RU2817727C1 - Method of producing high-purity vanadium pentoxide - Google Patents

Method of producing high-purity vanadium pentoxide Download PDF

Info

Publication number
RU2817727C1
RU2817727C1 RU2023115745A RU2023115745A RU2817727C1 RU 2817727 C1 RU2817727 C1 RU 2817727C1 RU 2023115745 A RU2023115745 A RU 2023115745A RU 2023115745 A RU2023115745 A RU 2023115745A RU 2817727 C1 RU2817727 C1 RU 2817727C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vanadium
solution
ammonium
precipitate
sorption
Prior art date
Application number
RU2023115745A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Валерьевич Нечаев
Александр Всеволодович Смирнов
Игорь Валентинович Лянгузов
Павел Денисович Косилов
Татьяна Николаевна Зайцева
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Инэнерджи" (ООО "Инэнерджи")
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Инэнерджи" (ООО "Инэнерджи") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Инэнерджи" (ООО "Инэнерджи")
Application granted granted Critical
Publication of RU2817727C1 publication Critical patent/RU2817727C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemical or physical processes.
SUBSTANCE: invention relates to the technology of processing vanadium compounds and can be used to produce vanadium pentoxide from industrial products, such as industrial ammonium polyvanadate and metavanadate. Method includes processing vanadium-containing industrial products with an alkaline reagent, separating the insoluble residue from the sodium metavanadate solution, washing the residue, combination of filtrate and washing water, introduction of ammonium-containing inorganic compound into combined solution, extraction from solution and crystallisation of ammonium metavanadate, filtering the suspension with separation of the precipitate from the mother solution, washing the precipitate, which is then treated with an ammonia solution to obtain a suspension. Suspension is filtered, the precipitate is separated, and the obtained ammonia solution is subjected to repeated crystallisation of ammonium metavanadate, after which the suspension is filtered with separation of the precipitate from the mother solution, the precipitate is washed, dried and calcined to obtain the target product. After crystallization and recrystallization of ammonium metavanadate mother solutions are directed for sorption additional extraction of vanadium, after that, the saturated sorbent is washed and desorbed, which is again supplied for sorption additional extraction, and the strippant and washing water are returned to the alkaline treatment stage.
EFFECT: obtaining vanadium pentoxide of high purity with simplification of the technological scheme and minimization of the generated wastes.
8 cl, 1 dwg, 5 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к неорганической химии и технологии переработки соединений ванадия и может быть использовано для получения пентаоксида ванадия высокой чистоты из промпродуктов, таких как технические поливанадат и метаванадат аммония.The invention relates to inorganic chemistry and technology for processing vanadium compounds and can be used to obtain high-purity vanadium pentoxide from industrial products, such as technical ammonium polyvanadate and ammonium metavanadate.

Пентаоксид высокой чистоты является промежуточным продуктом для производства различных видов продукции. Основными потребителями пентаоксида ванадия высокой чистоты являются производители ванадиевых проточных батарей, специальных сплавов, катализаторов для производства серной кислоты и малеинового ангидрида и др. В последние годы в мировом масштабе ключевой тенденцией данной подотрасли потребления является рост объемов производства металлических титановых сплавов, а как следствие, и рост объемов производства лигатур на основе ванадия. При этом за 10-летний период ситуация на мировом рынке, в том числе на рынке пентаоксида ванадия, может кардинально измениться, при этом основные сложности заключаются в том, что спрогнозировать эти изменения довольно затруднительно. Очень перспективным является производство средних и крупных энергонакопителей и микросетей на основе ванадиевых элементов в быстрорастущих сегментах альтернативной энергетики.High purity pentoxide is an intermediate product for the production of various types of products. The main consumers of high-purity vanadium pentoxide are manufacturers of vanadium flow batteries, special alloys, catalysts for the production of sulfuric acid and maleic anhydride, etc. In recent years, on a global scale, the key trend in this sub-sector of consumption is the increase in production volumes of metal titanium alloys, and as a result, growth in production volumes of vanadium-based alloys. At the same time, over a 10-year period, the situation on the world market, including on the vanadium pentoxide market, can change dramatically, while the main difficulty lies in the fact that it is quite difficult to predict these changes. The production of medium and large energy storage devices and microgrids based on vanadium elements in the fast-growing segments of alternative energy is very promising.

Производство по получению пентаоксида ванадия высокой чистоты из технических продуктов может быть реализовано по различным технологическим схемам. Для выбора наиболее подходящей схемы для переработки подобного материала предварительно исследуются процессы, лежащие в основе технологических переделов, в лабораторных и пилотных условиях с получением образцов пентаоксида ванадия требуемого качества с последующими электрохимическими испытаниями получаемых ванадиевых электролитов. К настоящему времени существуют различные варианты решения проблемы получения ванадиевой продукции из природного и техногенного сырья, включая осадительные, сорбционные и экстракционные способы концентрирования и очистки соединений ванадия. При этом на мировом и российском рынке химических реагентов существует большое количество относительно доступных и селективных по отношению к ванадию реагентов, сорбентов и экстрагентов.The production of high-purity vanadium pentoxide from technical products can be carried out using various technological schemes. To select the most suitable scheme for processing such material, the processes underlying the technological processes are first studied in laboratory and pilot conditions to obtain samples of vanadium pentoxide of the required quality, followed by electrochemical tests of the resulting vanadium electrolytes. To date, there are various options for solving the problem of obtaining vanadium products from natural and technogenic raw materials, including precipitation, sorption and extraction methods for concentrating and purifying vanadium compounds. At the same time, on the global and Russian market of chemical reagents there are a large number of relatively accessible and selective reagents with respect to vanadium, sorbents and extractants.

