Проблеми і способи переробки відпрацьованих ванадієвих каталізаторів сірчанокислотного виробництва

ПРОБЛЕМИ ТА СПОСОБИ ПЕРЕРОБКИ відпрацьованих ванадієвих КАТАЛІЗАТОРІВ сірчанокислотного ВИРОБНИЦТВА

Доцент БЕЗРУКОВ І. Я. професор КЛЯЙН С. Е. професор Набойченко С. С.







Уральський державний технічний університет

Ванадієві каталізатори (ВК) застосовуються у виробництві сірчаної кислоти з 1937 р Кількість їх на кожному підприємстві визначається продуктивністю, т. Е. На 1 т добового випуску кислоти необхідно мати в контактному апараті 100 кг каталізатора, що містить 10% v 2 про 5 [1 ].

Різноманітність сировини і вдосконалення технології виробництва кислоти і ВК зумовили використання різних типів ВК [2].

Барій-алюміній-ванадієвий каталізатор (БАВ) відповідає формулі n V2 O5 · 12SiO2 · 0,5Al2 O3 · 2K2 O · 3BaO · m KCl і містить, мас. частка,%: 8V 2 O5; 11K2 O; 35SiO2; 28ВаО; 4Аl 2 O3 · 5Сl і 8 інших з'єднань.

Сульфованадат на силікагелі (СВС) містить, мас. частка,%: 8 V 2 O5; 12K2 O; 55-60 SiO2; Проте 3А1 2 О 3; 10-15- сульфати (в перерахунку на SO 3).

Каталізатори ІК 1-6 (Інститут каталізу) містять, мас. частка,%: 9V 2 O5; 30K2 SO4; 55-60 SiO2.

Каталізатор киплячого шару (КС) містить, мас. частка,%: 7V 2 O5; 7K2 O; 4-6 Al2 O3; 55-60 SiO2; 16% - сульфати (в перерахунку на SO 3). У процесі роботи він стирається і несеться у вигляді пилу.

Термін служби каталізаторів становить 1-2 роки на верхніх полицях контактного апарату і 4-5 років - на нижніх шарах. Зниження каталітичної активності відбувається внаслідок переходу значної частини ванадію в чотирьохвалентний стан і зміни пористої структури носія при порушенні теплового режиму роботи ВК, а також в результаті накопичення контактних отрут - миш'яку, сульфату заліза (II), туману сірчаної кислоти, втрати частини ванадію у вигляді летючих сполук, що утворюються з деякими компонентами газу при неякісної газоочистке.

Відпрацьовані ванадієві каталізатори (ОВК) містять добре розчинні високотоксичні з'єднання ванадію, сірчаної кислоти, миш'яку, і тому їх необхідно захоронювати в герметичних могильниках. Склад ОВК залежить від багатьох факторів типу використаного каталізатора, складу сировини, що переробляється, якості газоочистки, місця і тривалості перебування в контактному апараті, тривалості та умов зберігання після вивантаження з контактного апарату. Орієнтовний склад ОВК Уральського регіону наведено в таблиці.

Висока цінність основних компонентів ОВК безперечна, а утилізація доцільна. Відсутність переробки ОВК завдає великої екологічної шкоди регіону, де їх часто ховають з порушенням правил, а то і просто викидають.

Використовувати ОВК в основних ванадієвих виробництвах - на Чусовському металургійному заводі і НВО "Тулачермет" - неможливо на стадії пирометаллургии через високий вміст сірки і калію, а в гідрометалургії - через дуже великий кислотності. Крім того, при цьому будуть безповоротно втрачені солі калію і майже готовий носій - кремнезем.

У деяких випадках вдається відновити каталітичну активність ОВК досить нескладними операціями. Наприклад, в 1939 р Г. К. Боресков і М. А. Гумінський запропонували кип'ятити або спекать їх з різними солями калію - К 2 СО 3. K2 Si03 або КС1. Активність каталізатора в результаті регенерації значно підвищується, але все ж виявляється нижче активності свіжого каталізатора. Тому на деяких заводах з виробництва каталізаторів часто використовують в якості добавки ОВК. Більш радикальним заходом є отримання цінних компонентів з ОВК та використання їх для приготування свіжого каталізатора. Це особливо необхідно для каталізатора, віддаленого з верхніх полиць контактного апарату.

