Казахский национальный технический университет имени К. И. Сатпаева

Казахский национальный технический университет имени К. И. Сатпаева Институт Металлургии и полиграфии Кафедра Металлургических процессов и технологии специальных материалов Низкотемпературная атмосферная сульфатизация черных сланцев Большого Каратау в присутствии элементной серы Руководители: д-р техн. наук, профессор Байконурова. А. О. д-р хим. наук Нуржанова С. Б. Выполнила: Алтынбек Ш. Ч.

Целью данной работы является: v изучение состава ванадийсодержащих руд Большого Каратау; v исследование процесса сульфатизирующего обжига ванадийсодержащего материала с последующим выщелачиванием полученного огарка; v исследование сорбционной переработки продуктивного раствора для получение товарного продукта метаванадата аммония (МВА).

Ванадий / Vanadium (V) 23 Внешний вид простого вещества пластичный металл серебристо-серого цвета Свойства атома Атомная масса (молярная масса) Радиус атома Энергия ионизации (первый электрон) Электронная конфигурация Плотность Теплопроводность Температура плавления Температура кипения Молярный объем 50, 9415 а. е. м (г/ моль) 134 пм 650, 1(6, 74) к. Дж/ моль [Ar] 3 d 3 4 s 2 Cвойства простого вещества 6, 11 г/см 3 30, 7 Вт/(м. К) 2160 K 3650 К 8, 35 см³/моль

Основные области использования: § производство алюмо-ванадиевых, титан-ванадиевых сплавов для авиакосмической промышленности и атомного подводного флота; § производство уран-ванадиевых сплавов для атомной энергетики; § производств низколегированных ванадийсодержащих сталей высокой прочности для рельс и труб большого диаметра; § производство катализаторов для химической, нефтехимической и биохимической отраслей; § производство цеолитов для очистки и хранения пресной воды § создание высокоэффективных аккумуляторов электрического тока; § создание композиционных материалов; § биохимическая стратегия производства белков, углеводов и углеводорода на порфиринах ванадия; § основа бионеорганических пленок и тросов для разгона космических аппаратов.

Территориальное расположение месторождений редких металлов на карте 1 - Шокаш; 2 -Шпаковка; 3 - Кызылсай; 4 -Кундыбай; 5 - Обуховское; 6 Дружба; 7 - Юбилейное; 8 - Верхний Оспе; 9 -Батыстау; 10 - Верхний Кайракты; 11 - Байназар; 12 - Караоба; 13 - Аксай; 14 - Жанатас; 15 - Коксу; 16 - Курымсак; 17 - Балаусауыскандыкское; 18 - Прогнозное;

Минералогическая характеристика Баласаускандыкского рудного поля с примерами расположения минералов

Ванадиевый минерал месторождения Жанатас, карбонат-апатит

Минерал рудного поля С 3 Каратау, содержащий ванадий, карбонат-цианотрлихит

Минералы Сулеймен-Сайского месторождения, кальцит

Минерал рудного поля С 3 Каратау, сульванит

H 2 SO 4 S Ванадийсодержащая руда Низкотемпературная сульфатизация (обжиг) Огарок Водное выщелачивание Пульпа Фильтрация Кек в отвал Раствор Сорбция ванадия Десорбция Готовая продукция (МВА)

Реакции процессов низкотемпературной атмосферной сульфатизации и выщелачивания ванадия: H 2 SO 4 → SO 3 + H 2 O, (1) 2 VS 4 + 8 SO 3 + 0, 5 O 2 V 2 O 3 + 5 Sо + 11 SO 2 (2) Sо + O 2 = SO 2 , (3) V 2 O 3 + 0, 5 O 2 → 2 VO 2, (4) SO 2 + O конт. способ SO 3, (5) SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4 , (6) 2 VO 2 + 2 H 2 SO 4 → 2 VOSO 4 + 2 H 2 O, (7) 2 Fe. O + 3 H 2 SO 4 Fe 2(SO 4)3 + 3 H 2 O, (8) Al 2 O 3 + 3 H 2 SO 4 → (SO 4)3 + 3 H 2 O, (9) VS 4 + SO 3 + 5 O 2 VOSO 4 + 4 SO 2. (10)

Результаты низкотемпературной атмосферной сульфатизации и водного выщелачивания ванадия из черносланцевых руд Большого Каратау Сульфат Выщелачивание извлечение по осадку, % г % вес, г СH 2 SO 4, моль/дм 3 V 2 O 5 г/л СH 2 SO 4, моль/дм 3 извлечение по раствору, % г г/л V 2 O 5 Осадок объём, мл Промывная вода, г/л Раствор, г/л объём, мл пульпы после сульфатизации Навеска, г шихты до сульфатизации мл г Расход H 2 SO 4 кг/т № навеска, г изация 1 100 22 12 126 111 70 2, 4 0, 41 74, 7 8, 3 210 0, 34 0, 07 1, 6 90 0, 68 0, 62 74 2 100 44 24 148 125 60 5, 2 0, 83 78, 7 15 190 0, 68 0, 13 2, 9 84 0, 16 0, 14 78 Условия низкотемпературной атмосферной сульфатизации: Т = 350 о. С, t = 3 ч. Условия процесса водного выщелачивания: Т = 80 о. С, t = 3 ч.

