Научная статья на тему 'Взаимодействие ванадийсодержащих кислых кеков с содовыми растворами'

Взаимодействие ванадийсодержащих кислых кеков с содовыми растворами Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
150
37
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РАСТВОРЫ КАРБОНАТА НАТРИЯ / СОДОВОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ / УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ / ОГАРОК / КЕКИ ОТ ОБРАБОТКИ КИСЛОТОЙ / КЕКИ ОТ ОБРАБОТКИ СОДОВЫМИ РАСТВОРАМИ / РЕНТГЕНОСПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ / ЭЛЕМЕНТЫ МЕХАНИЗМА / SODIUM CARBONATE SOLUTIONS / SODIUM LEACHING / CONDITIONS OF USING / CINDER / CAKES AFTER ACID TREATMENT / CAKES AFTER SODIUM CARBONATE SOLUTIONS TREATMENT / X-RAY DIFFRACTION ANALYSES / DETAILS OF MECHANISM

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Сажина М.М., Данилов Н.Ф., Старостин А.Г.

In sodium acid technology of vanadium-containing converter slag processing when containing of soda in furnace feed for roasting is less than 7-8 wt-% soluble sodium metaand pyrovanadates are forming during the roasting. The manganese pyrovanadate formation is also possible. Other elements of slag, except Vanadium, are practically not passing to alkali-soluble and acid-soluble form and don’t foul formed solutions. Processes of alkali leaching and acid leaching are a chemical reaction between roast slag, or cinder, and Na2CO3 water solution, not physical dissolving of precipitate. It is shown by calculated values of activation energy. After acid leaching and acid washing a cake contains significant quantity of Vanadium in the form of not educed silicate modification, hydrolyzed product as divanadium pentaoxide and not leaching compounds (mainly sodium orthoand pyrovanadates). Acid leaching disadvantages may be decreased or even removed when cake after acid leaching is washed by sodium carbonate solution, which interacts with both soluble vanadium forms contained in the cake. The article considers Vanadium passing from solid phase to solution when the cake resulting from the acid leaching is washing by sodium carbonate solutions with different initial Na2CO3 concentrations. The conditions of multistage washing in circulating regime, in other words, the repeated using of sodium carbonate solution to the limit of it’s working capacity that simulate the cake washing on filter cells in the workplace are also reviewed. The cinder after acid and alkali leaching was examined with X-Ray diffraction analyses to identify the chemical composition, the surface morphology and the size of particles of the cinder to study details of sodium washing process mechanism. Based on results of researching recommendations for existing industry such as temperature conditions, concentration of using sodium carbonate solutions and conditions of these solutions using at following stages of technology to improve technological characteristics were done.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Сажина М.М., Данилов Н.Ф., Старостин А.Г.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INTERACTION BETWEEN VANADIUM-CONTANING ACID CAKES AND SODIUM SOLUTIONS

In sodium acid technology of vanadium-containing converter slag processing when containing of soda in furnace feed for roasting is less than 7-8 wt-% soluble sodium metaand pyrovanadates are forming during the roasting. The manganese pyrovanadate formation is also possible. Other elements of slag, except Vanadium, are practically not passing to alkali-soluble and acid-soluble form and don’t foul formed solutions. Processes of alkali leaching and acid leaching are a chemical reaction between roast slag, or cinder, and Na2CO3 water solution, not physical dissolving of precipitate. It is shown by calculated values of activation energy. After acid leaching and acid washing a cake contains significant quantity of Vanadium in the form of not educed silicate modification, hydrolyzed product as divanadium pentaoxide and not leaching compounds (mainly sodium orthoand pyrovanadates). Acid leaching disadvantages may be decreased or even removed when cake after acid leaching is washed by sodium carbonate solution, which interacts with both soluble vanadium forms contained in the cake. The article considers Vanadium passing from solid phase to solution when the cake resulting from the acid leaching is washing by sodium carbonate solutions with different initial Na2CO3 concentrations. The conditions of multistage washing in circulating regime, in other words, the repeated using of sodium carbonate solution to the limit of it’s working capacity that simulate the cake washing on filter cells in the workplace are also reviewed. The cinder after acid and alkali leaching was examined with X-Ray diffraction analyses to identify the chemical composition, the surface morphology and the size of particles of the cinder to study details of sodium washing process mechanism. Based on results of researching recommendations for existing industry such as temperature conditions, concentration of using sodium carbonate solutions and conditions of these solutions using at following stages of technology to improve technological characteristics were done.