Из уровня техники известен способ [патент CN 102351245] непрерывного получения ванадата аммония. Способ включает следующие стадии: А, нагревание ванадиевого раствора с водяным паром до температуры от 50 до 80°С и добавление кислоты в первый раз для регулирования значения рН ванадиевого раствора до 4-6; В, добавление сульфата аммония в ванадиевый раствор, при этом массовый коэффициент добавленного сульфата аммония удовлетворяет уравнению (NH4)2SO4/V=0,8-1,5; С, продолжая перемешивать ванадиевый раствор, нагревают его паром до температуры от 80 до 100°С и добавляют кислоту во второй раз, чтобы отрегулировать значение рН раствора до 1,8-2,5; D, ванадиевый раствор нагревают паром до кипения, поддерживают в кипящем состоянии и транспортируют твердожидкостную суспензию в бассейн сгущения, когда объем надосадочной жидкости в твердожидкостной суспензии удовлетворяет уравнению V≤0,1 г/л; Е, проведение осветления твердожидкостной суспензии с использованием процесса сгущения. Сгущенная суспензия проходит через фильтрующее оборудование и вытесняется с использованием воды под высоким давлением, промывается горячей водой и высушивается сжатым воздухом с получением ванадата аммония. К недостатку данного способа можно отнести получение недостаточно чистой продукции. Максимальная чистота полученного метаванадата аммония - 89,79%.A method [patent CN 102351245] for the continuous production of ammonium vanadate is known from the prior art. The method includes the following steps: A, heating the vanadium solution with steam to a temperature of 50 to 80°C and adding acid for the first time to adjust the pH value of the vanadium solution to 4-6; B, adding ammonium sulfate to the vanadium solution, while the mass coefficient of the added ammonium sulfate satisfies the equation (NH 4 ) 2 SO 4 /V=0.8-1.5; C, while continuing to stir the vanadium solution, heat it with steam to a temperature of 80 to 100 ° C and add acid a second time to adjust the pH of the solution to 1.8-2.5; D, the vanadium solution is heated with steam to boiling, maintained in a boiling state, and the solid-liquid suspension is transported to the thickening basin when the volume of the supernatant liquid in the solid-liquid suspension satisfies the equation V≤0.1 g/L; E, carrying out clarification of a solid-liquid suspension using a thickening process. The thickened suspension passes through filter equipment and is forced out using high pressure water, washed with hot water and dried with compressed air to produce ammonium vanadate. The disadvantage of this method is the production of insufficiently pure products. The maximum purity of the obtained ammonium metavanadate is 89.79%.

Известен способ [патент CN1 03952565], используемый для получения метаванадата аммония из ванадиевого шлака путем выщелачивания аммонийной соли. Способ включает следующие стадии: (1) ванадиевый шлак подвергают прокаливанию; (2) прокаленный продукт подвергают выщелачиванию водным раствором соли аммония и проводят фильтрование; (3) фильтрат, полученный на стадии (2), подвергают кристаллизации при охлаждении с выделением кристаллов метаванадата аммония. Этот способ отличается высокой эффективностью выщелачивания ванадия, низким содержанием примесей в растворе выщелачивания. Метаванадат аммония может быть получен путем кристаллизации при охлаждении; сточные воды не содержат сульфата натрия; последующие процессы, такие как очистка, осаждение ванадия и очистка сточных вод, упрощены. Однако, недостатком данного способа также является получение недостаточно чистого продукта.There is a known method [patent CN1 03952565] used to obtain ammonium metavanadate from vanadium slag by leaching the ammonium salt. The method includes the following stages: (1) vanadium slag is calcined; (2) the calcined product is leached with an aqueous ammonium salt solution and filtered; (3) the filtrate obtained in step (2) is subjected to crystallization upon cooling to release ammonium metavanadate crystals. This method is characterized by high efficiency of vanadium leaching and low content of impurities in the leaching solution. Ammonium metavanadate can be prepared by crystallization upon cooling; wastewater does not contain sodium sulfate; downstream processes such as purification, vanadium precipitation and wastewater treatment are simplified. However, the disadvantage of this method is also the production of an insufficiently pure product.

Известен способ [патент CN 104692461] получения порошкообразного оксида ванадия высокой чистоты, который относится к области химической металлургии ванадия. Способ включает в себя следующие стадии: добавление адсорбента, регулятора кислотности/основности и агента для удаления примесей в исходный раствор ванадия, перемешивание и фильтрацию для получения очищенного раствора ванадия; добавление ионов аммония NH4 + в очищенный раствор ванадия и регулирование их концентрации, кристаллизацию при охлаждении и фильтрацию с получением метаванадата аммония; термическое разложение метаванадата аммония при температуре 300-650°С с получением порошкообразного оксида ванадия высокой чистоты, который пригоден для получения ванадиевого электролита. В данном патенте указано, что используются сорбенты для очистки от примесей. Что происходит дальше из патента неясно. Если отработанный сорбент отмывается и используется повторно, то образуются промывные воды, однако про них в патенте не говорится. Если сорбент не используется повторно, то опять же есть промывные воды и отработанный сорбент в качестве отхода производства. Вероятным недостатком данного способа является получение жидких отходов.There is a known method [patent CN 104692461] for producing powdered vanadium oxide of high purity, which belongs to the field of chemical metallurgy of vanadium. The method includes the following stages: adding an adsorbent, an acidity/basicity regulator and an agent for removing impurities to the initial vanadium solution, stirring and filtering to obtain a purified vanadium solution; adding ammonium ions NH 4 + to the purified vanadium solution and adjusting their concentration, crystallization upon cooling and filtration to obtain ammonium metavanadate; thermal decomposition of ammonium metavanadate at a temperature of 300-650°C to obtain powdered vanadium oxide of high purity, which is suitable for obtaining vanadium electrolyte. This patent states that sorbents are used to remove impurities. What happens next from the patent is unclear. If the spent sorbent is washed and reused, then wash waters are formed, but the patent does not mention them. If the sorbent is not reused, then again there are wash waters and spent sorbent as production waste. A likely disadvantage of this method is the production of liquid waste.

