Техногенные ванадийсодержащие отходы и возможность их утилизации | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №11 (145) март 2017 г.

Дата публикации: 17.03.2017

Статья просмотрена: 72 раза

Библиографическое описание:

Горбунова А. В., Мукаев Е. Г., Чурилов А. Е. Техногенные ванадийсодержащие отходы и возможность их утилизации // Молодой ученый. — 2017. — №11. — С. 54-56. — URL https://moluch.ru/archive/145/40728/ (дата обращения: 16.07.2018).



В лабораторных условиях проведено исследование возможности извлечения ванадия гидрометаллургическим способом по содовой технологии из шлака процесса ITmk3 с низким содержанием ванадия, полученного на Магнитогорском металлургическом комбинате (ОАО «ММК»), и шлака Нижнетагильского металлургического комбината (ОАО «НТМК») с более высоким содержанием ванадия. Выявлено, что с уменьшением содержания соды в шихте степень извлечения ванадия снижается. Наибольшая степень извлечения ванадия (65 % из шлака ОАО «НТМК» и 31 % из шлака процесса ITmk3) получена в результате обработки шихты с массовым соотношением шлака и соды 1: 1. Кроме того, степень извлечения ванадия из шлака процесса ITmk3 в 2–4 раза ниже, чем из шлака ОАО «НТМК», что связано с высоким содержанием SiO2 в шлаке процесса ITmk3.

Ключевые слова: ванадийсодержащий шлак, гидрометаллургическое извлечение ванадия, степень извлечения ванадия, щелочные добавки, обжиг, выщелачивание

Проблема накопления значительных объемов техногенных отходов в промышленных регионах обостряется с каждым годом, так как это приводит к ухудшению экологической обстановки. Среди отходов металлургического производства существенна доля ванадийсодержащих отходов, которые являются токсичными и поступают в окружающую среду при переработке ванадийсодержащей руды для выплавки чугуна, а также в составе ванадийсодержащего шлака [1, 2]. Токсическое действие ванадия на живые организмы характеризуется функциональными, биохимическими и морфологическими нарушениями, его соединения тормозят синтез жирных кислот, ингибируют некоторые ферментные системы [3]. Вместе с тем, эти промышленные отходы содержат в своем составе значительное количество технически ценного элемента — ванадия, который редко встречается в виде крупных собственно ванадиевых месторождений и присутствует в рудах только в виде примеси (0,1–4,9 % V2О5) в магнетите и его разновидностях, ильмените и рутиле. Поэтому переработка техногенных ванадийсодержащих ресурсов имеет ряд преимуществ: расширение сырьевой базы ванадия, экономия минеральных ресурсов, улучшение экологической обстановки благодаря очищению воздушного и водного бассейнов промышленных зон, сокращению площадей под шламоотвалами с токсичными отходами [4–6].

В связи с этим, актуальным является комплексный подход к решению проблемы техногенных отходов с их максимальным вовлечением в промышленное производство и, как следствие, снижение их негативного воздействия на человека и окружающую среду. Переработка техногенных ванадийсодержащих отходов требует наличия соответствующих технологических решений. В Магнитогорском государственном техническом университете им. Г. И. Носова (ФГБОУ ВО «МГТУ им.Г. И. Носова») проведено исследование возможности утилизации отдельных видов ванадийсодержащих металлургических шлаков с разработкой единых технологических режимов их переработки.

Основной целью работы являлось извлечение ванадия из шлаков металлургического производства в виде растворимых ванадатов. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

– извлечение ванадия из шлаков разного химического состава с применением содовой технологии;

– изучение общих закономерностей обжига ванадийсодержащих шлаков с переводом ванадия в растворимые ванадаты;

– определение влияния различных факторов (состава шлака, состава шихты) на степень извлечения ванадия;

– сравнительный анализ степени извлечения ванадия из металлургических шлаков разного химического состава.

Для решения поставленных задач проведено лабораторное исследование гидрометаллургического извлечения ванадия по содовой технологии из шлака процесса ITmk3 с низким содержанием ванадия (1,02–1,2 % V2О3), полученного на Магнитогорском металлургическом комбинате (ОАО «ММК»), и шлака Нижнетагильского металлургического комбината (ОАО «НТМК») с более высоким содержанием ванадия (более 18,0 % V2О3) [7–11].

В исследованиях использовали образцы с шихтой, содержащей по 5 г шлака и разное количество щелочной добавки (соды Na2CO3): 50 %, 33 % и 20 % от общей массы шихты. Все образцы подвергали окислительному обжигу в течение 1,5 часа при разных температурах от 800 °С до 1100 °С [12–14]. Выщелачивание этой шихты проводили при температуре 65–70 °С с использованием воды в течение 2 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 [15, 16].