У ЦНІІчермете і НІІУІФе запропонована металургійна технологія переробки ОВК [З], що передбачає випал ОВК для видалення та утилізації сірчистого газу, з подальшою виплавкою в електропечі кремній-ванадієвого сплаву і отриманням в'яжучого матеріалу на основі возгонов оксидів лужних металів і кремнію.

Т. П. Сирина і Т. І. Красненко [4] рекомендують обпалювати ОВК і утилізувати сірчистий газ, потім із залишків отримувати ванадій-кальцієвий концентрат, а з розчинів готувати добрива. Поки жодна з цих рекомендацій не реалізована.

Запропоновано кілька гідрометалургійних технологій переробки ОВК, частина з яких випробувана в напівпромисловому масштабі і навіть побудований цех на Україні за технологією, запропонованою І. В. Винарово з співробітниками [5, 6]. Технологія виявилася досить складною. Вона передбачає первинне вилуговування 2М H 2 So4 при 105-110 ° С і три водних промивання нерозчинного носія. Після сушіння при 200 ° С і прокалкі при 600 ° С носій повертається у виробництво свіжого каталізатора. Ванадійсодержащіе кислі розчини нейтралізують аміаком до рН = 2,8 для проведення цементації миш'яку на мідній стружці для його відділення. Очищений розчин нейтралізують аміаком до рН = 8,5, окислюють ванадій пероксидом водню і при температурі 90 ° С осаджують первинний концентрат, який після сушки і прокалкі містить 40% V2 O5. Його кип'ятять з водою при Ж. Т = 2 протягом 1 год, двічі промивають і сушать. Готовий продукт містить 90% пентоксіда ванадію. Така технологія виявилася нерентабельною, хоча і дозволяє отримувати досить чисті продукти. Утворені сульфати калію і амонію придатні лише в якості добрив.







За даними К. А. Кисельова та ін. [7], Укрмеханобр випробувані ще дві технології. Технологія, запропонована ЦНІІчерметом, дозволяє отримати 50-65% ванадію. Вона передбачає відновне вилуговування в присутності металевого заліза, осадження чотирьохвалентного ванадію лугом або аміаком, окислення ванадію пероксидом водню в пульпі, очищення від домішок, гидролитическое осадження пентоксіда ванадію, його сушку і прогартовування. Ванадій втрачається на стадії очищення від домішок через утворення важкорозчинних ванадатов заліза. Використання пероксиду водню в якості окислювача (потрібно 2-3-кратний надлишок) навряд чи економічно виправдано.

У ІМіО НАН РК (м.Алмати) розроблена і впроваджена на ПО "Востокредмет" технологія утилізації ОВК [8], що дозволяє отримувати товарний оксид ванадію і рідкі добрива. Крім того, там же [9] запропоновані два напрямки по переробці ОВК. За першим варіантом вилуговується: водою - сульфат калію, сірчана кислота, частина "контактних отрут", розчином їдкого калію в автоклаві - кремнезем і оксид ванадію. Подальша переробка маткових розчинів передбачається сорбційними або гальваноконтактним способами. Кінцеві продукти - кремнезем волокнистої структури, оксид ванадію, сульфат калію і рідкі калійні добрива.

Тільки економічно вигідною технологією можна вирішити проблему утилізації ОВК. Тому рекомендації наближення переробки до місця використання ВК і виробництва їх дозволяють різко знизити витрати на сировину, технологічне тепло, водопостачання і, головне, будуть виключені операції з підготовки готової продукції до перевезення і доставка її. Поряд з цим запропонована технологія повинна бути надійною, простий, з мінімальними витратами на сировину.