Известен способ [патент CN 104843789] очистки пятиокиси ванадия. Способ включает следующие этапы: (1) добавление соединения кальция в исходный ванадиевый раствор и фильтрация для получения осадка ванадата кальция, а затем растворение его в кислоте для получения ванадийсодержащего раствора, подлежащего дальнейшей обработке; (2) добавление карбоната аммония и/или гидрокарбонат аммония для удаления примесей из ванадиевого раствора; (3) регулировка значения рН ванадиевого раствора, добавление (NH4)2SO4 для осаждения поливанадата аммония, удаление воды и аммиака путем нагревания для получения пятиокиси ванадия. Перед этапом (1) или после него может быть проведен дополнительный этап (1') - удаление примесей кремния и фосфора. Предлагаемый способ очистки пятиокиси ванадия не требует токсичных и вредных органических реагентов; осадительный агент является легкодоступным и используется в небольших количествах. К недостаткам также можно отнести наличие жидких отходов при получении продукта.There is a known method [patent CN 104843789] for purifying vanadium pentoxide. The method includes the following steps: (1) adding a calcium compound to the initial vanadium solution and filtering to obtain a precipitate of calcium vanadate, and then dissolving it in acid to obtain a vanadium-containing solution to be further processed; (2) adding ammonium carbonate and/or ammonium bicarbonate to remove impurities from the vanadium solution; (3) adjusting the pH value of the vanadium solution, adding (NH 4 ) 2 SO 4 to precipitate ammonium polyvanadate, removing water and ammonia by heating to obtain vanadium pentoxide. Before stage (1) or after it, an additional stage (1') can be carried out - removing silicon and phosphorus impurities. The proposed method for purifying vanadium pentoxide does not require toxic and harmful organic reagents; the precipitating agent is readily available and is used in small quantities. Disadvantages also include the presence of liquid waste when obtaining the product.

Известен способ [патент RU 2736539] получения высокочистого пентоксида ванадия. Стадия А включает добавление ванадийсодержащего продукта выщелачивания, полученного в результате кальцинирующего обжига ванадиевого шлака и кислотного выщелачивания, в смешанный раствор, содержащий карбонат-ионы, ионы аммония и водный раствор аммиака, перемешивание для образования осадка и отделение жидкости от твердого вещества с получением технического ванадийсодержащего продукта выщелачивания. Карбонат-ионы обеспечиваются карбонатом аммония, бикарбонатом аммония, карбонатом натрия или бикарбонатом натрия, а ионы аммония обеспечиваются сульфатом аммония, карбонатом аммония или бикарбонатом аммония. Стадия В включает промывание технического ванадийсодержащего продукта выщелачивания горячей водой с получением очищенного ванадийсодержащего продукта выщелачивания. Стадия С включает доведение рН очищенного ванадийсодержащего продукта выщелачивания до величины от 1,5 до 2,5, добавление указанного продукта выщелачивания в раствор сульфата аммония с величиной рН в диапазоне от 1,5 до 2,5 и температурой от 90°С до кипения, поддержание температуры и непрерывное перемешивание для образования осадка, отделение жидкости от твердого вещества с получением высокочистого поливанадата аммония. Затем проводят промывание, сушку и обжиг поливанадата аммония с получением высокочистого пентоксида ванадия. Состав всех сточных вод, образующихся в способе по данному изобретению, соответствует процессу выщелачивания возвратного клинкера (спеченного материала), полученного в результате кальцинирующего обжига, и сточные воды утилизируют. Таким образом, недостатком данного способа является наличие сточных вод, утилизация которых может быть достаточно дорогостоящей.There is a known method [patent RU 2736539] for producing high-purity vanadium pentoxide. Step A involves adding the vanadium-containing leach product obtained from the calcination of vanadium slag and acid leaching to a mixed solution containing carbonate ions, ammonium ions and an aqueous ammonia solution, mixing to form a precipitate and separating the liquid from the solid to obtain a technical vanadium-containing product leaching. Carbonate ions are provided by ammonium carbonate, ammonium bicarbonate, sodium carbonate or sodium bicarbonate, and ammonium ions are provided by ammonium sulfate, ammonium carbonate or ammonium bicarbonate. Step B involves washing the technical vanadium-containing leachate with hot water to obtain a purified vanadium-containing leachate. Step C involves adjusting the pH of the purified vanadium-containing leachate to a value of from 1.5 to 2.5, adding said leachate to an ammonium sulfate solution with a pH value in the range of from 1.5 to 2.5 and a temperature of from 90° C. to boiling, maintaining temperature and continuously stirring to form a precipitate, separating liquid from solid to produce high purity ammonium polyvanadate. Ammonium polyvanadate is then washed, dried and fired to obtain high-purity vanadium pentoxide. The composition of all wastewater generated in the method according to this invention corresponds to the leaching process of return clinker (sintered material) obtained as a result of calcination, and the wastewater is disposed of. Thus, the disadvantage of this method is the presence of wastewater, the disposal of which can be quite expensive.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение высокой чистоты получаемого пентаоксида ванадия при упрощении технологической схемы и минимизации образующихся отходов.The technical result of the claimed invention is to ensure high purity of the resulting vanadium pentoxide while simplifying the technological scheme and minimizing the generated waste.

