способ извлечения ванадия из отработанных катализаторов окисления диоксида серы

Формула изобретения

1. Способ извлечения ванадия из отработанных катализаторов окисления диоксида серы, включающий выщелачивание ванадия водой в присутствии восстановителя, экстракцию ванадия из полученного раствора ди-2-этилгексилфосфорной кислотой в разбавителе и реэкстракцию ванадия, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют сернистый газ, а экстракцию проводят смесью, содержащей 0,55 0,60 моль ди-2-этилгексилфосфорной кислоты и 0,54 0,61 моль гидроксида калия в алифатическом разбавителе.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выщелачивание ведут при температуре не выше 30^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам извлечения ванадия из отработанных ванадиевых катализаторов, используемых в сернокислотном производстве.

Известен способ извлечения ванадия из отработанных ванадиевых катализаторов окисления диоксида серы [1] включающий выщелачивание водой при t=80^oC в перколяторе в присутствии восстановителя сернистого газа, после чего раствор, содержащий ванадий, окисляют пиролюзитом или хлоратом натрия, доводят pH раствора до 2 и экстрагируют ванадий 0,1 М раствором три-н-октиламина в уайт-спирите. Из органической фазы ванадий реэкстрагируют щелочным раствором.

Недостатками данного способа являются проведение процесса перколяционного выщелачивания при высокой температуре (t=80^oC), что затрудняет подбор аппаратуры; необходимость окисления ванадия (IV) и регулировки pH перед экстракцией, что значительно усложняет процесс и требует введения окислителей, не применяемых в сернокислотном производстве.

Известен также способ извлечения ванадия из отработанных ванадиевых катализаторов окисления диоксида серы [2] включающий выщелачивание ванадия из размолотого катализатора преимущественно водой в присутствии восстановителя

ионов трехвалентного ванадия, экстракцию ванадия предварительно очищенной ди-2-этилгексилфосфорной кислотой (Д2ЭГФК) в разбавителе, реэкстракцию раствором 1М серной кислоты и осаждение пентаоксида ванадия. Выход ванадия в готовую продукцию составляет до 94,2%

Недостатками данного способа являются трудности, связанные с необходимостью размола катализатора, предварительной очистки экстрагента, а также с необходимостью поддержания заданного равновесного значения pH на стадии экстракции (оптимальное значение pH при экстракции ванадия (IV) Д2ЭГФК= 2,8-3,2). Так как реакция экстракции протекает по катионообменному механизму, то отмечается снижение равновесного значения pH исходного раствора. Поэтому для успешного проведения экстракции необходимо постоянно регулировать pH раствором щелочи.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи упрощения процесса за счет исключения отдельных стадий переработки катализатора и проведения процесса в более мягких условиях, а также увеличения степени извлечения ванадия.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе извлечения ванадия из отработанных катализаторов окисления диоксида серы, включающем выщелачивание ванадия водой в присутствии восстановителя сернистого газа, экстракцию ванадия (IV) из полученного раствора Д2ЭГФК в разбавителе и реэкстракцию, согласно изобретению экстракцию проводят органо-минеральной смесью, содержащей 0,55-0,60 моль Д2ЭГФК и 0,54-0,61 моль гидроксида калия в алифатическом разбавителе. Поставленная задача решается также тем, что выщелачивание ведут при температуре не выше 30^oC.

При проведении экстракции органо-минеральной смесью достигается буферное действие относительно оптимального значения pH для экстракции ванадия (IV) - pH равновесное составляет 2,8-3,2 (т.е. не требуется корректировка pH при экстракции).

Использование для экстракции органо-минеральной смеси с концентрацией в ней КОН более 0,61 моль и менее 0,54 моль приводит к изменению равновесного значения pH, т.е. к отклонению от оптимального, а следовательно, к снижению степени извлечения ванадия в органическую фазу.

Изменение содержания Д2ЭГФК в органо-минеральной смеси (<0,55 моль и >0,6 моль) приводит к нарушению гомогенности экстрагента и снижению его экстракционных свойств.

Ведение процесса перколяционного выщелачивания при температуре более 30^oC нецелесообразно, так как потребуются дополнительный нагрев и соответствующая аппаратура. Кроме того, при повышении температуры уменьшается растворимость сернистого газа в водном растворе, что приводит к снижению степени выщелачивания ванадия из катализатора.