Текст научной работы на тему «Взаимодействие ванадийсодержащих кислых кеков с содовыми растворами»

ВЕСТНИК ПНИПУ

2017 Химическая технология и биотехнология № 2

Б01: 10.15593/2224-9400/2017.2.10 УДК 669.881

М.М. Сажина, Н.Ф. Данилов, А.Г. Старостин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩИХ КИСЛЫХ КЕКОВ С СОДОВЫМИ РАСТВОРАМИ

В содово-кислотной технологии переработки ванадийсо-держащих конвертерных шлаков при содержании в шихте для обжига не выше 7-8 % мас. Ыа2С03 возможно образование в процессе обжига не только метаванадата и пированадата натрия в растворимом состоянии, но и образование пированадата марганца. Другие, кроме ванадия, элементы шлака практически не переходят в щелочно- и кислоторастворимые состояния и не загрязняют образующиеся растворы.

Процессы водного и щелочного выщелачивания представляют собой химическое взаимодействие обожженного шлака (огарка) с водным раствором карбоната натрия, а не простое растворение соединений ванадия, о чем свидетельствуют данные по рассчитанным значениям энергии активации. После кислотного выщелачивания огарка и доотмывки его кислотой кек содержит еще значительные количества ванадия, которые представлены не-извлеченной силикатной формой, гидролизовавшимся продуктом в виде пентаоксида диванадия, а также невыщелаченными соединениями преимущественно пиро- и ортованадатов натрия. Недостатки осуществления кислотного выщелачивания можно уменьшить и даже устранить при проведении промывок кислого кека раствором соды, который взаимодействует как с одной, так и с другой растворимыми формами ванадия в кеке.

В данной статье исследован переход ванадия из твердой фазы в раствор при промывке кека от выщелачивания серной кислотой содовыми растворами с разной начальной концентрацией карбоната натрия, а также в режиме многократной промывки в циркуляционном режиме, т.е. многократного использования содового раствора до предела его срабатываемости, что моделирует промывку кеков в ячейках фильтров на производстве.

С целью изучения элементов механизма процесса содовой доотмывки (выщелачивания) огарков проведены исследования по рентгеноспектральному анализу для определения химического состава, морфологии поверхности и размера частиц обработанного огарка после кислотного и содового выщелачивания.

В результате проведенных исследований реальному производству даны рекомендации по температурным условиям, концентрации используемых растворов карбоната натрия и условиям применения этих растворов на последующих стадиях технологии для улучшения показателей производства.

Ключевые слова: растворы карбоната натрия, содовое выщелачивание, условия применения, огарок, кеки от обработки кислотой, кеки от обработки содовыми растворами, рентгеноспек-тральный анализ, элементы механизма.

M.M. Sazhina, N.F. Danilov, A.G. Starostin

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation

INTERACTION BETWEEN VANADIUM-CONTANING ACID CAKES AND SODIUM SOLUTIONS

In sodium acid technology of vanadium-containing converter slag processing when containing of soda in furnace feedfor roasting is less than 7-8 wt-% soluble sodium meta- and pyrovanadates are forming during the roasting. The manganese pyrovanadate formation is also possible. Other elements of slag, except Vanadium, are practically not passing to alkali-soluble and acid-soluble form and don't foul formed solutions.

Processes of alkali leaching and acid leaching are a chemical reaction between roast slag, or cinder, and Na2CO3 water solution, not physical dissolving of precipitate. It is shown by calculated values of activation energy. After acid leaching and acid washing a cake contains significant quantity of Vanadium in the form of not educed silicate modification, hydrolyzed product as divanadium pentaoxide and not leaching compounds (mainly sodium ortho- and pyrovanadates). Acid leaching disadvantages may be decreased or even removed when cake after acid leaching is washed by sodium carbonate solution, which interacts with both soluble vanadium forms contained in the cake.

The article considers Vanadium passing from solid phase to solution when the cake resulting from the acid leaching is washing by sodium carbonate solutions with different initial Na2CO3 concentrations. The conditions of multistage washing in circulating regime, in other words, the repeated using of sodium carbonate solution to the limit of it's working capacity that simulate the cake washing on filter cells in the workplace are also reviewed.

The cinder after acid and alkali leaching was examined with X-Ray diffraction analyses to identify the chemical composition, the surface morphology and the size of particles of the cinder to study details of sodium washing process mechanism.

Based on results of researching recommendations for existing industry such as temperature conditions, concentration of using sodium carbonate solutions and conditions of these solutions using at following stages of technology to improve technological characteristics were done.

Keywords: sodium carbonate solutions, sodium leaching, conditions of using, cinder, cakes after acid treatment, cakes after sodium carbonate solutions treatment, X-Ray diffraction analyses, details of mechanism.

Исследования механизмов, скорости взаимодействия воды и щелочи и состояния ванадия в растворах; комплексообразования, состояния поверхности огарков, фрактальных процессов выщелачивания рассмотрены в работах [1-9].

