Российские и белорусские ученые разработали безотходный метод добычи ванадия —металла, широко использующегося в металлургии для повышения прочности сплавов, из отходов производства серной кислоты. Новая технология позволит извлекать до 98% ванадия, содержащегося в таких отходах. Ее внедрение на предприятиях, по оценкам разработчиков, обойдется в 120-125 тыс. долларов США, и окупится менее чем за год, при том, что текущая технология стоит порядка 300 тыс. долларов США. Исследование опубликовано в журнале Hydrometallurgy.
Ванадий широко используется в аэрокосмической, оборонной, энергетической и автомобильной промышленности. При этом основным его потребителем остается черная металлургия, в которой ванадий используется для повышения прочности и износоустойчивости стали, — до 85% мирового потребления ванадия приходится именно на эту отрасль.
Ванадий не встречается в природе в свободном виде, в основном его получают из железных руд, которые содержат ванадий в качестве примеси. Однако текущие объемы добычи не отвечают растущему спросу промышленности.
Основной источник ванадия для промышленности — конверторные шлаки. Альтернативными источниками получения ванадия могут стать промышленные отходы с его содержанием, например, летучая зола или отработанные ванадиевые катализаторы. Последние являются наиболее предпочтительным источником, так как содержание ванадия в них достигает 5-10% от общей массы вещества. Помимо ванадия, в них содержится также ряд других ценных компонентов, таких как медь, никель, молибден и кобальт.
Порядка 40 тысяч тонн отработанных ванадиевых катализаторов образуется ежегодно в результате производства серной кислоты — одного из основных продуктов химической промышленности. Извлечение ванадия позволит не только решить проблему использования отходов производства серной кислоты, но и снизить стоимость добычи этого металла, поскольку его извлечение из вторичных источников значительно дешевле, чем из природных материалов.
Ученые НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ «МИСиС», Белорусского государственного технологического университета и Института общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси разработали безотходный комплексный метод извлечения ванадия из отходов производства серной кислоты с использованием серной кислоты, сульфидов, персульфатов и других реагентов, которые являются основными продуктами производств, в результате которых образуются отработанные ванадиевые катализаторы. Таким образом, предложенная исследователями технология добычи ванадия может быть внедрена непосредственно на предприятиях по производству серной кислоты.
«Разработанный нами многоступенчатый метод получения ванадия из отработанных катализаторов включает в себя измельчение, отмагничивание железа и двухэтапное выщелачивание ванадия. На первом этапе ванадий выщелачивается раствором серной кислоты в процессе ультразвуковой обработки. На втором этапе ванадий довыщелачивается раствором сульфита натрия. На заключительном этапе происходит термогидролитическое (про кипячении) выделение ванадия из раствораб предварительно окисленного персульфатом аммония», — говорит Елена Романовская, старший научный сотрудник Белорусского государственного технологического университета.
«Данный метод позволяет извлекать до 98% ванадия высокой чистоты, содержащегося в катализаторах. Он может применяться в строительстве, сельском хозяйстве и других промышленных отраслях», — добавляет Валентин Романовский, сотрудник НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ «МИСиС».
По оценкам авторов исследования, внедрение данной технологии обойдется в 120-125 тыс. долларов, и окупится менее чем за год. При этом она может быть адаптирована для добычи ванадия из других типов отходов, включая отработанные топливные масла и нефтяной кокс.