208 уменьшение содержания соединений марганца менее значительно (в 3 раза); при использовании СаС12 незначительно снижется содержание ванадия в пятиокиси ванадия.
Выводы. Проведенный комплекс анализов показал, что пятиокись ванадия представляет собой смесь ванадатов марганца, кальция, натрия, железа и аморфного У205. Основными примесями в пятиокиси ванадия являются соединения железа, кальция, марганца и натрия. Марганец в пятиокиси ванадия содержится в виде гидратированного поливанадата марганца МпУ12031*10Н20.
При взаимодействии пятиокиси ванадия с реагентными раство-
2+
рами, вероятнее всего, происходит замещение катиона Мп в полива-надате марганца на катионы солей очистки с образованием ванадатов аммония, кальция, алюминия, железа, магния.
Проведение промывки пятиокиси ванадия растворами солей кальция, аммония, алюминия, магния, железа позволяет снизить содержание основных примесей: марганца, натрия, кальция (кроме очистки растворами СаС12 и Са(К03)2) и железа (кроме очистки раствором Бе804).
Наилучшие результаты достигаются при использовании для очистки пятиокиси ванадия растворов сульфата аммония, нитрата аммония и нитрата кальция (концентрация солей в растворе - 40 г/л, продолжительность очистки - 30 мин, температура очистки - 25 °С): содержание соединений марганца снижается более чем в 4 раза; содержание соединений ванадия возрастает на 0,39 % мас. У205 при использовании Са(К03)2, на 2,47 % мас. У205 при использовании (КН4)2804 и на 3,06 % мас. У205 при использовании МН4К03. Дальнейшие исследования будут направлены на установление оптимальных параметров процесса очистки пятиокиси ванадия от примесей (концентрации растворов, температурный режим, продолжительность промывки).
Список литературы
1. Способ переработки ванадийсодержащих конвертерных шлаков: пат. 2230128 Рос. Федерация / Данилов Н.Ф., Вдовин В.В., Карпов А.А., Каменских А.А., Кудряшов В П. - № 2003109343/02; заявл. 03.04.2003; опубл.10.06.2004, Бюл. № 16.
2. Способ извлечения ванадия: пат. 2193072 Рос. Федерация / Тараб-рин Г.К., Рабинович Е.М., Бирюкова В.А., Сухов Л.Л., Чернявский Г.С., Кузьмичев С.Е., Рабинович М.Е., Шаповалов А.С., Выговская И.В., Поли-щук А.В., Савостьянов В.С.; заявитель ОАО «Ванадий-Тула». - № 2001132272/02; опубл. 20.11.2002, Бюл. № 32.
3. ТУ 14-5-92-90. Ванадия пятиокись техническая. Технические условия. - Введ. 1990-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 1990. - 8 с.
4. Феррованадий - марки. Марочник сталей и сплавов [Электронный ресурс]. - URL: https://splav-kharkov.com/choose_mat.php?class_id=107 (дата обращения: 17.03.2024).
5. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Производство чугуна, стали и ферросплавов [Электронный ресурс]. - URL: https://e-ecolog.ru/docs/H8WYEwnIxGPfP8VGhzdgi (дата обращения: 17.03.2024).
6. Ишметьев, Е.Н. Разработка технологии удаления марганца из феррованадия сульфидными шлаками и установление ее основных параметров: ав-тореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.16.02. - Магнитогорск, 1993. - 23 с.
7. ТУ 48-4-429-82. Ванадия пятиокись для металлургических целей. Технические условия. - М., 1982. - 61 с.
8. Способ переработки технического пентаоксида ванадия: пат. 2207392 Рос. Федерация / Кудрявский Ю.П., Казанцев В.П., Трапезников Ю.Ф., Стрелков В.В., Глухих С.М., Бездоля И.Н.; заявитель и патентообладатель: ООО Научно-производственная экологическая фирма «ЭКО-технология». -№ 2001127026/02; заявл. 04.10.2001; опубл. 27.06.2003, Бюл. № 18.
9. Способ извлечения ванадия: пат. 2169203 Рос. Федерация / Тарабрин Г.К., Бирюкова В.А., Рабинович Е.М., Кузьмичев С.Е., Рева А.Г., Савостьянов В.С., Дьяков А.В., Чернявский Г.С., Воронцов Б.А., Сухов Л.Л., Есина В.Г., Харитонов А.Н.. ; заявитель и патентообладатель: Открытое акционерное общество «Ва-надий-Тулачермет». - № 2000116059/02; заявл. 19.06.2000; опубл. 20.06.2001, Бюл. № 17.