В процессе переработки ванадийсодержащих шлаков НТМК по модифицированной содовой технологии [10] после окислительно-натрирующего обжига материалов проводят слабокислотное выщелачивание огарка с получением кислых кеков. Указанные кеки иногда имеют достаточно большое остаточное содержание ванадия (3-5 мас. % V2O5), и эти кеки необходимо дополнительно обрабатывать с целью доизвлече-ния ванадия и исправления результатов отклонения от оптимального технологического режима в ходе указанных выше операций.

При обжиге шлакосодовой шихты с содержанием 7-8 % соды при Т > 800 °С протекают следующие реакции [11]:

V2O3 + O2 + Na2CO3 ^ 2NaVO3 + CO2, 2FeO-V2O3 + 2Na2CO3 + 5/2O2 ^ 4NaVO3 + Fe2O3 + 2CO2, 2FeO-V2O3 + 4Na2CO3 + 5/2O2 ^ 2Na4V2O7 + Fe2O3 + 4CO2, 2FeVO4 + Na2CO3 ^ 2NaVO3 + Fe2O3 + CO2.

При меньшем содержании соды или полностью без нее при обжиге протекает реакция окисления:

2MnV2O4 +2O2 ^ 2Mn2V2O7 + V2O5, Mn2V2O7 + V2O5 ^ 2Mn(VO3)2.

Процесс выщелачивания огарка (продуктов обжига шихты) является типичным диффузионным процессом, протекающем в системе твердое тело-жидкость.

При водном выщелачивании протекают следующие основные физико-химические процессы:

ШУОз тв + н20 ^ №У0з

Процесс растворения сопровождается гидролизом продуктов обжига:

2№У0з + (и+1)Н20 ^ 2Ш0Н + У205^0,

2№Бе02 + (и+1)Н20 ^ 2Ш0Н + Бе20з^Н20.

При кислотном выщелачивании процесс взаимодействия кисло-торастворимых соединений ванадия является экзотермичным с протеканием следующих реакций:

2ШУ0з + Н2Б04 ^ 2НУ0з + №2804,

2БеУ04 + ЗН2804 ^ 2НУ0з + Бе2(804)з + 2Н20,

Мп(У0з)2 + Н2804 ^ 2НУ0з + Мп804,

Са(У0з)2 + Н2804 ^ 2НУ0з + Са804,

Бе0 + Н2804 ^ Бе804 + Н20,

Бе + Н2804 ^ Бе804 + Н2.

Таким образом, кек после сернокислотного выщелачивания содержит обычно недоизвлеченный мета- и пированадат натрия, мета-и пированадат марганца, сульфат кальция, невскрывшиеся соединения титана, кремния, оксиды железа, ванадаты железа и хрома и гидроли-зовавшуюся пятиокись ванадия.

При выщелачивании (промывке) этого кека содовым раствором протекают следующие процессы: образуется метаванадат натрия и пи-рованадаты натрия и марганца; пированадат натрия переходит в орто-ванадат (мета- и ортованадат - растворимые соединения, пированадат марганца нерастворим в воде и щелочи, растворим только в кислоте):

У205-ИН20 + Ш2С0з ^ 2ШУ0з + С02+ Н20, Ш4У20у + ^ТОз + Н20 ^ КазУ04 + №У0з + 2Ш0Н + С02.

Ранее было показано, что процесс взаимодействия огарка с водой протекает с высокой энергией активации [12] и является сложным процессом химического взаимодействия раствора с реагирующим ядром твердых частиц. Выщелачивание обожженного без добавок шлака с 5%-ным раствором соды предложено в патенте [1з]. В работе [14] предполагается использование соды как на стадии обжига шихты, так и на стадии выщелачивания.

Целью работы явилось изучение выщелачивания обожженных огарков содовым раствором и оценка доизвлечения ванадия после сернокислотных выщелачивания и промывки.

Результаты экспериментов и их обсуждение

В ходе экспериментов по выщелачиванию огарка содовыми растворами на предваряющей стадии обжига использовался шлак с содержанием V2O5 - 14,21 мас. %, MnO - 7 мас. %. Фракция шлака < 0,315 мм промышленного измельчения. Обжиг проводился при 780-790 °С и соотношении Na2O:V2O5 = 1:1 в течение 3 ч. Выщелачивание осуществлялось при соотношении Т:Ж = 1:5 3%-ным раствором соды в течение 15 мин при различных температурах на установке, включающей в себя реакционную емкость с перемешивающим устройством, помещенную в термостат. Скорость перемешивания - 15 об/с (Re > 10000).

Анализ проб кеков и растворов проводился согласно принятой на заводе «Методике количественного химического анализа» (ИДИ МХ-115-48-2006 с изм. от 2011 г.), а также с использованием методик источника [15].

Зависимость содержания ванадия в растворе (С, г/дм3) после выщелачивания от продолжительности процесса изображена на рис. 1.