Способ осуществляют следующим образом. Неразмолотый ванадиевый катализатор выщелачивают водой в перколяторе при температуре не выше 30^oC и одновременно пропускают сернистый газ до полного растворения содержащегося в катализаторе пентаоксида ванадия (в качестве восстановителя ванадия (V) используют сернистый газ или его воздушную смесь с концентрацией 0,1-100% SO₂, который является побочным продуктом сернокислотного производства и подлежит утилизации). После фильтрации из полученного раствора извлекают ванадий (IV) экстракцией органо-минеральной смесью, содержащей 0,55-0,60 моль Д2ЭГФК и 0,54-0,61 моль гидроксида калия в алифатическом разбавителе. Реэкстракцию проводят известным способом, например, раствором 1М H₂SO₄ с последующим осаждением ванадия.

Пример 1. Неизмельченную навеску отработанного катализатора марки ИК-1 (50 г), содержащую 7% ванадия (3,5 г в пересчете на V₂O₅), выщелачивают водой в перколяторе при температуре 0^oC с одновременным пропусканием сернистого газа. После фильтрации раствора от выщелачивания получают 0,12 дм³ фильтрата с содержанием 28,1 г/дм³ V₂O₅ и pH 1. Степень выщелачивания ванадия (IV) в раствор составляет соответственно 96,4% (в пересчете на V₂O₅). Затем ванадийсодержащий раствор смешивают в соотношении 1:1 с органо-минеральной смесью, содержащей 0,55 моль Д2ЭГФК и 0,54 моль КОН в разбавителе РЭД-1 (РЭД-1 смесь парафиновых углеводородов фракции C₁₂-C₁₆). Концентрация ванадия в рафинате составляет 0,08 г/дм³ V₂O₅; pH рафината 2,8. Соответственно в органическую фазу извлекается 99,8% V₂O₅. Далее проводят качественную реэкстракцию ванадия известным способом раствором 1М H₂SO₄ с последующим осаждением ванадия щелочным раствором. Степень извлечения ванадия в готовую продукцию составляет 96,2%

Пример 2. Неизмельченную навеску отработанного катализатора марки СВД (50 г), содержащую 5,7% ванадия (2,85 г в пересчете на V₂O₅), выщелачивают водой в перколяторе при температуре 20^oC в присутствии сернистого газа. После фильтрации раствора от выщелачивания получают 0,13 дм³ V₂O₅ и pH 1,1. Степень выщелачивания ванадия (IV) в раствор составляет соответственно 97,5% (в пересчете на V₂O₅). Затем ванадийсодержащий раствор смешивают в соотношении 1:1 с органо-минеральной смесью, содержащей 0,6 моль Д2ЭГФК и 0,61 моль KOH в керосине. Концентрация ванадия в рафинате после экстракции составляет менее 0,01 г/дм³; pH рафината 3. Соответственно в органическую фазу извлекается >99,9% V₂O₅. Далее проводят количественную реэкстракцию ванадия известным способом раствором 1 М H₂SO₄ с последующим осаждением ванадия щелочным раствором. Степень извлечения ванадия в готовую продукцию составляет 97,5%

Пример 3. Неизмельченную навеску отработанного катализатора марки ИК-1 (50 г), содержащую 7% ванадия (3,5 г в пересчете на V₂O₅), выщелачивают водой в перколяторе при температуре 30^oC в присутствии сернистого газа. После фильтрации раствора от выщелачивания получают 0,2 дм³ фильтрата с содержанием 17,05 г/дм³ V₂O₅ и pH 1,1. Степень выщелачивания ванадия (IV) в раствор составляет соответственно 97,4% (в пересчете на V₂O₅). Затем ванадийсодержащий раствор смешивают в соотношении 1:1 с органо-минеральной смесью, содержащей 0,6 моль Д2ЭГФК и 0,58 моль КОН в разбавителе РЖ-3 (гидрированный керосин). Концентрация ванадия в рафинате составляет <0,01% V₂O₅, pH рафината 3,2. Соответственно в органическую фазу извлекается >99,9% V₂O₅. Далее проводят количественную реэкстракцию ванадия известным способом раствором 1М H₂SO₄ с последующим осаждением ванадия щелочным раствором. Степень извлечения ванадия в готовую продукцию составляет 97,4%

Таким образом, предложенный способ позволяет значительно упростить процесс за счет исключения стадий размола катализатора, очистки экстрагента (Д2ЭГФК), регулировки равновесного значения pH и проводить процесс выщелачивания в более мягких условиях (t30^oC) при одновременном повышении степени извлечения ванадия в готовую продукцию до 96,2-97,5%