Проведенные эксперименты, результаты которых представлены в таблице, позволили сравнить возможность извлечения ванадия из шлаков с разным химическим составом, полученных в разных металлургических процессах [17]. При этом выявлено, что с уменьшением содержания соды в шихте степень извлечения ванадия снижается. Наибольшая степень извлечения ванадия (65 % из шлака ОАО «НТМК» и 31 % из шлаков процесса ITmk3) получена в результате обработки шихты, в которой массовое соотношение шлака и соды составляло 1: 1. Кроме того, степень извлечения ванадия из шлака процесса ITmk3 в 2–4 раза ниже, чем из шлака ОАО «НТМК».

Таблица 1

Степень извлечения ванадия из металлургических шлаков

Содержание Na2CO3,%

(состав образца)

Степень извлечения α,%

шлак процесса ITmk3

шлак ОАО «НТМК»

50 (5 г шл. ̽ + 5 г щ. д. ̽ ̽)

31,0

65,0

33 (5 г.шл.+2,5 г щ. д.)

16,5

60,7

20 (5 г шл.+1,25 г щ. д.)

9,0

46,0

( ̽ шл. — шлак; ̽ ̽ щ.д. — щелочная добавка — Na2CO3).

Полученное различие в степени извлечения ванадия из шлаков разных металлургических процессов, связано с особенностями химического состава этих шлаков. Известно, что увеличение содержания SiO2 в шлаке приводит к значительному ухудшению результатов и уже при содержании SiO2 16 % степень извлечения ванадия не превышает 35 % [18]. Шлак процесса ITmk3 содержит до 26,3 % оксида кремния, поэтому можно предположить, что 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.

Таким образом, проведенное исследование показало существенное влияние на вскрываемость и извлечение ванадия состава ванадийсодержащих шлаков. Низкое содержание ванадия в шлаке процесса ITmk3 при наличии значительного количества SiO2 привело к уменьшению степени извлечения в 2–4 раза по сравнению со шлаком ОАО «НТМК». Сокращение расхода соды Na2CO3 в шихте также негативно отразилось на степени извлечения ванадия. Наибольшие значения ее (65 % из шлака ОАО «НТМК» и 31 % из шлаков процесса ITmk3) получены в результате обработки шихты, в которой массовое соотношение шлака и соды составляло 1: 1. Однако увеличение содержания соды Na2CO3 в шихте является экономически нецелесообразным, поскольку может вызвать чрезмерное загрязнение водного бассейна соединениями натрия.

Литература:

  1. Никифоров Б. А., Тахаутдинов Р. С., Бигеев В. А., Бигеев А. М. Перспективы вовлечения в переработку новых видов железосодержащего сырья // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2004. № 1. С.9–11.
  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. Шубина М. В., Махоткина Е. С. Утилизация техногенных отходов путем гидрометаллургической переработки // Молодой ученый. 2016. № 27 (131). С. 180–183.
  4. Рабинович Е., Гринберг Е. Области применения ванадия // Национальная металлургия. 2002. № 2. С. 33–36.
  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 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. Чурилов А. Е., Мукаев Е. Г., Гобунова А. В., Сучкова А. Я. Способы извлечения ванадия из ванадийсодержащего сырья. // Успехи современной науки и образования. 2016. Т. 5. № 12. С. 162–164.
  12. 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.
  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. 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.
  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. 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.
  17. Шубина М. В., Махоткина Е. С. Переработка ванадийсодержащих шлаков по содовой технологии // Молодой ученый. 2016. № 14 (118). С. 201–204.
  18. Ватолин Н. А., Молева Н. Г., Волкова П. И., Сапожникова Т. В. Окисление ванадиевых шлаков. М.: «Наука», 1978. 153 с.
Основные термины (генерируются автоматически): извлечение ванадия, шлак процесса, шлак ОАО, шлак, содержание ванадия, химический состав, массовое соотношение шлака, результат обработки шихты, содовая технология, Магнитогорский металлургический комбинат.


Ключевые слова

ванадийсодержащий шлак, выщелачивание, щелочные добавки, степень извлечения ванадия, обжиг, гидрометаллургическое извлечение ванадия

Похожие статьи

Переработка ванадийсодержащих шлаков по содовой технологии

извлечение ванадия, шлак, шлак процесса, шихта, шлак ОАО, Россия, химический состав, содовая технология, рентгенофлуоресцентная спектроскопия, Нижнетагильский металлургический комбинат.

Химический состав шлака процесса ITmk3

Химический состав шлака ОАО «НТМК». Массовая доля компонентов шлака,% (не более).

Кроме того, степень извлечения ванадия из шлака процесса ITmk3 в 2–2,5 раза ниже, чем из шлака ОАО «НТМК».

Улучшение характеристик бетонов путем ввода активной...