С, г/дм3 -

4 8 12 мин

Рис. 1. Агитационное выщелачивание обожженного шлака содовыми растворами при температуре: 1 - 42 °С; 2 - 58 °С; 3 - 76 °С; 4 - 87 °С

Результаты анализа твердой фазы представлены в табл. 1. Из представленных на рис. 1 данных видно, что особенностью агитационного выщелачивания является относительно быстрое нарас-

тание концентрации ванадия в растворе в начальный период времени (4 мин) и относительное постоянство его содержания после 10-15 мин.

Таблица 1

Содержание V2O5 в кеке после агитационного выщелачивания

содовым раствором

Температура, °С V2O5 общ., мас. % V2O5 с/р, мас. %

42 6,49 4,10

58 5,80 4,70

76 5,50 2,90

87 4,50 2,45

Примечание. У205 общ. - общее содержание соединений ванадия; У205 с/р - содержание суммарнорастворимых (водо- и кислоторастворимых) соединений ванадия.

Обработка экспериментальных кривых рис. 1 была проведена по уравнению

. 1, (1 + х)2 ф(х) = -In v ' 6

1

2 х -1

2 +~г arct§" г 1 + х + х2 V3 V3

где х = —-; Ст - концентрация реагента, соответствующая времени т,

Сн

кг/м3; Сн - начальная концентрация реагента, кг/м3.

Обработка результатов показала, что между Ф(х) и т существует линейная зависимость (рис. 2), что подтверждает диффузионный механизм выщелачивания и позволяет оценить коэффициенты массоотдачи К.

Рис. 2. Обработка экспериментальных кривых агитационного выщелачивания обожженного шлака содовыми растворами при температуре: 1 - 42 °С; 2 - 58 °С; 3 - 76 °С; 4 - 87 °С

По данным рис. 2 явно наблюдается резкий излом, соответствующий продолжительности 3-5 мин, который позволяет предположить существование двух областей протекания процесса. Для начального периода: = -5,1 - 541/7, Еакт = 10,3 кДж/моль; для периода 5-15 мин: = -4,9 - 870/7, Еакт = 16,6 кДж/моль.

Предположительно первый период связан с выщелачиванием поверхностных скоплений ванадата натрия, а второй период с выщелачиванием внутренних зон, находящихся в глубине частицы огарка.

В ходе экспериментов по доотмывке содовым раствором кека после кислотного выщелачивания и промывки кислотой на предваряющей стадии обжига использовался шлак с содержанием (мас. % в пересчете на оксиды металлов): У205 общ. - 22,34; МпО - 11,0; Бе0 - 31,32; СГ2О3 - 3,25; ТЮ2 - 8,86; СаО - 1,80; 8Ю2 - 16,0; Бе мет. - 4,9.

Условия осуществления предшествующих стадий обработки кека: обжиг при 925 °С и соотношении №20:У205=0,5:1 в течение 4 ч; рН-ное сернокислотное выщелачивание 3%-ной Н2Б04 в течение 15 мин при 50 °С и соотношении Т:Ж = 1:10, кислотная промывка не проводилась. Условия содовой промывки: Т:Ж = 1:10, Т = 55 °С, продолжительность промывки 15 мин. Опыты проведены при различной начальной концентрации содового раствора (1-5 мас. %). Результаты содовой промывки представлены в табл. 2.

Таблица 2

Содержание соединений ванадия в жидкой и твердой фазах при различной начальной концентрации соды в промывном растворе

Концентрация Содержание Содержание Содержание Изменение

раствора У205 в/р У205 общ. У205 общ. в кеке содержания

^ТОэ, в фильтрате, в кеке, до промывки, У205 общ,

мас. % г/л мас. % мас. % мас. %

1 9,89 5,27 11,29 6,02

2 10,00 5,04 11,29 6,25

3 9,70 4,36 11,29 6,93

5 9,97 3,91 11,29 7,38

Из представленных данных видно, что концентрация содового раствора мало влияет на содержание У205 в промытом содой кеке, что косвенно говорит о внутридиффузионном торможении процесса.

В случае многократного (до 6 раз) использования содового раствора для доотмывки исследованных образцов исходного кека происходит накопление У205 в/р в содовом растворе. Условия осуществления предше-

ствующих стадий обработки кека: обжиг при 875 °С и соотношении Ш20:У205=0,6:1 в течение 2 ч; рН-ное (предварительное) сернокислотное выщелачивание 1%-ной Н2804 в течение 15 мин при 55 °С и соотношении Т:Ж = 1:10, кислотная промывка 3%-ной Н2804 в течение 15 мин при 55 °С и Т:Ж = 1:10. Условия содовой промывки: Т:Ж = 1:10, Т = 55 °С, продолжительность промывки 15 мин, начальная концентрация содового раствора - 5 мас. % Ка2С03. Промывке подвергались образцы одного и того же кека (на каждую новую промывку брали новую порцию кека).