Заявленный технический результат достигается способом получения пентаоксида ванадия, который включает обработку ванадийсодержащих промпродуктов щелочным реагентом, отделение нерастворимого остатка от раствора метаванадата натрия, промывку остатка, объединение фильтрата и промывных вод, введение в объединенный раствор аммонийсодержащего неорганического соединения, выделение из раствора и кристаллизацию метаванадата аммония, фильтрование суспензии, отделение осадка от маточного раствора, промывку осадка, который после обрабатывают раствором аммиака с получением суспензии, при этом суспензию фильтруют, осадок отделяют, а полученный аммиачный раствор подвергают повторной кристаллизации метаванадата аммония, после которой фильтруют суспензию с отделением осадка от маточного раствора, осуществляют промывку осадка, его сушку и прокалку с получением целевого продукта, причем маточные растворы после кристаллизации и повторной кристаллизации метаванадата аммония направляют на сорбционное доизвлечение ванадия, при этом после сорбционного доизвлечения проводят промывку и десорбцию насыщенного сорбента, который вновь подают на сорбционное доизвлечение, а десорбат и промывные воды возвращаются на стадию щелочной обработки.The claimed technical result is achieved by a method for producing vanadium pentoxide, which includes treating vanadium-containing industrial products with an alkaline reagent, separating the insoluble residue from a solution of sodium metavanadate, washing the residue, combining the filtrate and wash water, introducing an ammonium-containing inorganic compound into the combined solution, isolating from the solution and crystallizing ammonium metavanadate, filtering the suspension, separating the precipitate from the mother liquor, washing the precipitate, which is then treated with an ammonia solution to obtain a suspension, wherein the suspension is filtered, the precipitate is separated, and the resulting ammonia solution is subjected to repeated crystallization of ammonium metavanadate, after which the suspension is filtered to separate the precipitate from the mother liquor, the precipitate is washed, dried and calcined to obtain the target product, and the mother solutions after crystallization and re-crystallization of ammonium metavanadate are sent to sorption additional extraction of vanadium, while after sorption additional extraction the saturated sorbent is washed and desorbed, which is again supplied to sorption additional extraction, and the desorbate and the wash waters are returned to the alkaline treatment stage.

Использование предложенной совокупности существенных признаков позволяет удешевить процесс путем исключения дорогостоящей стадии утилизации сточных вод, поскольку десорбат и промывные воды возвращают в голову процесс на стадию щелочной обработки. При этом появляется возможность получения пентаоксида ванадия с чистотой более 99,9%.The use of the proposed set of essential features makes it possible to reduce the cost of the process by eliminating the expensive stage of wastewater disposal, since desorbate and wash waters return the process to the alkaline treatment stage. In this case, it becomes possible to obtain vanadium pentoxide with a purity of more than 99.9%.

В качестве сорбента при сорбционном доизвлечении ванадия предпочтительно применяют сильноосновные макропористые аниониты.Strongly basic macroporous anion exchangers are preferably used as a sorbent for sorption additional extraction of vanadium.

Для достижения более качественного целевого продукта сорбционное доизвлечение ванадия можно проводить при температуре процесса 20-50°С и рН, равном 8,0-9,5 ед., а промывку насыщенного сорбента проводить водой при объемном соотношении Ж:Т=(2,0÷4,0):1,0 с получением ванадийсодержащих промывных вод.To achieve a higher quality target product, sorption additional extraction of vanadium can be carried out at a process temperature of 20-50°C and pH equal to 8.0-9.5 units, and washing of the saturated sorbent can be carried out with water at a volumetric ratio L:S = (2.0 ÷4.0):1.0 to obtain vanadium-containing wash water.

Для десорбции насыщенного сорбента можно использовать, например, раствор гидроксида натрия с концентрацией 50-100 г/л при объемном соотношении Ж:Т=(2,0÷5,0):1,0 с получением ванадийсодержащего десорбата.For desorption of a saturated sorbent, you can use, for example, a sodium hydroxide solution with a concentration of 50-100 g/l at a volume ratio L:S=(2.0÷5.0):1.0 to obtain vanadium-containing desorbate.

Ванадийсодержащие десорбат и промывные воды, полученные при промывке и десорбции насыщенного сорбента, направляют на обработку ванадийсодержащих промпродуктов щелочным реагентом.Vanadium-containing desorbate and wash water obtained from washing and desorption of the saturated sorbent are sent for treating vanadium-containing industrial products with an alkaline reagent.

В качестве аммонийсодержащего неорганического соединения можно использовать, например, хлорид аммония, полученный при обработке промпродукта щелочным реагентом.As an ammonium-containing inorganic compound, you can use, for example, ammonium chloride obtained by treating the middling product with an alkaline reagent.

Технологическая схема процесса получения пентаоксида ванадиявыокой степени чистоты представлена на Фиг. 1. The technological flow diagram of the process for obtaining vanadium pentoxide of high purity is presented in Fig. 1.

Описание изобретения представлено ниже.A description of the invention is presented below.

В качестве основного метода перевода ванадия из исходного сырья в растворимую форму используется выщелачивание в растворе гидроксида натрия.The main method for converting vanadium from raw materials into a soluble form is leaching in a sodium hydroxide solution.

В качестве первичной очистки от примесей (в первую очередь, натрия) предложено химическое осаждение метаванадата аммония с использованием хлорида аммония в качестве осадителя.As a primary purification from impurities (primarily sodium), chemical precipitation of ammonium metavanadate using ammonium chloride as a precipitant has been proposed.

Для доочистки первичного метаванадата аммония используется перекристаллизация в аммиаксодержащих растворах. Растворение первичного метаванадата аммония ведется в горячей деионизированной воде в присутствии небольшого количества аммиака с получением раствора ванадата аммония, его последующей контрольной фильтрацией и осаждением чистого метаванадата аммония.For post-purification of primary ammonium metavanadate, recrystallization in ammonia-containing solutions is used. The dissolution of primary ammonium metavanadate is carried out in hot deionized water in the presence of a small amount of ammonia to obtain a solution of ammonium vanadate, its subsequent control filtration and precipitation of pure ammonium metavanadate.

Из чистого метаванадата аммония классическим методом сушки-прокалки получается оксид ванадия требуемого качества.Vanadium oxide of the required quality is obtained from pure ammonium metavanadate using the classical drying-calcination method.

Для решения задачи доизвлечения ванадия из отработанных ванадийсодержащих растворов рекомендуется сорбционная схема с использованием сильноосновных анионитов. При этом полученный десорбат и отработанные промывные воды присоединяется к раствору, поступающему на выщелачивание исходного сырья, что позволяет существенно снизить затраты на производство чистого, более 99,9% целевого продукта.To solve the problem of additional extraction of vanadium from waste vanadium-containing solutions, a sorption scheme using strong basic anion exchangers is recommended. In this case, the resulting desorbate and waste wash water are added to the solution supplied for leaching of the feedstock, which can significantly reduce the cost of producing pure, more than 99.9% of the target product.