10. Способ извлечения ванадия: пат. 2162113 Рос. Федерация / Тарабрин Г.К., Рабинович Е.М., Бирюкова В.А., Сухов Л.Л., Чернявский Г.С., Кузьмичев С.Е., Рева А.Г., Савостьянов В.С., Рабинович М.Е., Фролова О.В., Бубнов О.Н., Дьяков А.В., Воронцов Б.А., Есина В.Г., Чикирев В.Л.; заявитель и патентообладатель: Открытое акционерное общество «Ванадий-Тулачермет». - № 99121009/02; заявл. 06.10.1999; опубл. 20.01.2001, Бюл. № 2.
11. Способ получения пятиокиси ванадия: пат. 2351668 Рос. Федерация / Карпов А.А., Наумов Н.В., Филипьев С.Н., Васин Е.А., Сметанин С.Д., Вдо-вин В.В., Махнутин А.А., Мизин В.Г., Сирина Т.П.; патентообладатель: Открытое акционерное общество «Чусовской металлургический завод». -№ 2007135684/02; заявл. 26.09.2007; опубл. 10.04.2009, Бюл. № 10.
12. Способ извлечения ванадия из ванадийсодержащих материалов: пат. 2080402 Рос. Федерация / Тарабрин Г.К., Бирюкова В.А., Рабинович Е.М., Мерзляков Н.Е., Волков В.С., Чернявский Г.С., Кузьмичев С.Е., Савостьянов В.С., Тарабрина В.П., Уманский В.А., Чекалин В.В., Чутчиков В.Н.; заявитель и патентообладатель: Открытое акционерное общество «Ванадий-Тулачермет». - № 95113351/02; заявл. 01.08.1995.; опубл. 27.05.1997.
13. Комплексная переработка ванадиевого сырья : химия и технология / В.Г. Мизин [и др.]; Рос. акад. наук, Урал. отд-ние, Ин-т химии твердого тела. -Екатеринбург: [б. и.], 2005. - 415 с.
14. Неорганическая химия: учеб.: в 3 т. - Т. 3, кн. 1. Химия переходных элементов / под ред. Ю.Д. Третьякова. - М.: Академия, 2008. - 348 с.
15. Аналитическая химия ванадия / В.Н. Музгин, Л.Б. Хамзина, В.Л. Зо-лотавин, И.Я. Безруков. - М.: Наука, 1981. - 216 с.
References
1. Danilov N.F., Vdovin V.V., Karpov A.A., Kamenskikh A.A., Kudria-shov V.P. Sposob pererabotki vanadiisoderzhashchikh konverternykh shlakov [Method for processing vanadium-containing converter slags]. Patent Rossiiskaya Federatsiia no. 2003109343/02 (2004).
2. Tarabrin G.K., Rabinovich E.M., Biriukova V.A.,Sukhov L.L., Cherniavs-kii G.S., Kuz'michev S.E., Rabinovich M.E., Shapovalov A.S., Vygovskaia I.V., Polishchuk A.V.,Savost'ianov V.S. Sposob izvlecheniia vanadiia [The method of extracting vanadium]. Patent Rossiiskaya Federatsiia no. 2001132272/02 (2002).
3. TU 14-5-92-90. Technical vanadium pentoxide. Specifications. - Input. 1990-07-01 - M. Standards Publishing House. - 8 p.
4. Ferrovanadij - marki. Marochnik stalej i splavov [Ferrovanadium grades. Guide of steel and alloys grades], available at: https://splav-kharkov.com/choose_ mat.php?class_id=107 (accessed: 17 March 2024).
5. Informacionno-tehnicheskij spravochnik po nailuchshim dostupnym tehnologijam. Proizvodstvo chuguna, stali i ferrosplavov [Information technology guide of the best available technologies. Production of cast iron, steel and ferroalloys available at: https://e-ecolog.ru/docs/H8WYEwnIxGPfP8VGhzdgi (accessed: 17 March 2024).
6. Ishmet'ev, E.N. Razrabotka tehnologii udalenija marganca iz ferrovanadija sul'fidnymi shlakami i ustanovlenie ee osnovnyh parametrov [Development of technology for removing manganese from ferrovanadium using sulfide slags and its main parameters]. Abstract of Ph. D. thesis. Magnitogorsk, 1993, 23 p.
7. TU 48-4-429-82. Vanadium pentoxide for metallurgical purposes. Specifications. - 61 p.
8. Kudrjavskij Ju. P., Kazancev V. P., Trapeznikov Ju. F., Strelkov V. V., Gluhih S. M., Bezdolja I. N. Sposob pererabotki tehnicheskogo pentaoksida vanadija [The method of technical vanadium pentoxide processing]. Patent Rossiiskaya Federatsiia no 2001127026/02 (2003).
9. Tarabrin G. K., Birjukova V. A., Rabinovich E. M., Kuz'michev S. E., Reva A. G., Savost'janov V. S., D'jakov A. V., Chernjavskij G. S., Voroncov B. A., Suhov L. L., Esina V. G., Haritonov A. N. Sposob izvlechenija vanadija [The method of vanadium extraction]. Patent Rossiiskaya Federatsiia no 2000116059/02 (2001).