Содержание У205 в/р в фильтрате при 1 промывке образцов одного кека - 2,96 г/л, при 3 промывках - 9,66 г/л, при 6 - 13,87 г/л.

Другие результаты содовых доотмывок представлены в табл. 3. Условия осуществления предшествующих стадий обработки кека: обжиг при 925 °С и соотношении Ка20:У205=0,5:1 в течение 2 ч; рН-ное сернокислотное выщелачивание 1-2%-ной И2804 в течение 15 мин при 40-55 °С и соотношении Т:Ж = 1:10, кислотная промывка 3-5%-ной Н2804 в течение 15 мин при 55 °С и соотношении Т:Ж = 1:5. Условия содовой промывки: Т:Ж = 1:10, Т = 55 °С, продолжительность промывки 15 мин. Опыты проведены при различной начальной концентрации содового раствора (1-5 мас. %).

Таблица 3

Содержание соединений ванадия в жидкой и твердой фазах при различной начальной концентрации содового раствора для различных образцов кека

Концен- Содержа- Содержа- Содержа- Измене- Содержа- Содержа- Измене-

трация ние У205 ние У205 ние У205 ние со- ние У205 ние У205 ние со-

раствора в/р в с/р в кеке, с/р в кеке держания общ. в общ. в держания

^ТОэ, фильтрате, мас. % до про- У205 с/р, кеке, мас. кеке до У205

мас. % г/л мывки, мас. % % промывки, общ.,

мас. % мас. % мас. %

1 4,09 1,95 7,51 5,56 2,50 8,24 5,74

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2 3,60 1,07 8,09 7,02 2,18 8,68 6,50

3 3,52 1,26 7,80 6,54 2,82 10,69 7,87

5 5,72 1,35 10,84 9,49 2,91 11,95 9,04

5 9,09 0,61 8,78 8,17 1,00 9,49 8,49

5 12,05 0,45 12,09 11,64 3,36 13,30 9,94

Условия осуществления предшествующих стадий разные, а результаты содовых промывок, приведенных в табл. 3, показывают, что тенденция на улучшение результатов промывки такая же, как и в табл. 2: с ростом концентрации содового раствора растет количество отмытого ванадия.

Для выявления элементов механизма и остаточного состава фаз, а также наличия соединений ванадия в выщелоченном и отмытом кислотой и содовым раствором кеке проведен микроскопический и рент-геноспектральный анализы одного из кеков (обжиг при 925 °C и соотношении Na2O:V2O5=0,5:1 в течение 2 ч; рН-ное сернокислотное выщелачивание 2%-ной H2SO4 в течение 15 мин при 40 °C и соотношении Т:Ж = 1:10, кислотная промывка 3%-ной H2SO4 в течение 15 мин при 55 °C и соотношении Т:Ж = 1:5, содовая промывка 5%-ным раствором Na2CO3 в течение 15 мин при 55 °С и соотношении Т:Ж = 1:10). Анализ проводился на сканирующем электронном микроскопе Hitachi S3400-N с приставкой Bruker для рентгеноспектрального анализа, позволяющего определять химический состав проб по элементам, а также изучить поверхность и размер частиц.

В качестве примера на рис. 3-6 представлены фотографии и результаты рентгеноспектрального анализа образца после выщелачивания и промывок огарка.

AN г>ег-1=5

с Г-СГПх с itürrw с Error [1 Jligmn)

[WC, .»] [Ml.t] [iL

о K-setiea 7325S 34 16, ,93 2, ,60

К-я LI К-ЗеГГЁЗ 1}23 0, 22 3,22 0, 33 0,

Mg 1 2 K-RP RS 2 SOI 0, 2S> 0 ,25 0, 35 0, .04

AI 13 K-ieries 2117 o, 16 0, if. 0, 21 c, ,C3

E-i. к-se tries 4S51 0, SS 0, 39 0, Л 4

Ti 22 rc-яе RS J-I-JSS ЯЗ, 07 го, lfi 0, ,64

Cr Ii К-ГЕПеЕ ВЦ 14 '=9 1, 19 о, 59 С, . C7

МП а K-series i, ii i, 14 0, ■ 22

Fe а K-ser.eß 141726 ai, ■ 2d 41,25 ■90 1, ,23

TJtäl 100, 12 100,00 130,oc

Рис. 3. Микрофотография и спектрограмма с указанием состава по элементам (данные рентгеноспектрального анализа частиц кека в точке), увеличение 2499*

Обработка данных показала, что на рис. 3 представлена хорошо выраженная фаза оксидов железа, титана и марганца, предположительно оксидная фаза Ее2ТЮ5, не вскрывшиеся при обжиге, выщелачивании и промывке, ванадиевые соединения отсутствуют.