Наиболее предпочтительные условия каждой стадии устанавливаются путем варьирования значимых параметров данного процесса. Однако это не исключает применения более широкого интервала значений.The most preferable conditions for each stage are established by varying the significant parameters of the process. However, this does not exclude the use of a wider range of values.

Для доизвлечения ванадия сорбционным методом опробованы несколько видов анионитов ионитов гелевой и макропористой структуры. Помимо принципиальной возможности сорбции ванадия на этих смолах определялись статическая обменная емкость этих сорбентов (СОЕ) по ванадию, а также степень извлечения ванадия в фазу сорбента. В таблице 1 приведены результаты экспериментов по выбору преимущественного для сорбционного доизвлечения ванадия анионита (все аниониты предварительно переведены в ОН-форму с использованием 5% раствора NaOH) в статических условиях.For additional extraction of vanadium by the sorption method, several types of anion exchangers with gel and macroporous structures have been tested. In addition to the fundamental possibility of vanadium sorption on these resins, the static exchange capacity of these sorbents (SEC) for vanadium, as well as the degree of extraction of vanadium into the sorbent phase, were determined. Table 1 shows the results of experiments on choosing the anion exchanger that is preferable for sorption additional extraction of vanadium (all anion exchangers are previously converted to the OH form using a 5% NaOH solution) under static conditions.

Анализ данных табл. 1 показывает, что слабоосновные аниониты имеют худшие показатели (по сравнению со всеми сильноосновными анионитами) сорбционного доизвлечения ванадия для рассматриваемых ванадийсодержащих отработанных растворов. Далее эти сорбенты не рассматриваются для рассматриваемого процесса сорбционного доизвлечения, несмотря на то, что по условиям последующей десорбции ванадия со слабоосновных анионитов этот процесс проходит в более простых условиях (например, растворами аммиака с последующим получением метаванадата аммония).Data analysis table. 1 shows that weakly basic anion exchangers have worse performance (compared to all strongly basic anion exchangers) in the sorption additional extraction of vanadium for the considered vanadium-containing waste solutions. Further, these sorbents are not considered for the considered process of sorption additional extraction, despite the fact that, according to the conditions of subsequent desorption of vanadium from weakly basic anion exchangers, this process takes place under simpler conditions (for example, ammonia solutions with the subsequent production of ammonium metavanadate).

Далее все испытания проводятся с использованием сильноосновного макропористого анионита Purolite А 500 PLUS.Further, all tests are carried out using the strongly basic macroporous anion exchanger Purolite A 500 PLUS.

В таблице 2 приведены результаты исследований по выбору состава раствора гидроксида натрия для десорбции ванадия из насыщенного сорбента в статических условиях, а в табл.3 - результаты исследований по выбору объемного соотношения Ж:Т (ед.) при десорбции ванадия из насыщенного сорбента в динамических условиях.Table 2 shows the results of studies on the choice of the composition of a sodium hydroxide solution for the desorption of vanadium from a saturated sorbent under static conditions, and Table 3 shows the results of studies on the choice of the volumetric ratio L:S (units) for the desorption of vanadium from a saturated sorbent under dynamic conditions .

Как следует из таблиц 2-3 наиболее высокие технологические результаты достигаются при десорбции ванадия с использованием гидроксида натрия с концентрацией 50-100 г/л при объемном соотношении Ж:Т=(2,0÷5,0):1,0 ед. (колоночных объема на объем сорбента) с получением ванадийсодержащего десорбата. При этом ванадийсодержащий десорбат после десорбции ванадия направляется на обработку ванадийсодержащих промпродуктов щелочным агентом. При этом использование раствора гидроксида натрия с концентрацией более 100 г/л является избыточным.As follows from tables 2-3, the highest technological results are achieved by desorption of vanadium using sodium hydroxide with a concentration of 50-100 g/l with a volume ratio L:S=(2.0÷5.0):1.0 units. (column volume per volume of sorbent) to obtain vanadium-containing desorbate. In this case, the vanadium-containing desorbate, after desorption of vanadium, is sent for treatment of vanadium-containing industrial products with an alkaline agent. In this case, the use of a sodium hydroxide solution with a concentration of more than 100 g/l is excessive.

В таблице 4 представлены результаты исследований по влиянию рН раствора на сорбцию ванадия на макропористых анионитах (в статических условиях). Корректировка рН исходного раствора на сорбцию осуществляется добавлением соляной кислоты в раствор после осаждения метаванадата аммония.Table 4 presents the results of studies on the effect of solution pH on the sorption of vanadium on macroporous anion exchangers (under static conditions). Adjustment of the pH of the initial solution for sorption is carried out by adding hydrochloric acid to the solution after precipitation of ammonium metavanadate.

Из анализа данных табл.4 установлено, что допустимым рН раствора на сорбционное доизвлечение ванадия является рН, равное 8,0-9,5 ед. Известно, что при повышении рН более 9,5-10,0 ед. сорбция ванадия практически прекращается вследствие резкого возрастания конкурирующего (десорбирующего) действия ОН--ионов. Также известно, что при понижении рН менее 8,0 ед. происходит изменение ионного состояния ванадия, обусловленное степенью его полимеризации. При этом повышенная температура процесса сорбционного доизвлечения ванадия (предпочтительно 20-50°С) необходима для предотвращения выпадания кристаллов метаванадата аммония в порах и на поверхности сорбентов.From the analysis of the data in Table 4, it was established that the permissible pH of the solution for sorption additional extraction of vanadium is a pH equal to 8.0-9.5 units. It is known that when the pH increases to more than 9.5-10.0 units. the sorption of vanadium practically stops due to a sharp increase in the competing (desorbing) effect of OH - ions. It is also known that when the pH decreases to less than 8.0 units. a change in the ionic state of vanadium occurs, due to the degree of its polymerization. In this case, an increased temperature of the process of sorption additional extraction of vanadium (preferably 20-50°C) is necessary to prevent the precipitation of ammonium metavanadate crystals in the pores and on the surface of the sorbents.

