Исследование процесса кислотно-восстановительного выщелачивания ванадия из летучей золы ТЭЦ

Abstract

Актуальность. Ввиду более высокого начального содержания ванадия во вторичных источниках по сравнению с рудными месторождениями его извлечение из первых представляется более рентабельным и ресурсосберегающим процессом. Летучая зола сжигания жидкого топлива, содержащая 1,9 мас. % ванадия, может рассматриваться как вторичный источник этого металла, востребованного в производстве высокопрочных сплавов, катализаторов, электролитов в проточных батареях. Достаточно полное извлечение и одновременно восстановление ванадия из названной золы требует исследования и оптимизации соответствующих превращений. Цель. Разработка процесса выщелачивания ванадия из летучей золы ТЭЦ серной кислотой и восстановителем сульфитом натрия. Методы. Методы химического эксперимента, фотометрического и атомно-эмиссионного анализа металлов, анализа и интерпретации результатов. Результаты и выводы. Предложен способ выщелачивания ванадия из золы раствором серной кислоты и восстановителя сульфита натрия, позволяющий получить концентрат ванадия (IV) в форме VOSO4 с целью его дальнейшего селективного извлечения. Использование Na2SO3 при выщелачивании обеспечивает восстановление основной массы V(V) до V(IV) по результатам спектрофотометрического анализа концентрата. Тогда как выщелачивание только серной кислотой приводит к извлечению ванадия в пятивалентной форме. Изучены факторы, определяющие эффективность процесса выщелачивания: концентрация серной кислоты, концентрация восстановителя, соотношение фаз жидкость/твёрдое, время и температура выщелачивания. Установлено, что из летучей золы преимущественно выделяются ванадий (>80 %) и никель (>65 %), тогда как железо и марганец в основном остаются в твёрдом остатке. Наибольшее (99,6 %) извлечение ванадия достигается при одновременной обработке раствором 1 M H2SO4 и 0,04 M Na2SO3 золы в соотношении 4 мл/1 г при температуре 80 °C в течение 30 мин. Практически полный переход ванадия из золы в раствор достигается при трёхкратной промывке остатка дистиллированной водой в соотношении 6 мл/1 г золы. Раствор выщелачивания содержит ионы железа, ванадия, никеля и марганца в концентрациях 5,27, 1,87, 0,58 и 0,031 г/л соответственно и требует разделения физико-химическими методами

Relevance. Due to the higher initial vanadium content in secondary sources compared to ore deposits, its extraction from the former appears to be a more cost-effective and resource-saving process. Fly ash from burning liquid fuels containing 1.9 wt % vanadium can be considered as a promising secondary source of this metal, which is essential in the production of highstrength alloys, catalysts, and electrolytes for flow batteries. A sufficiently complete extraction and simultaneous recovery of vanadium from the mentioned ash requires research and optimization of the corresponding transformations. Aim. Development of vanadium leaching from the fly ash of thermal power plant with sulfuric acid and reducing agent sodium sulfite. Methods. Chemical experiment, photometric and atomic emission analysis of metals, analysis and interpretation of the results. Results and conclusions. This study proposes a method for leaching vanadium from ash using a solution of sulfuric acid and the reducing agent sodium sulfite, enabling to obtain a concentrate of vanadium (IV) in the form of VOSO4 for its further selective extraction. The addition of Na2SO3 during leaching facilitates the reduction of V(V) to V(IV), as confirmed by spectrophotometric analysis of the concentrate. On the other hand, leaching with sulfuric acid alone leads to vanadium extraction in the pentavalent form. Leaching efficiency was investigated by studying such factors as sulfuric acid concentration, reducing agent concentration, liquid/solid phase ratio, leaching time, and temperature. Our findings show that vanadium (>80%) and nickel (>65%) are predominantly recovered from fly ash, while iron and manganese mostly remain in the solid residue. The highest extraction efficiency (99,6%) for vanadium was achieved when simultaneous treating ash with a solution of 1 М H2SO4 and 0,04 M Na2SO3 at 80°C for 30 minutes with ash ratio of 4 ml/1 g. Nearly complete vanadium transition from ash to solution was achieved by washing the residue three times with distilled water at a ratio of 6 ml/1 g of ash. The resulting leaching solution contains ions of iron, vanadium, nickel and manganese in concentrations of 5.27, 1.87, 0.58 and 0.031 g/l respectively and requires separation by physical and chemical methods