11 лк 5ег1ез Кес 11ПП, С поип. С Ас от. С Еггог (1 51дка)

[Wt.il [«.*] [ас.*] [wt.il

0 5 К-эег1еа 214931 51, Г 47 50, 67 ¿3,95 5,62

№ 11 К-зег1еа 67533 а, ,53 3,45 7,42 0,56

АХ 13 ЕС-эег1ев 103134 9, г оз 3,93 6,69 0,45

31 14 329536 29, г 27 28,81 20,72 1,24

Са 20 К-эег1ез 1671 0, г 32 0,32 0,16 0,04

Т± 22 Е(-зег1еа 1369 0, гЗ& 0,38 0,16 0,04

V 23 ЕС-зеПеа 321 0, ,26 0,25 0,10 0,04

¡й 25 К-зег1ез 628 0, г 23 0,26 0,10 0,04

Ре 26 К-эег1еэ 350 В 1, г 94 1,91 0, €9 0,09

Хйга! 101, ,55 100,00 100,00

Рис. 4. Микрофотография и спектрограмма с указанием состава по элементам (данные рентгеноспектрального анализа частиц кека в точке), увеличение 1000*

£1 АН 5ег1ег Нет ur.ru [иг. .11 С пот. [wt.il С Л-сх. С Гггас [1 31дта1

0 а К-5вг1еа 155133 31, ,69 39,99 62, .99 3,52

На и К-гег1ез 21170 2, ,61 3,25 ,61 0,19

Ул 12 К-зег1еэ 3681 0, ,32 0,4 0, .42 0,04

А1 13 К-гег1еа 32631 2, ,30 2,91 2, .71 0,13

За 14 К=аег1еэ 147361 3. .за 11,34 .10, .63 0,42

3 16 K-i4ii.es 3621 0, 0,30 0, .гз 0,03

Са 20 Х-зег1ез «341 0. ,43 0,34 0, .34 0,04

Га К-аег1,еа 3450« 4, ,99 6,29 3, .31 0,17

V 23 К-зег1еа 13951 2, ,22 2,ао 1, ,3В 0,09

Сг 24 К-яеггез 7333 1, ,37 1,73 0, .84 0,07

Кп 25 Х-зег1ез 15679 3, , ве 4,37 2, .24 0,14

Гс 26 К-иг±еа Й31€4 19, ,82 25, <¡2 11. • 29 0,61

ТоЪв! 79,22 100,00 100, < Ю

Рис. 5. Микрофотография и спектрограмма с указанием состава по элементам (данные рентгеноспектрального анализа частиц кека в точке), увеличение 1000*

О В К-зеггед 19290« 37,51 36,03 Ы.Э5 4,12

На 11 К-яеггев 1,23 1,16 1,41 0,11

Mg 12 ¿С-зеПез 12940 1,52 1,46 1,71 0,11

ai 13 К-аснн «277 0,59 0,S6 0,€0 0,05

Sí 14 К-аепез €533 0,62 0,50 O,SI 0,06

TI 22 2íS3€ 4,19 4,02 2,40 0,15

V 23 K-serics 2Í97 0,49 0,47 0,27 0,04

Cr 24 K-aenes 1S04S 2,97 2,85 1,57 0,11

МП 25 x-flftcies 27970 7,73 7,43 3,36 0,25

Fe 2$ К-зепез 131969 47,35 45,49 23,27 1,41

Рис. 6. Микрофотография и спектрограмма с указанием состава по элементам (данные рентгеноспектрального анализа частиц кека в точке), увеличение 1000 х

На рис. 4 обнаруживаются оксиды железа, марганца, титана и кремния, а также оставшиеся невыщелоченными и невскрытыми пи-рованадат марганца, ортованадат натрия, на рис. 5 обнаружена преимущественно фаза силикатов натрия и кальция, на рис. 6 - преимущественно оксиды марганца, железа, титана, а также небольшие количества хрома и ванадия, предположительно сложный твердый раствор Ре2-2х-2у-2гМП2ХГ2уА12г05 (х, У, 2 = 0-0,66).

Сформировавшейся отдельной фазы У205 не обнаружено, что говорит о ее полном растворении в процессе содовой промывки. Пиро-и ортованадаты обнаруживались при проведении процесса обжига и кислотного выщелачивания в неоптимальных условиях.

Рекомендуемые оптимальные условия содовой промывки кека:

1. Концентрация содового раствора до 5 мас. % Ка2С0з.

2. Температура промывки - 55 °С.

3. Продолжительность промывки не более 15 мин.

4. Количество циклов промывки - до срабатывания остаточного содержания соды в растворе до 2 %.

Список литературы

1. Ивакин А.А., Фотиев А.А. Химия пятивалентного ванадия в водных растворах // Труды Института химии УФАН СССР. - Свердловск, 1971. - 192 с.

2. Сидельникова Э.Г. Исследование процессов обжига и выщелачивания содовой технологии технической пятиокиси ванадия: дис. ... канд. техн. наук. - Пермь, 1974.- С. 63-72.