Пошук такої технології було проведено в УГТУ-УПІ [10, 11]. Виходячи зі складу ОВК та враховуючи численні дослідження по вилуговування, як розчинник вибрали воду. При взаємодії з водою піросульфат калію утворюється сірчана кислота, яка сприяє переходу не тільки сульфату ванадію, а й частково пятивалентного ванадію. Оскільки пятивалентного ванадій погано розчинний в кислотах, то додавання відновника для ванадію підвищить ступінь його вилучення. Поряд з цими процесами сульфат калію переходить в бісульфат, і розчинність його підвищується в п'ять разів. Тому першу стадію водного вилуговування необхідно проводити при таких відносно Ж. Т і температурі, щоб в розчин перейшли максимально ванадій і практично повністю сульфат.

Для більш повного відмивання носія операцію водного вилуговування повторюють, але фільтрат використовують на першому вилуговування.

Отриманий кислий (рН <1) почти насыщенный сульфатами раствор содержит до 20 г/л ванадия и большую часть (около 80 % находящегося в ОВК) мышьяка. Наиболее рациональный способ окисления ванадия в кислом растворе — это электролиз. Чтобы избежать возможности образования арсина (Нз Аs), рекомендована оригинальная конструкция трехкамерного электролизера. В нем две катодные камеры, заполненные 5 %-ным раствором сульфата калия, отделены от анодной ионитовыми мембранами типа МА-41. Анодом служит либо платиновая сетка, либо платинированный титан. Катоды из нержавеющей стали.

Такий спосіб окислення ванадію економічний. Екологічно чистий, дозволяє зберегти в розчині кислоту і сульфати і дає можливість брати в облогу ванадій простим нагріванням. Для отримання більш чистого осаду в розчин додають приманку - кристалічний пентоксид ванадію, а осадження - кристалізацію - ведуть при низьких значеннях рН = 1-1,5, щоб в осад не буде переходити миш'як, що знаходиться в розчині у вигляді недиссоциированной миш'якової кислоти Нз Аs0 4.

Лужним розчином нейтралізують до рН = 3 кислий матковий розчин після відділення осаду ванадію. Для цієї ж мети використовують відпрацьований католіт. Утворений осад містить гідроксиди та арсенати, т. Е. Основні шкідливі домішки, а також невелика кількість кремнієвої кислоти. Якщо в цьому осаді виявиться багато сульфату калію, то його слід відмити на фільтрі гарячою водою. Отримане невелику кількість осаду, що містить миш'як, ховають.

Залишки лужного розчину і відпрацьований котив об'єднують з очищеним кислим розчином для перекладу залишків бисульфата калію в набагато менш розчинний сульфат калію. Потім суміш охолоджують і кристалізують сульфат калію, який відокремлюють і використовують для приготування католіта і свіжого каталізатора.

В цьому випадку, якщо технологія буде реалізована далеко від заводів-виготовлювачів каталізаторів, то операцію приготування просочувального розчину можна замінити випаровуванню маточного розчину після кристалізації K 2 SO4 насухо. Одержуваний при цьому твердий залишок придатний для виготовлення свіжого каталізатора, а конденсат буде використаний для вилуговування в даній технології.

Принципова технологічна схема представлена ​​на рис. 1. В цілому технологія практично безвідходна. Осад, що містить миш'як у вигляді труднорастворимого арсенату, настільки незначний, що проблем з похованням його не виникає.

Мал. 2. Розрахунок фінансового профілю проекту підприємства

1. Боресков Г. К. Каталозі у виробництві сірчаної кіслоти.- М. Госхіміздат, 1954.- С. 175.

2. Технологія каталізаторів / Мухленов І. П. Добкіна Е. І. Дерюшкіна В, І. Сороко В. Е.- Л. Хімія, 1989.

5. А. с. 1162093 СРСР. МКІ В 01 F 23/92. Спосіб вилучення V 2 O5 з ОВК / Авт. винахідн. І. В. Винаров, Р. Г. Янкелевич, О. В. Владимирова, І. В. Почінок.- Опубл. 23.05.90. Бюл. № 19.







Схожі статті