В таблице 5 представлены результаты исследований промывки насыщенного сорбента водой с получением ванадийсодержащих промывных вод (в динамических условиях).Table 5 presents the results of studies of washing a saturated sorbent with water to obtain vanadium-containing wash water (under dynamic conditions).

Из данных табл. 5 следует, что фактически подавляющее большинство ванадия промывается при пропускании 2-4 колоночных объемов воды на промывку на объем сорбента. При этом ванадийсодержащие промывные воды после промывки направляются на обработку ванадийсодержащих промпродуктов щелочным агентом.From the data in table. 5 it follows that in fact the vast majority of vanadium is washed by passing 2-4 column volumes of washing water per volume of sorbent. In this case, vanadium-containing wash waters after washing are sent to treat vanadium-containing industrial products with an alkaline agent.

Все указанные интервалы значений являются предпочтительными и рекомендованными, но не обязательными.All specified ranges are preferred and recommended, but not required.

Рассмотрим примеры получения пентаоксида ванадия.Let's look at examples of producing vanadium pentoxide.

Пример 1. Берут 120 г. сухих технических поливанадатов, растворяют в 700 мл раствора гидроксида натрия с концентрацией NaOH 82 г/л при постоянном перемешивании и поддержании температуры 90°С. Полученную пульпу фильтруют, остаток отделяют, а фильтрат подвергается кристаллизации метаванадата аммония, для чего добавляется соляная кислота до установления рН, равного 8,5 ед. Далее полученный раствор охлаждается до температуры 10°С при перемешивании, после чего вносится 75 г. хлорида аммония NH4Cl, после выдержки полученный метаванадат аммония отделяется от раствора на фильтре, промывается предварительно охлажденной водой. После этого полученный метаванадат аммония растворяется в 2500 мл. воды при температуре 90°С, с добавлением раствора аммиака NH4OH. Далее полученную суспензию фильтруют, осадок отделяют, а фильтрат отправляют на повторное осаждение метаванадата аммония. Для этого полученный фильтрат охлаждают в термокриостате до 10°С, и при постоянном перемешивании добавляют 50 г. хлорида аммония NH4Cl. После выдержки метаванадат аммония отделяют от маточного раствора на фильтре, промывают холодной водой и отправляют на сушку.Example 1. Take 120 g of dry technical polyvanadates and dissolve them in 700 ml of sodium hydroxide solution with a NaOH concentration of 82 g/l with constant stirring and maintaining a temperature of 90°C. The resulting pulp is filtered, the residue is separated, and the filtrate undergoes crystallization of ammonium metavanadate, for which hydrochloric acid is added until the pH is equal to 8.5 units. Next, the resulting solution is cooled to a temperature of 10°C with stirring, after which 75 g of ammonium chloride NH 4 Cl is added, after standing, the resulting ammonium metavanadate is separated from the solution on a filter and washed with pre-cooled water. After this, the resulting ammonium metavanadate is dissolved in 2500 ml. water at a temperature of 90°C, with the addition of ammonia solution NH 4 OH. Next, the resulting suspension is filtered, the precipitate is separated, and the filtrate is sent for re-precipitation of ammonium metavanadate. To do this, the resulting filtrate is cooled in a thermocryostat to 10°C, and 50 g of ammonium chloride NH 4 Cl is added with constant stirring. After aging, ammonium metavanadate is separated from the mother liquor on a filter, washed with cold water and sent for drying.

Полученный метаванадат аммония отправляют на прокалку для получения пентаоксида ванадия, а маточные и промывные растворы после кристаллизации метаванадата аммония объединяют и отправляют на сорбционное доизвлечение ванадия, с использованием сильноосновных макропористых анионитов. Насыщенный сорбент подвергают десорбции раствором гидроксида натрия с концентрацией 50 г/л при объемном соотношении Ж:Т=4,0:1,0 с получением ванадийсодержащего десорбата, который возвращают на стадию выщелачивания исходного сырья.The resulting ammonium metavanadate is sent for calcination to obtain vanadium pentoxide, and the mother and washing solutions after crystallization of ammonium metavanadate are combined and sent for sorption additional extraction of vanadium, using strongly basic macroporous anion exchangers. The saturated sorbent is subjected to desorption with a sodium hydroxide solution with a concentration of 50 g/l at a volume ratio of L:S = 4.0:1.0 to obtain a vanadium-containing desorbate, which is returned to the stage of leaching the feedstock.

По данным химического анализа полученный пентаоксид ванадия имеет чистоту более 99,9%.According to chemical analysis, the resulting vanadium pentoxide has a purity of more than 99.9%.

Пример 2. Берут 115 г. сухого порошка технического метаванадата аммония, растворяют в 700 мл раствора гидроксида натрия с концентрацией NaOH 82 г/л при постоянном перемешивании и поддержании температуры 90°С.Полученную пульпу фильтруют, остаток отделяют, а фильтрат подвергается кристаллизации метаванадата аммония, для чего в фильтрат добавляется соляная кислота до установления рН, равного 8.0 ед. Далее полученный раствор охлаждается до температуры 10°С при перемешивании, после чего порциями вносится 95 г. хлорида аммония NH4Cl, после выдержки полученный метаванадат аммония отделяется от раствора на фильтре, промывается предварительно охлажденной водой. После этого полученный метаванадат аммония растворяется в 2500 мл воды при температуре 95°С, с добавлением раствора аммиака NH4OH. Далее полученная суспензия фильтруется, осадок отделяют, а фильтрат отправляют на повторную кристаллизацию метаванадата аммония. Для этого полученный фильтрат охлаждают в термокриостате до 10°С, и при постоянном перемешивании добавляют 50 г. хлорида аммония NH4Cl. После выдержки метаванадат аммония отделяют от маточного раствора на фильтре, промывают холодной водой и отправляют на сушку.Example 2. Take 115 g of dry powder of technical ammonium metavanadate, dissolve in 700 ml of sodium hydroxide solution with a NaOH concentration of 82 g/l with constant stirring and maintaining a temperature of 90 ° C. The resulting pulp is filtered, the residue is separated, and the filtrate undergoes crystallization of ammonium metavanadate , for which hydrochloric acid is added to the filtrate until the pH is equal to 8.0 units. Next, the resulting solution is cooled to a temperature of 10°C with stirring, after which 95 g of ammonium chloride NH 4 Cl is added in portions, after standing, the resulting ammonium metavanadate is separated from the solution on a filter and washed with pre-cooled water. After this, the resulting ammonium metavanadate is dissolved in 2500 ml of water at a temperature of 95°C, with the addition of ammonia solution NH 4 OH. Next, the resulting suspension is filtered, the precipitate is separated, and the filtrate is sent for re-crystallization of ammonium metavanadate. To do this, the resulting filtrate is cooled in a thermocryostat to 10°C, and 50 g of ammonium chloride NH 4 Cl is added with constant stirring. After aging, ammonium metavanadate is separated from the mother liquor on a filter, washed with cold water and sent for drying.