3. Шлефер Г. А. Комплексообразование в растворах. - М.: Химия, 1964.- 379 с.

4. Ермеков М.Т., Батракова Л.Х., Козлов В.А. Фрактальный анализ процессов выщелачивания из твердых продуктов сложного состава // Химия, технология и применение ванадия: докл. VIII Всерос. конф. - Чусо-вой, 2000. - С. 140-143.

5. Амирова С.А., Куценко С.А., Сидельникова Э.Г. Исследование процессов обжига и выщелачивания по содовой технологии переработки шлаков // Тез. докл. II Всесоюз. совещ. по химии, технологии и применению ванадиевых соединений. - Алма-Ата, 1976. - С. 30-31.

6. Ивакин А. А. Состояние и перспективы исследований в области химии соединений ванадия (V) в водных растворах // Материалы I Всесоюз. совещ. по химии, технологии и применению соединений ванадия. - Пермь: Перм. кн. изд-во, 1974. - С. 15-18.

7. Оптимизация выщелачивания ванадия из обожженных конвертерных шлаков / В.Г. Добош [и др.] // Производство ферросплавов: науч. тр. НИИМ.- Челябинск, 1992. - № 18. - С. 100-106.

8. Влияние температуры и продолжительности процесса обработки пульпы обожженной ванадиевой шихты на степень извлечения ванадия в растворы / Е.А. Азис [и др.] // Производство ферросплавов: науч. тр. НИИМ.- Челябинск, 1992. - № 18. - С. 97-100.

9. Комплексная переработка ванадиевого сырья / В. Г. Мизин [и др.]. - Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2005. - С. 131-232.

10. Способ переработки ванадийсодержащих конвертерных шлаков: пат. 2230128 Рос. Федерация: МПК С22В34/22 / 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.- 5 с.

11. Амирова С. А. Технология извлечения ванадия из конвертерных ванадиевых шлаков: учеб. пособие / Перм. гос. техн. ун-т. -Пермь, 1997.- 90 с.

12. Интенсификация процесса выщелачивания обожженных ванадиевых шихт. Комплексная переработка минерального сырья методами щелочной металлургии / С.А. Амирова, Н.Ф. Данилов, В.В. Ив-шин, Г. А. Симонова // Тез. докл. III Республ. конф. - Алма-Ата, 1987. -С. 78-79.

13. Process for the extraction of vanadium from vanadium-containing raw materials: patent 3536495 DE, IPC C22B34/22. / Haehn Reinhard DIPL ING DR ING, Sattelberger Siegfried DR ING, Fichte Rudolf DR ING, Retelsdorf Hans-Joachim DR ING.-16.04.1987.

14. Амирова С.А., Кремнева О.Г. Химия, технология и применение ванадиевых соединений // Тез. докл. IV совещ. - Свердловск, 1982.- С. 123.

15. Аналитическая химия ванадия / В.Н. Музгин, Л.Б. Хамзина, В. Л. Золотавин, И.Я. Безруков. - М.: Наука, 1981. - 216 с.

References

1. Ivakin A.A., Fotiev A.A. Khimiia piativalentnogo vanadiia v vodnykh rastvorakh [Chemisty of pentavalent Vanadium in water solutions]. Trudy Instituta khimii Ural'skogo filiala akademii nauk Soiuza Sovetskikh Sotsialisticheskikh Respublik. Sverdlovsk, Ural'skii filial akademii nauk Soiuza Sovetskikh Sotsialisticheskikh Respublik, 1971, 192 p.

2. Sidel'nikova E.G. Issledovanie protsessov obzhiga i vyshchelachi-vaniia sodovoi tekhnologii tekhnicheskoi piatiokisi vanadiia [The study of commercial vanadium pentoxide sodium technology roasting and leaching]. Ph. D. thesis. Perm', 1974, pp. 63-72.

3. Shlefer G.A. Kompleksoobrazovanie v rastvorakh [Complex formation in solutions]. Moscow, Khimiia, 1964, 379 p.

4. Ermekov M.T., Batrakova L.Kh., Kozlov V.A. Fraktal'nyi analiz protsessov vyshchelachivaniia iz tverdykh produktov slozhnogo sostava [Fractal analysis of leaching processes from complex composition solids]. Khimiia, tekhnologiia i primenenie vanadiia: doklady VIII Vserossiiskoi konferentsii. Chusovoi, 2000, pp. 140-143.

5. Amirova S.A., Kutsenko S.A., Sidel'nikova E.G. Issledovanie protsessov obzhiga i vyshchelachivaniia po sodovoi tekhnologii pererabotki shlakov [The study of roasting and leaching processes in slag processing sodium technology]. Tezisy dokladov II Vsesoiuznogo soveshchaniia po khimii, tekhnologii iprimeneniiu vanadievykh soedinenii. Alma-Ata, 1976, pp. 30-31.