Результаты низкотемпературной атмосферной сульфатизации в присутствии элементной серы и водного выщелачивания ванадия из черносланцевых руд Большого Каратау Промывная вода, г/л 2 100 55 400 44 24 142, 6 119, 9 205 4, 1 0, 84 87, 3 12, 1 175 1, 4 V 2 O 5 г % г/л г г/л Осадок извлечение по осадку, % 205 0, 4 V 2 O 5 извлечение по раствору, % 6, 6 объём, мл 111, 5 275 2, 7 0, 74 86, 9 пульпы после сульфатизации 121, 8 шихты до сульфатизации 12 мл 200 22 г 100 45 кг/т 1 № вес, г Раствор, г/л 0, 08 77, 4 0, 35 0, 27 85, 6 0, 24 0, 03 87, 7 г Навеска, г объём, мл Расход H 2 SO 4 Выщелачивание СH 2 SO 4, моль/дм 3 расход серы, г навеска, г Сульфатизация 83 0, 02 Условия низкотемпературной атмосферной сульфатизации: Т = 350 о. С, t = 3 ч. Условия процесса водного выщелачивания: Т = 80 о. С, t = 3 ч.

Приборы физико- химического анализа исходных и промежуточных ванадийсодержащих руд продуктов Рентгеновский дифрактометр с высокотемпературной приставкой 1200 °C марки X'Pert MPD PRO (Pa. Nalytical) Низковакуумный растровый электронный микроскоп марки Jeol JSM-6490 LA

Результаты рентгенофазового анализа исходного ванадийсодержащего материала

Результаты рентгенофазового анализа кека, полученного при фильтрации пульпы

Результаты рентгенофазового анализа Исходного материала Номера фаз 1 Фазовый состав Кремний в виде силиката, кремнезема, алюмосиликата Содержание, % 65 Алюминий в виде алюнитов Фосфор в виде феррофосфатов 7 -8 15 Номера фаз 1 2 3 Фазовый состав Кремний в виде кремнезема Уран в виде оксида и сульфида урана Углерод в виде оксида карбона Содержание, % 50 5 7 Номера фаз 1 2 Фазовый состав Барий в виде Ва-фенгиты, Ва-роскоэлиты Железо в виде халькопирита, ильменита, ферромолибдита Молибден в виде молибденита, вульфенита, повеллита Содержание, % 20 12 -15 2 3 Состава шихты По огарку полученный после сульфатизации 3 8 -10 Кека полученный после фильтрации Номера фаз 1 2 3 Фазовый состав Ванадий в виде патронита Кремний в виде силиката кальция, оксида Уран в виде сульфида урана и налонита Содержание, % 1 -2 50 5

Результаты электронно-микроскопического анализа промежуточных твердых материал исходная руда огарок, после сульфатизации приготовленная шихта кек после выщелачивания

Процесс сорбции ванадия на смоле «Ambersep 920 U Cl» 1 – напорный сосуд с исходным раствором; 2 – ионообменная колонка; 3 – ионит «Ambersep 920 U Cl» ; 4 – штатив; 5 – краны Схема лабораторной сорбционной установки

Характеристика смолы «Ambersep 920 U Cl» Матрица смолы «Амберсеп 920 U Cl» Характеристика Физическая форма – непрозрачные гранулы; основа – стирол - дивинилбензолсополимер средний размер частиц, более – 750 -950 мкм; влагосодержание 48 -60 % (Cl- форма); товарный вес С 700 г/л; удельный вес – 1, 08 г/мл; рабочая фракция – 0, 63, 99, 6 %. «Ambersep 920 U Cl» – сильноосновная, макропористая анионообменная смола. Благодаря макропористой структуре, которая полностью отличается от обычных смол, она обладает отличной осмотической стабильностью, а также прекрасными кинетическими характеристиками.

В основе процесса сорбции лежит реакция: С 8 Н 12 2 С 8 Н 12 (NH) Сl + H 4 V 2 O 7 [R 3 NH 3]2 H 2 V 2 O 7 + H 2 SO 4 + HCl С 8 Н 12 Результаты сорбции ванадия СV 2 О 5, в р. Н τ, Объем СV 2 О 5 в р. Н Колиисход- сре- час пропуматоч- ратвора чество ЕV 2 О 5, ном ды щенно-го нике на V 2 О 5 % растворастсорбции, выходе на ре, г/л вора, мл г/л смоле, г 2, 08 2, 09 2, 3 1 -5 2, 36 6 -7 100 120 2, 56 -5, 00 2, 32 -4, 92 2, 1 -2, 3 0, 32 -0, 6 99, 3 2, 1 0, 23 -, 63 99, 1 2, 13 2, 36 9 -13 150 7, 82 -13, 7 2, 2 -2, 3 0, 93 -, 05 98, 6

Десорбция ванадия Схема твердофазной десорбции ванадия из фазы «Ambersep 920 U Cl» Твердофазная десорбция проводилась от 8 до 25 часов. После окончания десорбции и отстаивания наблюдалось выделение кристаллов МВА. В двухфазном отстойнике кристаллы МВА промывали водой с небольшим содержанием аммиачного раствора. В результате процесса десорбции получили кристаллы метаванадата аммония (МВА) в количестве ~ 2 г на 1 л раствора

ЗАКЛЮЧЕНИЕ v Анализ литературных данных позволил установить, что ванадий является элементом спутником урана и содержится в рудах в значительных количествах. v Найдено, что введение в систему сульфатизирующего обжига помимо серной кислоты элементной серы позволяет повысить извлечение ванадия в огарок от ~ 75 % и ~ 78 % при расходе кислоты 200 кг/т и 400 кг/т, соответственно, до ~ 86 % и ~ 88 % при тех же расходах серной кислоты. Сквозное извлечение ванадия составляет 88 % и количество полученного товарного продукта МВА - 75 %. v Приведенные в работе экономические расчеты показали, что экономический эффект при 10 %-ной рентабельности технологии за первый год составляет 18885, 26 тенге. Срок окупаемости научноисследовательской работы в этих условиях составит 0, 11 года. v Проведенная оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС) доказала достоверную экологическую безопасность при получении метаванадата аммония (МВА).

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!!