Полученный метаванадат аммония отправляют на прокалку для получения пентаоксида ванадия, а маточные и промывные растворы после кристаллизации метаванадата аммония объединяют и отправляют на сорбционное доизвлечение ванадия, с использованием сильноосновных макропористых анионитов. Насыщенный сорбент подвергают десорбции раствором гидроксида натрия с концентрацией 60 г/л при объемном соотношении Ж:Т=3,0:1,0 с получением ванадийсодержащего десорбата, который возвращают на стадию выщелачивания исходного сырья.The resulting ammonium metavanadate is sent for calcination to obtain vanadium pentoxide, and the mother and washing solutions after crystallization of ammonium metavanadate are combined and sent for sorption additional extraction of vanadium, using strongly basic macroporous anion exchangers. The saturated sorbent is subjected to desorption with a sodium hydroxide solution with a concentration of 60 g/l at a volume ratio of L:S = 3.0:1.0 to obtain a vanadium-containing desorbate, which is returned to the stage of leaching the feedstock.

По данным химического анализа полученный пентаоксид ванадия имеет чистоту более 99,9%.According to chemical analysis, the resulting vanadium pentoxide has a purity of more than 99.9%.

Таким образом создан способ получения пентаоксида ванадия, обеспечивающий высокую чистоту готовой продукции, пригодность для переработки технических поливанадата и метаванадата аммония, при этом минимизированы образующиеся отходы, в частности, отсутствуют жидкие отходы, а также существенно снижены материальные затраты на производство.Thus, a method for producing vanadium pentoxide has been created, ensuring high purity of the finished product, suitability for processing technical ammonium polyvanadate and metavanadate, while minimizing the generated waste, in particular, there is no liquid waste, and also significantly reducing material costs for production.

Claims (8)

1. Способ получения пентаоксида ванадия, включающий обработку ванадийсодержащих промпродуктов щелочным реагентом, отделение нерастворимого остатка от раствора метаванадата натрия, промывку остатка, объединение фильтрата и промывных вод, введение в объединенный раствор аммонийсодержащего неорганического соединения, выделение из раствора и кристаллизацию метаванадата аммония, фильтрование суспензии, отделение осадка от маточного раствора, промывку осадка, который после обрабатывают раствором аммиака с получением суспензии, при этом суспензию фильтруют, осадок отделяют, а полученный аммиачный раствор подвергают повторной кристаллизации метаванадата аммония, после которой фильтруют суспензию с отделением осадка от маточного раствора, осуществляют промывку осадка, его сушку и прокалку с получением целевого продукта, причем маточные растворы после кристаллизации и повторной кристаллизации метаванадата аммония направляют на сорбционное доизвлечение ванадия, при этом после сорбционного доизвлечения проводят промывку и десорбцию насыщенного сорбента, который вновь подают на сорбционное доизвлечение, а десорбат и промывные воды возвращаются на стадию щелочной обработки.1. A method for producing vanadium pentoxide, including treating vanadium-containing intermediate products with an alkaline reagent, separating the insoluble residue from a solution of sodium metavanadate, washing the residue, combining the filtrate and wash water, introducing an ammonium-containing inorganic compound into the combined solution, isolating ammonium metavanadate from the solution and crystallizing, filtering the suspension, separating the precipitate from the mother liquor, washing the precipitate, which is then treated with an ammonia solution to obtain a suspension, wherein the suspension is filtered, the precipitate is separated, and the resulting ammonia solution is subjected to repeated crystallization of ammonium metavanadate, after which the suspension is filtered to separate the precipitate from the mother liquor, the precipitate is washed , its drying and calcination to obtain the target product, and the mother solutions after crystallization and re-crystallization of ammonium metavanadate are sent to the sorption additional extraction of vanadium, while after the sorption additional extraction the saturated sorbent is washed and desorption, which is again supplied to the sorption additional extraction, and the desorbate and wash water return to the alkaline treatment stage. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве промпродуктов используют технические поливанадат и метаванадат аммония.2. The method according to claim 1, characterized in that technical ammonium polyvanadate and metavanadate are used as industrial products. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сорбента при сорбционном доизвлечении ванадия применяют сильноосновные макропористые аниониты.3. The method according to claim 1, characterized in that strongly basic macroporous anion exchangers are used as a sorbent for the sorption additional extraction of vanadium. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сорбционное доизвлечение ванадия проводят при температуре процесса 20-50°С и рН, равном 8,0-9,5 ед.4. The method according to claim 1, characterized in that the sorption additional extraction of vanadium is carried out at a process temperature of 20-50°C and a pH equal to 8.0-9.5 units. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промывку насыщенного сорбента проводят водой при объемном соотношении Ж:Т=(2,0÷4,0):1,0 с получением ванадийсодержащих промывных вод.5. The method according to claim 1, characterized in that the saturated sorbent is washed with water at a volumetric ratio of L:S = (2.0÷4.0):1.0 to obtain vanadium-containing wash water. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для десорбции насыщенного сорбента используют раствор гидроксида натрия с концентрацией 50-100 г/л при объемном соотношении Ж:Т=(2,0÷5,0):1,0 с получением ванадийсодержащего десорбата.6. The method according to claim 1, characterized in that for the desorption of the saturated sorbent, a sodium hydroxide solution with a concentration of 50-100 g/l is used at a volume ratio L:S=(2.0÷5.0):1.0 to obtain vanadium-containing desorbate. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ванадийсодержащие десорбат и промывные воды, полученные при промывке и десорбции насыщенного сорбента, направляют на обработку ванадийсодержащих промпродуктов щелочным реагентом.7. The method according to claim 1, characterized in that the vanadium-containing desorbate and wash water obtained by washing and desorption of the saturated sorbent are sent for treating vanadium-containing industrial products with an alkaline reagent. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве аммонийсодержащего неорганического соединения используют хлорид аммония, полученный при обработке промпродукта щелочным реагентом.8. The method according to claim 1, characterized in that ammonium chloride obtained by treating the middling product with an alkaline reagent is used as an ammonium-containing inorganic compound.
RU2023115745A 2023-06-15 Method of producing high-purity vanadium pentoxide RU2817727C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2817727C1 true RU2817727C1 (en) 2024-04-19