6. Ivakin A.A. Sostoianie i perspektivy issledovanii v oblasti khimii soedinenii vanadiia (V) v vodnykh rastvorakh [Circumstance and perspective of researches in the field of Vanadium (V) compounds chemistry in water solutions]. Materialy I Vsesoiuznogo soveshchaniiapo khimii, tekhnologi i primeneniiu soedinenii vanadiia. Perm', Permskoe knizhnoe izdatel'stvo, 1974, pp. 15-18.

7. Dobosh V.G. et al. Optimizatsiia vyshchelachivaniia vanadiia iz obozhzhennykh konverternykh shlakov [Optimization of vanadium leaching from a roasted converter slag]. Proizvodstvo ferrosplavov: nauchnye trudy nauchno-issledovatel'skogo instituía metallurgii. Cheliabinsk, 1992, no. 18, pp. 1GG-1G6.

8. Azis E.A. et al. Vliianie temperatury i prodolzhitel'nosti protsessa obrabotki pul'py obozhzhennoi vanadievoi shikhty na stepen' izvlecheniia vanadiia v rastvory [Influence of temperature and time period of roasted vanadium furnace feed pulp treatment process on vanadium extraction degree into solutions]. Proizvodstvo ferrosplavov: nauchnye trudy nauchno-issledovatel'skogo instituta metallurgi. Cheliabinsk, 1992, no. 18, pp. 97-1GG.

9. Mizin V.G. et al. Kompleksnaia pererabotka vanadievogo syr'ia [Complex processing of vanadium raw material]. Ekaterinburg, Ural'skoe otdelenie Rossiiskoi akademii nauk, 2GGS, pp. 131-232.

1G. Danilov N.F., Vdovin V.V., Karpov A.A., Kamenskih A.A., Kudriashov V.P. Sposob pererabotki vanadiisoderzhashchikh konverternykh shlakov [The method of vanadium-containing converter slag processing]. Patent Rossiiskaia Federatsiia no. 223G128 (2GG4).

11. Amirova S.A. Tekhnologiia izvlecheniia vanadiia iz konverternykh vanadievykh shlakov [Technology of Vanadium recovery from Vanadium-containing converter slag]. Perm', Permskii gosudarstvennyi tekhnicheskii universitet, 1997, 9G p.

12. Amirova S.A., Danilov N.F., Ivshin V.V., Simonova G.A. Intensifikatsiia protsessa vyshchelachivaniia obozhzhennykh vanadievykh shikht. Kompleksnaia pererabotka mineral'nogo syr'ia metodami shchelochnoi metallurgii [Intensification of roasted vanadium furnace feed leaching process. Complex miinerals processing by alkali metallurgy methods]. Tezisy dokladov IIIRespublikanskoj konferencii. Alma-Ata, 1982, pp. 78-79.

13. Haehn Reinhard DIPL ING DR ING, Sattelberger Siegfried DR ING, Fichte Rudolf Dr ING, Retelsdorf Hans-Joachim DR ING Process for the extraction of vanadium from vanadium-containing raw materials. Patent DE 3S3649S (1987).

14. Amirova S.A., Kremneva O.G Khimiia, tekhnologiia i primenenie vanadievykh soedinenii [Chemistry, technology and usage of Vanadium compounds]. Tezisy dokladovIVsoveshchaniia. Sverdlovsk, 1982, p. 123.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

15. Muzgin V.N., Khamzina L.B., Zolotavin V.L., Bezrukov I.Ia. Analiticheskaia khimiia vanadiia [Analytical chemistry of vanadium]. Moscow, Nauka, 1981, 216 p.

Получено 12.GS.2G17

Об авторах

Сажина Мария Михайловна (Пермь, Россия) - магистрант кафедры химических технологий Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: sazhina-mm@yandex.ru).

Данилов Николай Федорович (Пермь, Россия) - кандидат технических наук, академик Академии технологических наук РФ, доцент кафедры химических технологий Пермского национального исследовательского политехнического университета, (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: super.dan51@yandex.ru).

Старостин Андрей Георгиевич (Пермь, Россия) - кандидат технических наук, старший научный сотрудник кафедры химических технологий Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: starostin26@yandex.ru).

About the authors

Mariya M. Sazhina (Perm, Russian Federation) - Undergraduate student, Department of Chemical Technologies, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: sazhina-mm@yandexl.ru).

Nikolai F. Danilov (Perm, Russian Federation) - Ph.D. of Technical Sciences, Academician of the Academy of Technological Sciences, Associate Professor, Department of Chemical Technologies, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: super.dan51@yandex.ru).

Andrej G. Starostin (Perm, Russian Federation) - Ph.D. of Technical sciences, Senior Research Officer, Department of Chemical Technologies, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990, Russian Federation, e-mail: starostin26@yandex.ru).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.