10. Tarabrin G. K., Rabinovich E. M., Birjukova V. A., Suhov L. L., Chernjavskij G. S., Kuz'michev S. E., Reva A. G., Savost'janov V. S., Rabinovich M. E., Frolova O. V., Bubnov O. N., D'jakov A. V., Voroncov B. A., Esina V. G., Chikirev V. L. Sposob izvlechenija vanadija [The method of vanadium extraction]. Patent Rossiiskaya Federatsiia no 99121009/02 (2001).
11. Karpov A. A., Naumov N. V., Filip'ev S. N., Vasin E. A., Smetanin S. D., Vdovin V. V., Mahnutin A. A., Mizin V. G., Sirina T. P. Sposob poluchenija pjatiokisi vanadija [The method of vanadium pentoxide obtaining]. Patent Rossiiskaya Federatsiia no 2007135684/02 (2009).
12. Tarabrin G. K., Birjukova V. A., Rabinovich E. M., Merzljakov N. E., Volkov V. S., Chernjavskij G. S., Kuz'michev S. E., Savost'janov V. S., Tarabrina V. P., Umanskij V. A., Chekalin V. V., Chutchikov V. N. Sposob izvlechenija vanadija iz vanadijsoderzhashhih materialov [The method of vanadium extracting from vanadium containing materials]. Patent Rossiiskaya Federatsiia no 95113351/02 (1997).
13. Mizin V. G. et. al. Kompleksnaia pererabotka vanadievogo syr'ia [Complex processing of vanadium containing raw]. Ekaterinburg, Ural'skoe otdelenie Rossiiskoi akademii nauk, 2005, 415 p.
14. Neorganicheskaja himija: uchebnik. Tom 3. Kniga 1. Himija perehodnyh jelementov [Inorgnic chemistry: textbook. Vol. 3 Book 1. The chemistry of transition elements]. Ed. Ju. D. Tret'jakov. Moscow, Izdatel'skij centr «Akademija», 2008, 348 p.
15. Muzgin V. N. et al. Analiticheskaya khimiya vanadiya [Analytical chemistry of vanadium]. Moscow, Nauka, 1981, 216 p.
Об авторах
Ишмуратова Ирина Дамировна (Пермь, Россия) - магистрант 1 курса кафедры «Химические технологии» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: [email protected]).
Сажина Мария Михайловна (Пермь, Россия) - ассистент кафедры «Химические технологии» Пермского национального исследовательского
политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: [email protected]).
Старостин Андрей Георгиевич (Пермь, Россия) - кандидат технических наук, доцент кафедры «Химические технологии» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: [email protected]).
Мурашова Виктория Михайловна (Пермь, Россия) - студент 3 курса кафедры «Химические технологии» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29 e-mail: [email protected]).
Осипова Анастасия Андреевна (Пермь, Россия) - студент 4 курса кафедры «Химические технологии» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29 e-mail: [email protected]).
Солодянкина Софья Алексеевна (Пермь, Россия) - студент 4 курса кафедры «Химические технологии» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29 e-mail: [email protected]).
About the authors
Irina D. Ishmurtova (Perm, Russian Federation) - First year undergraduate student, Department of Chemical Technology, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990; e-mail: [email protected]).
Mariya M. Sazhina (Perm, Russian Federation) - Assistant, Department of Chemical Technology, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990; e-mail: [email protected]).
Andrey G. Starostin (Perm, Russian Federation) - Ph.D. of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Chemical Technology, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990; e-mail: [email protected]).
Viktoriya M. Murashova (Perm, Russian Federation) - Third year student, Department of Chemical Technology, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990; e-mail: [email protected]).
Anastasiya A. Osipova (Perm, Russian Federation) - Forth Year Student, Department of Chemical Technology, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990; e-mail: osipova.anaosipova@ yandex.ru).
Sofya S. Solodyankina (Perm, Russian Federation) - Forth year student, Department of Chemical Technology, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990; e-mail: [email protected]).
Поступила: 23.05.2024
Одобрена: 02.06.2024
Принята к публикации: 13.06.2024
Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад авторов равноценен.
Просьба ссылаться на эту статью в русскоязычных источниках следующим образом:
Очистка пятиокиси ванадия от марганца растворами реагентнов / И. Д. Ишмуратова, М.М. Сажина, А.Г. Старостин, В. М. Мурашова, А. А. Осипова, С. А. Солодянкина // Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология. - 2024. - № 2. - С. 56-71.
Please cite this article in English as:
Ishmuratova I.D., Sazhina M.M., Starostin A.G., Murashova V.M., Osipova A.A., Solodyankina S.A. Investigation of the process of purification of technical vanadium pentoxide from manganese by reagent solutions. Bulletin of PNRPU. Chemical Technology and Biotechnology, 2024, no. 2, pp. 56-71 (In Russ).