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2175681C1 (en) * 2000-08-30 2001-11-10 ОАО "Чусовской металлургический завод" Method for production of vanadium pentaoxide from man-made raw material
RU2175990C1 (en) * 2000-04-05 2001-11-20 Открытое акционерное общество "АВИСМА титано-магниевый комбинат" Vanadium pentoxide production process
RU2178468C1 (en) * 2000-06-26 2002-01-20 ООО Научно-производственная экологическая фирма "ЭКО-технология" Vanadium pentoxide production process
CN103952565A (en) * 2014-04-11 2014-07-30 中国科学院过程工程研究所 Method used for preparing ammonium metavanadate from vanadium slag via ammonium salt leaching
CN104843789A (en) * 2015-04-30 2015-08-19 河北钢铁股份有限公司承德分公司 Method for purifying vanadium pentoxide
RU2736539C1 (en) * 2017-04-17 2020-11-17 Паньган Груп Рисёч Инститьют Ко., Лтд. Method of producing vanadium oxide of a battery grade
CN114350964A (en) * 2021-11-30 2022-04-15 攀钢集团研究院有限公司 Method for preparing vanadium pentoxide by using high-phosphorus high-calcium vanadium slag and recycling leachate

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2175990C1 (en) * 2000-04-05 2001-11-20 Открытое акционерное общество "АВИСМА титано-магниевый комбинат" Vanadium pentoxide production process
RU2178468C1 (en) * 2000-06-26 2002-01-20 ООО Научно-производственная экологическая фирма "ЭКО-технология" Vanadium pentoxide production process
RU2175681C1 (en) * 2000-08-30 2001-11-10 ОАО "Чусовской металлургический завод" Method for production of vanadium pentaoxide from man-made raw material
CN103952565A (en) * 2014-04-11 2014-07-30 中国科学院过程工程研究所 Method used for preparing ammonium metavanadate from vanadium slag via ammonium salt leaching
CN104843789A (en) * 2015-04-30 2015-08-19 河北钢铁股份有限公司承德分公司 Method for purifying vanadium pentoxide
RU2736539C1 (en) * 2017-04-17 2020-11-17 Паньган Груп Рисёч Инститьют Ко., Лтд. Method of producing vanadium oxide of a battery grade
CN114350964A (en) * 2021-11-30 2022-04-15 攀钢集团研究院有限公司 Method for preparing vanadium pentoxide by using high-phosphorus high-calcium vanadium slag and recycling leachate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109250857B (en) Low-cost treatment method for ammonia nitrogen-containing wastewater of iron phosphate
RU2736539C1 (en) Method of producing vanadium oxide of a battery grade
CN103011537B (en) Method for treating sludge containing trivalent chromium and recovering heavy metal
CN102337411A (en) Method for recycling vanadium and chromium from high-chromium low-vanadium vanadium precipitation wastewater
CN110510648A (en) A method of separating and recovering aluminium, potassium and ammonium from the mixed solution of sulfur acid aluminium, potassium sulfate and ammonium sulfate
CN108911237A (en) The method of sodium vanadium extracting waste water resource utilization
EP2557067B1 (en) Method for preparing manganese sulfate monohydrate
CN114272914B (en) Lithium adsorbent, membrane element, preparation method of membrane element, and lithium extraction method and device
CN111778404A (en) Leaching separation method of nickel-cobalt-molybdenum-phosphorus-vanadium alloy material
CN112607777A (en) Production process of ammonium molybdate
CN104556522B (en) A kind of process is containing the method for vanadium, chrome waste water
CN101497453B (en) Method for preparing ammonium magnesium sulfate hexahydrate from giobertite
CN114671466A (en) High-purity manganese sulfate and method for preparing high-purity manganese sulfate by using solubility property
RU2817727C1 (en) Method of producing high-purity vanadium pentoxide
JP3299291B2 (en) Method for obtaining a metal hydroxide having a low fluoride content
KR101176276B1 (en) Porous iron oxide, process for producing the same, and method of treating water
TW576825B (en) Method for liquid chromate ion and oxy-metal ions removal and stabilization
CN104649322A (en) Preparation method of high-purity ammonium heptamolybdate
JP7115123B2 (en) Lithium purification method
CN101016171A (en) Preparation process for high-purity alpha-Fe2O3 by ferrous sulfate-ammonium carbonate method
CN102688665B (en) Method for comprehensively treating Klaus tail gas and producing manganese sulfate
CN110106356A (en) A kind of method of powder-type titanium system's ion-exchanger separation Lithium from Salt Lake Brine
CN103526039A (en) Method for preparing high purity rhodium trichloride by removing impurity from liquid phase digestion solution of waste rhodium catalyst
CN105521711B (en) The removal methods of heavy metal ion in a kind of renewable organic amine desulfurizing agent
CN109422400B (en) Method for treating catalyst production wastewater