Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №27 (131) декабрь 2016 г.

Дата публикации: 09.12.2016

Статья просмотрена: 40 раз

Библиографическое описание:

Шубина М. В., Махоткина Е. С. Утилизация техногенных отходов путем гидрометаллургической переработки // Молодой ученый. — 2016. — №27. — С. 180-183. — URL https://moluch.ru/archive/131/36396/ (дата обращения: 23.04.2018).



Утилизация техногенных отходов путем гидрометаллургической переработки

Шубина Марианна Вячеславовна, кандидат технических наук, доцент;

Махоткина Елена Станиславовна, кандидат технических наук, доцент

Магнитогорский государственный технический университет имени Г. И. Носова (Челябинская обл.)

В статье показана необходимость утилизации техногенных ванадиевых отходов и представлены результаты исследований по извлечению ванадия в виде растворимых ванадатов из металлургических ванадиевых шлаков с применением гидрометаллургической переработки. Выявлено существенное влияние на степень извлечение ванадия химического состава шлака и режимов выщелачивания. Наибольшая степень извлечения (65–87 % из шлака ОАО «НТМК» и 31–33 % из шлака процесса ITmk3) получена в результате выщелачивания при температуре 80 °С в течение 3 часов.

Ключевые слова: техногенные отходы, ванадиевый шлак, шлак процесса ITmk3, обжиг, выщелачивание, щелочные добавки, степень извлечения ванадия

Накопление значительных объемов техногенных отходов является одной из основных проблем промышленных регионов, поскольку приводит к ухудшению экологической обстановки. В России общее количество отходов составляет более 80 млрд. т, а ежегодно их образуется до 5 млрд. т. Основными источниками загрязнения окружающей среды опасными и токсичными отходами являются металлургические, нефтехимические предприятия и теплоэлектростанции. Высокой токсичностью характеризуются отходы металлургического производства, в частности, ванадийсодержащие, которые появляются в окружающей среде в результате переработки ванадийсодержащей руды и в составе ванадиевого шлака [1, 2]. Оказывая токсическое действие на живые организмы, ванадий и его соединения могут тормозить синтез жирных кислот и ингибировать некоторые ферментные системы, вызывать контактный дерматит и конъюктивит. Вместе с тем, в техногенных отходах содержится значительное количество ванадия, являющегося технически ценным металлом, который редко встречается в виде крупных ванадиевых месторождений и присутствует в рудах только в виде примеси (0,1–4,9 % V2О5). Следовательно, утилизация ванадиевых техногенных отходов позволит расширить сырьевую базу ванадия и сэкономить минеральные ресурсы, улучшить экологическую обстановку и сократить площади шламоотвалов с токсичными отходами [3–5].

В связи с этим, актуальным является решение проблемы утилизации техногенных ванадиевых отходов. Их переработка требует наличия соответствующих технологических решений. В проведенном исследовании проанализирована возможность утилизации отдельных видов ванадиевых металлургических шлаков путем их гидрометаллургической переработки с извлечением ванадия в виде растворимых ванадатов.

В лабораторном исследовании использованы шлак процесса ITmk3 с низким содержанием ванадия (табл. 1), полученного на ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»), и шлак ОАО «Нижнетагильского металлургического комбината» (ОАО «НТМК») с более высоким содержанием ванадия (табл. 2) [6–10].

Таблица 1

Химический состав шлака процесса ITmk3

Массовая доля компонентов шлака,%

V2O3

TiO2

CaO

SiO2

Al2O3

MgO

Fe

1,02–1,2

17,1–21,0

7,55–10,2

22,5–26,3

12,1–16,2

3,4–5,93

22,6–24,8

Таблица 2

Химический состав шлака ОАО «НТМК»

Массовая доля компонентов шлака,% (не более)

V2O3

TiO2

CaO

SiO2

Cr2O3

MgO

MnO

Fe

18,0

12,0

8,0

15,0

5,0

5,0

14,0

1,5

В исследованиях использовали образцы с шихтой, содержащей по 5 г шлака и 5 г щелочной добавки (соды Na2CO3). Все образцы подвергали окислительному обжигу в течение 1,5 часов при температуре 900 °С [11–13]. Выщелачивание этой шихты проводили при разных температурах от 50 °С до 80 °С с использованием воды в течение 1, 2 и 3 часов. Содержание ванадия в растворе определяли методом рентгенофлуоресцентной спектроскопии (РФС) на энергодисперсионном спектрометре с помощью градуировочного графика, а также титриметрическим методом с применением соли Мора [14, 15].