Химический состав шлака характеризуется содержанием 30–45 % CaO, 35–45 % SiO2, 8–16 % Al2O3, 6–15 % MgO. Зола-унос тонкодисперсный материал, образующийся на тепловых электростанциях в результате сжигания углей в топках котлоагрегатов и собираемый...

Использование отходов предприятий черной и цветной...

При охлаждении шлак феррохрома в результате силикатного распада превращается в дисперсный порошок.

Исследования физико-химических, физико-механических и технологических свойств шлаков, образующихся на горно-металлургических комбинатах...

Ценные и вредные элементы в рудах и отходах месторождений...

В зарубежных странах заметную роль в производстве меди стала играть новая технология извлечения меди, основанная на экстракции и

Кобальт извлекается из конверторных шлаков никелевого производства на кобальтовых заводах гидрометаллургическим способом.

Диверсификация производства: использование отходов...

Эти шлаки перерабатываются с целью извлечения металлического алюминия.

Применение ОПВА в количестве 8–17,6 % от неметаллической части шихты снижает расход кокса на процесс от 6 до 10 %, что ведет к снижению себестоимости глиноземистого цемента.

Разработка пористого железа из шлака на основе вспенивания...

В случае шлака с составом FeO-18 %, Fe2O3 -9 %, СаО-10 % и Al2O3- 0 %, максимальная пористость 57 % была получено при 1350°С при выдержке 30 сек.

Это вызвано изменением структурной вязкости, основанной на соотношении твердой фазы в шлаке.

Оценка вязкости гетерогенных оксидных расплавов

Средний химический состав гетерогенных шлаков не в полной мере характеризует их свойства.

В результате в зависимости от состава шлака, например, от содержания катионов кальция, возможно различное развитие процессов объединения кремнекислородных анионов...

Составы шлаков медеплавильного производства Алмалыкского...

Из этих шлаков можно извлечь и производить чугун для выплавки стали. Вторичные (техногенные) ресурсы Алмалыкского горно-металлургического комбината пригодны для производства углеродистого продукта.[3]. Основной продукт процесса обогащения...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Переработка ванадийсодержащих шлаков по содовой технологии

извлечение ванадия, шлак, шлак процесса, шихта, шлак ОАО, Россия, химический состав, содовая технология, рентгенофлуоресцентная спектроскопия, Нижнетагильский металлургический комбинат.

Химический состав шлака процесса ITmk3

Химический состав шлака ОАО «НТМК». Массовая доля компонентов шлака,% (не более).

Кроме того, степень извлечения ванадия из шлака процесса ITmk3 в 2–2,5 раза ниже, чем из шлака ОАО «НТМК».

Улучшение характеристик бетонов путем ввода активной...

Химический состав шлака характеризуется содержанием 30–45 % CaO, 35–45 % SiO2, 8–16 % Al2O3, 6–15 % MgO. Зола-унос тонкодисперсный материал, образующийся на тепловых электростанциях в результате сжигания углей в топках котлоагрегатов и собираемый...

Использование отходов предприятий черной и цветной...

При охлаждении шлак феррохрома в результате силикатного распада превращается в дисперсный порошок.

Исследования физико-химических, физико-механических и технологических свойств шлаков, образующихся на горно-металлургических комбинатах...

Ценные и вредные элементы в рудах и отходах месторождений...

В зарубежных странах заметную роль в производстве меди стала играть новая технология извлечения меди, основанная на экстракции и

Кобальт извлекается из конверторных шлаков никелевого производства на кобальтовых заводах гидрометаллургическим способом.

Диверсификация производства: использование отходов...

Эти шлаки перерабатываются с целью извлечения металлического алюминия.

Применение ОПВА в количестве 8–17,6 % от неметаллической части шихты снижает расход кокса на процесс от 6 до 10 %, что ведет к снижению себестоимости глиноземистого цемента.

Разработка пористого железа из шлака на основе вспенивания...

В случае шлака с составом FeO-18 %, Fe2O3 -9 %, СаО-10 % и Al2O3- 0 %, максимальная пористость 57 % была получено при 1350°С при выдержке 30 сек.

Это вызвано изменением структурной вязкости, основанной на соотношении твердой фазы в шлаке.

Оценка вязкости гетерогенных оксидных расплавов

Средний химический состав гетерогенных шлаков не в полной мере характеризует их свойства.

В результате в зависимости от состава шлака, например, от содержания катионов кальция, возможно различное развитие процессов объединения кремнекислородных анионов...

Составы шлаков медеплавильного производства Алмалыкского...

Из этих шлаков можно извлечь и производить чугун для выплавки стали. Вторичные (техногенные) ресурсы Алмалыкского горно-металлургического комбината пригодны для производства углеродистого продукта.[3]. Основной продукт процесса обогащения...

Задать вопрос