Технічні
науки / Металургія
Грицай
В.П., Иванов В.И., Печенникова В.М., Болюк С.В., Моисейко Ю.В.
ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ВАНАДИЯ И НИКЕЛЯ ИЗ
ЗОЛЬНЫХ ОСТАТКОВ ОТ СЖИГАНИЯ МАЗУТОВ
В Украине производство
никеля осуществляется на базе Побужского
месторождения окисленных руд, которые содержат 0,8…1,0 % данного металла. В
связи с дефицитом никеля в стране и его низкой концентрацией в рудных
месторождениях потребности в данном металле и его соединениях удовлетворяются
не полностью, что вынуждает ображаться к
нетрадиционным видам сырья.
Таким видом сырья могут
быть зольные остатки (шламы и золы) тепловых электростанций, которые образуются
при сжигании высокосернистых мазутов. При этом основная масса твердых частиц
зольных остатков направляется с газами в дымовую трубу, а часть золы в виде
отложений накапливается на конвективных поверхностях котлов-агрегатов.
При взаимодействии
основного газообразного продукта горения – сернистого газа – с твердыми
частицами золы в газоходах образуются легкорастворимые соединения никеля и
ванадия, количество которых зависит от химического состава сырья, способа
сжигания мазута и режима работы котлов-агрегатов.
Ранее проведенными
исследованиями установлено, что степень улавливания твердых частиц золы после
котлов-агрегатов тепловых электростанций может достигать 99,5 %. Полагают [1],
что из промывочных вод можно извлекать до 20 % никеля и ванадия, которые
поступают с мазутами в топки котлов-агрегатов.
Результаты химического
анализа зольных остатков из газоходов и шлама Запорожской ГРЭС показали, что
они являются бедным сырьем для получения никеля и ванадия. Более высокое
содержание ванадия (в пересчете на V2O5) в шламе (8,5 %) позволяет рассматривать его как
сырье для извлечения указанного металла. Содержание никеля (в пересчете на NiO), зафиксированного в золе уноса
(1,96 %), меньше, чем ванадия (5,5 %), но в 1,5 раза больше, чем в никелевых
рудах Побужского месторождения.
Исследования
гранулометрического состава зольных остатков позволили отнести частицы шлама к
среднезернистой, а частицы золы уноса – к крупнозернистой фракции. Согласно
данным микроскопического анализа основное количество частиц шлама представлено
отдельными изометричными зернами, а среди частиц золы
уноса часто наблюдали зернистые агрегаты неправильной геометрической формы.
Следовательно, гранулометрический состав и форма частиц зольных остатков в
значительной степени благоприятствуют последующему брикетированию
и агломерации.
При изучении фазового
состава установлено, что зольные остатки являются рентгеноморфными.
Присутствие в шламе термически стойкого сульфата кальция создает значительные
сложности для удаления серы в процессе агломерации.
Термогравиметрический
анализ зольных остатков позволил выявить области прохождения экзо- и эндотермических реакций. Так, при температуре
100…110° С зафиксирован экзотермический эффект, обусловленный
потерей поверхностной влаги, а в интервале температур 130…175° С имеет
место эндотермический эффект, который вызван удалением кристаллогидратной влаги
и частичной дегидратацией сульфатов кальция, натрия и никеля. Четко выраженные
экзотермические эффекты при температурах 510 и 545° С, а
также наличие значительного уменьшении массы образцов свидетельствуют о
выгорании углерода. Эндотермические эффекты, наблюдаемые при температурах 750 и
890° С, можно объяснить соответственно плавлением оксида
ванадия и разложением сульфата натрия.
Следовательно, возможна
успешная переработка зольных остатков (в первую очередь золы уноса) по
гидрометаллургической схеме без предварительной подготовки, причем наличие
легкорастворимых соединений никеля и ванадия позволяет применять воду в
качестве выщелачивающего агента.
Экспериментами
установлено, что ванадий в водных растворах находится в виде четырехвалентных
соединений и осаждение его основной части в присутствии железа может быть
достигнуто путем повышения рН маточного раствора до
величины равной 4,5…5,5. С этой целью к кислотному раствору, полученному после
водного выщелачивания, добавляют 20 %-ный раствор гидроксида натрия, что приводит к переходу в осадок до 96 %
ванадия. Осаждение ванадия осуществляется вместе с железом, а никель (до 85 %)
остается в маточном растворе и промывных водах. В свою очередь, никель после
повышения в маточном растворе рН до величины равной
9,5 переходит в осадок, который отделяют фильтрованием, промывают и сушат. В
осадке зафиксировали 67,45 % никеля и 84,65 % ванадия от исходного количества в
зольных остатках. Величина суммарного сквозного извлечения никеля и ванадия
достигала 95,0 %.
Исследования показали,
что степень перехода оксида никеля в водный раствор составляет 83,65 %, а
оксида ванадия – 92,1 %. Получаемый никелевый концентрат содержит 33,3 % никеля
и 2,2 % ванадия, ванадиевый концентрат – 80,5 % ванадия и 2,1 % никеля.
Однако зафиксировано
неполное выщелачивание извлекаемых металлов, которое
характеризуется переходом в твердый остаток 15,4 % никеля и 7,9 % ванадия. Если
величину степени перехода оксида ванадия в раствор можно считать приемлемой, то
для более полного извлечения оксида никеля необходимо проведение
сернокислотного выщелачивания его твердых остатков в
автоклаве.
Литература
1. Залкинд
И.Я., Вдовченко В.С., Дик Э.П. Зола и шлаки в
котельных топках. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 79
с.