Проведенные эксперименты, результаты которых представлены на рис. 1–2, позволили сравнить возможность извлечения ванадия из шлаков с разным химическим составом, полученных в разных металлургических процессах [16]. При этом выявлено, что с увеличением температуры выщелачивания (рис. 1) степень извлечения ванадия возрастает на 30–50 %. Наибольшая степень извлечения ванадия (65 % из шлака ОАО «НТМК» и 31 % из шлака процесса ITmk3) получена при температуре 80 °С. Кроме того, степень извлечения ванадия из шлака процесса ITmk3 в 2 раза ниже, чем из шлака ОАО «НТМК».

Увеличение длительности процесса выщелачивания с 1 часа до 2 и 3 часов (рис. 2) привело к росту степень извлечения ванадия на 40–80 %. Наибольшая степень извлечения ванадия (87 % из шлака ОАО «НТМК» и 33 % из шлака процесса ITmk3) получена при обработке в течение 3 часов. Кроме того, степень извлечения ванадия из шлака процесса ITmk3 в 2–2,5 раза ниже, чем из шлака ОАО «НТМК».

Рис. 1. Зависимость степени извлечения ванадия от температуры выщелачивания

Рис. 2. Зависимость степени извлечения ванадия от времени выщелачивания

Полученное различие в степени извлечения ванадия из шлаков, полученных в разных металлургических процессах, связано с особенностями химического состава этих шлаков (табл. 1, 2). Известно, что увеличение содержания SiO2 в шлаке приводит к значительному ухудшению результатов и уже при содержании SiO2 16 % степень извлечения ванадия не превышает 35 % [17]. Шлак процесса ITmk3 содержит до 26,3 % оксида кремния, поэтому ванадий связан химически в стекловидной фазе, т. е. находится в нерастворимой форме, а значит, достигнутая в экспериментах с данным шлаком степень извлечения 31 % приближалась к максимально возможной. К тому же, существенно влияет на вскрытие и выщелачивание ванадия присутствие оксида марганца в шлаке. Уменьшение отношения MnO / V2O5 менее чем 0,45–0,50 приводит, при том же отношении CaO / V2O5, к снижению вскрытия и полноты извлечения ванадия.

Таким образом, проведенное исследование показало возможность утилизации техногенных ванадиевых шлаков гидрометаллургическим методом, а также существенное влияние на степень извлечение ванадия химического состава шлака и режимов выщелачивания. Наибольшая степень извлечения (65–87 % из шлака ОАО «НТМК» и 31–33 % из шлака процесса ITmk3) получена в результате выщелачивания при температуре 80 °С в течение 3 часов.

Литература:

  1. GoonanT. G. Vanadium recycling in the United States in 2004//Flow studies for recycling metal commodities in the United States: U. S. Geological Survey Circular. 2011. pp.1–17.
  2. Mahdavian, A. Recovery of vanadium from Esfahan Steel Company steel slag; optimizing of roasting and leaching parameters / A. Mahdavian, A. Shafyei, E. Keshavarz Alamdari, D. F. Haghshenas // International Journal of ISSI. 2006. Vol. 3. № 2. pp. 17–21.
  3. Рабинович Е., Гринберг Е. Области применения ванадия // Национальная металлургия. 2002. № 2. С. 33–36.
  4. Махоткина Е. С., Шубина М. В. Извлечение ценных компонентов из шлака процесса ITmk3 // Металлургия: технологии, инновации, качество / под ред. Е. В. Протопопова. Новокузнецк: Изд. центр СибГИУ, 2015. Ч.1. С. 340–344.
  5. Махоткина Е. С., Шубина М. В. Шлаки процесса прямого восстановления железа как источник получения ванадия и титана // Теория и технология металлургического производства, 2015. № 2 (17). С 60–65.
  6. Махоткина Е. С., Шубина М. В. Извлечение ванадия из шлака процесса ITmk3 // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 71-й международной научно-технической конференции / под ред. В. М. Колокольцева. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г. И. Носова, 2013. Т.1. С. 168–171.
  7. Махоткина Е. С., Шубина М. В. Сравнительный анализ возможности извлечения ценных компонентов из шлаков металлургического производства // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 74-й международной научно-технической конференции / под ред. В. М. Колокольцева. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г. И. Носова, 2016. Т.1. С. 265–268.
  8. Шубина М. В., Махоткина Е. С. Исследование возможности извлечения ванадия из шлаков переработки титаномагнетитов // Теория и технология металлургического производства, 2013. № 1 (13). С 75–77.
  9. Махоткина Е. С., Шубина М. В. Извлечение титана из шлака прямого восстановления титаномагнетитов // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 73-й международной научно-технической конференции / под ред. В. М. Колокольцева. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г. И. Носова, 2015. Т. 1. № 1. С. 255–258.
  10. Шубина М. В., Махоткина Е. С. Анализ возможности извлечения титана из шлака процесса ITmk3 // Наука и образование в современном обществе: сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. Смоленск: НОВАЛЕНСО, 2015. Ч.1. С. 64–65.
  11. Zhang, G. Extraction of vanadium from vanadium slag by high pressure oxidative acid leaching / G. Zhang, T. Zhang, G. Lu, Y. Zhang, Y. Liu, Z. Liu // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2015. Vol. 22. № 1. — pp. 21–23.
  12. Шубина М. В., Махоткина Е. С. Гидрометаллургический способ извлечения ванадия из шлака // Актуальные вопросы химической технологии и защиты окружающей среды: сборник материалов III Всероссийской конференции с международным участием / отв. ред. К. В. Липин. Чебоксары: Изд-во «Новое время», 2013. С. 151–152.
  13. Махоткина Е. С., Шубина М. В. Исследование режимов обработки шлака процесса ITmk3 для извлечения ванадия // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 72-й международной научно-технической конференции / под ред. В. М. Колокольцева. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г. И. Носова, 2014. Т.1. С. 279–282.
  14. Махоткина Е. С., Шубина М. В. Растворы: Учеб. пособие. М. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г. И. Носова, 2006. 67 с.
  15. Махоткина Е. С., Шубина М. В., Крылова С. А. Растворы электролитов и неэлектролитов: Учеб. пособие. М. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г. И. Носова,, 2012. 91 с.
  16. Шубина М. В., Махоткина Е. С. Переработка ванадийсодержащих шлаков по содовой технологии // Молодой ученый. 2016. № 14 (118). С. 201–204.
  17. Ватолин Н. А., Молева Н. Г., Волкова П. И., Сапожникова Т. В. Окисление ванадиевых шлаков. М.: «Наука», 1978. 153 с.
Основные термины (генерируются автоматически): извлечения ванадия, шлака процесса itmk3, степень извлечения ванадия, шлака ОАО, степени извлечения ванадия, ОАО «НТМК», Наибольшая степень извлечения, степень извлечение ванадия, Изд-во Магнитогорск, извлечение ванадия химического, ванадия химического состава, Актуальные проблемы современной, международной научно-технической конференции, химического состава шлака, проблемы современной науки, содержанием ванадия, утилизации техногенных ванадиевых, возможность извлечения ванадия, полноты извлечения ванадия, возможности извлечения ванадия.

Ключевые слова

шлак процесса ITmk3, выщелачивание, щелочные добавки, степень извлечения ванадия, техногенные отходы, ванадиевый шлак, обжиг

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос