ФГУП «СКТБ «Технолог», Санкт-Петербург, Россия

Е. К. Ильвес, старший специалист отдела контроля качества, эл. почта: ilves1997@ma il.ru

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Санкт-Петербург, Россия

А. А. Блохин, заведующий кафедрой технологии редких элементов и наноматериалов на их основе, профессор, докт. техн. наук, эл. почта: blokhin@list.ru
Ю. В. Мурашкин, доцент кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе, канд. хим. наук, эл. почта: murashkin-1@mail.ru

НИЦ АО «ГК «Русредмет», Санкт-Петербург, Россия
А. М. Чемеков, заместитель начальника аналитической лаборатории, эл. почта: achemekov@rusredmet.ru

Показана возможность переработки железосодержащих твердых отходов ванадиевого производства путем их измельчения, спекания с карбонатом натрия, выщелачивания спека водой, выделения из раствора хрома в виде гидроксида хрома(III) обработкой карбонатного раствора восстановителем, нейтрализации и подкисления раствора, извлечения ванадия сорбцией на макропористом слабоосновном анионите, десорбции ванадия раствором серной кислоты, нейтрализации десорбата раствором аммиака, упаривания раствора и выделения из него ванадия в виде ванадата аммония. Установлено, что для перевода в раствор не менее 95 % содержащегося в отходах ванадия отходы следует предварительно измельчить до фракции –0,1 мм, причем дозировка Na₂CO₃ при спекании должна составить 100 % массы железосодержащих кеков, а спекание следует проводить при температуре 800 ^oC. Основным компонентом, переходящим в раствор вместе с ванадием, является хром. Предложено проводить избирательное восстановление хрома(VI) с одновременным выделением образующегося хрома(III) в форме гидроксида хрома(III) непосредственно в карбонатных растворах после выщелачивания спека действием гидросульфата гидразиния или дитионита натрия. Показано, что для эффективного сорбционного извлечения ванадия карбонатные растворы должны быть подкислены до pH 3,0–4,5, а в качестве сорбентов использованы макропористые аниониты на стирольной матрице типа Purolite A100 и Purolite A111. Установлено, что для десорбции ванадия из слабоосновных анионитов могут быть применены растворы серной кислоты. Степень осаждения ванадия в виде ванадата аммония из десорбатов, нейтрализованных раствором аммиака и упаренных примерно в 2 раза, достигает 99 %.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 21-79-30029).

1. Обзор рынка ванадия и ванадийсодержащей продукции в России, СНГ и мире. — М. : ООО ИГ «Инфомайн, 2021. — 100 с.
2. Kelley K. D., Scott C. T., Polyak D. E., Kimball B. E. Vanadium // Critical Mineral Resources of the United States — Economic and Environmental Geology and Prospects for Future Supply. Eds. K. Schulz, R. Seal, D. Bradley, J. Deyoung. 2017, U.S. Geological Survey, Reston, Virginia. P. U1–U36. DOI: 10.3133/pp 1802U
3. Study on the review of the list of Critical Raw Materials. Final Report. — Luxembourg : Publication Office of the European Union, 2017. — 92 p. DOI: 10.2873/876644
4. Rychcik M., Skyllas-Kazacos M. Characteristics of a new allvanadium redox flow battery // Power Sources. 1988. Vol. 22. P. 59–67. DOI: 10.1016/0378-7753(88)80005-3
5. Kear G., Shah A. A., Walsh F. C. Development of the all-vanadium redox flow battery for energy storage: a review of technological, financial and policy aspects // International Journal of Energy Research. 2012. Vol. 36, No. 11. P. 1105–1120. DOI: 10.1002/er.1863
6. Choi C., Kim S., Kim R., Choi Y. et al. A review of vanadium electrolytes for vanadium redox flow batteries // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. Vol. 69. P. 263–274. DOI: 10.1016/j.rser.2016.11.188
7. Vinco J. H., Domingos A. E., Espinosa D. C., Tenório J. A., Baltazar M. P. Unfolding the Vanadium Redox Flow Batteries: An indeep perspective on its components and current operation challenge // Journal of Energy Storage. 2021. Vol. 43. 103180. DOI: 10.1016/j.est.2021.103180
8. Xiang J., Huang Q., Lv X., Bai C. Extraction of vanadium from converter slag by two-step sulfuric acid leaching process // Journal of Cleaner Production. 2018. Vol. 170. P. 1089–1101. DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.09.255
9. Wen J., Jang T., Xu Y., Cao J., Xue X. Efficient extraction and separation of vanadium and chromium in high chromium vanadium slag by sodium salt roasting-(NH₄)₂SO₄ leaching // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2018. Vol. 71. P. 327–325. DOI: 10.1016/j.jiec.2018.11.043
10. Peng H. A literature review on leaching and recovery of vanadium // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2019. Vol. 7, No. 5. 103313. DOI: 10.1016/j.jece.2019.103313
11. Zhang Y., Zhang T.-A., Dreisinger D. C., Lv C. et al. Recovery of vanadium from calcification roasted-acid leaching tailing by enhanced acid leaching // Journal of Hazardous Materials. 2019. Vol. 369. P. 632–641. DOI: 10.1016/j.jhazmat. 2019.02.081
12. Xiang J., Wang X., Pei G., Huang Q., Lü X. Recovery of vanadium from vanadium slag by composite roasting with CaO/MgO and leaching // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2020. Vol. 30. P. 3114–3123. DOI: 10.1016/S1003-6326(20)65447-4
13. Peng Z., Wang Z., Li Y., Zhu Y., Xie K. Selective leaching of vanadium from calcification-roasted pellets of vanadium–titanium–iron concentrate by a cyclic two-stage sulfuric acid process // Minerals. 2022. Vol. 12, No. 12. 1613. DOI: 10.3390/min12121613
14. Yi Y., Sun H., You J., Zhang J. et al. Vanadium recovery from Na2SO4-added V–Ti magnetite concentrate via grate-kiln process // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2022. Vol. 32. P. 2019–2032. DOI: 10.1016/S1003-6326(22)65927-2
15. Бусев А. И., Типцова В. Г., Иванов В. М. Руководство по аналитической химии редких элементов. — М. : Химия, 1978. — 432 с.
16. Gilligan R., Nikoloski A. The extraction of vanadium from titanomagnetites and other sources // Minerals Engineering. 2020. Vol. 146. 106106. DOI: 10.1016/j.mineng.2019.106106
17. Ye G., Hu Y., Tong X., Lu L. Extraction of vanadium from direct acid leaching solution of clay vanadium ore using solvent extraction with N235 // Hydrometallurgy. 2018. Vol. 177. P. 27–33. DOI: 10.1016/j.hydromet.2018.02.004
18. Luo D., Huang J., Zhang Y., Liu H., Hu P. Highly efficient separation and extraction of vanadium from a multi-impurity leac hate of vanadium shale using tri-n-octylmethylammonium chloride // Separation and Purification Technology. 2020. Vol. 230. 115842. DOI : 10.1016/j.seppur.2019.115842
19. Ласкорин Б. Н., Никульская Г. Н., Маурина А. Г. Влияние ст руктуры макропористых сорбентов на их сорбционные свойства при извлечении полимерных ионов металлов // Гидрометаллургия. Автоклавно е выщелачивание. Сорбция. Экстракция / под ред. Б. Н. Ласкорина. — М. : Наука, 1976. С. 86–96.
20. Zeng L., Li Q., Xiao L., Zhang Q. A study of the vanadium species in an acid leach solution of stone coal using ion exchange resin // Hydrometallurgy. 2010. Vol. 105, No. 1. P. 176–178. DOI: 10.1016/j.hydromet.2010.07.001
21. Nguyen T., Lee M. Recovery of molybdenum and vanadium with high purity from sulfuric acid leach solution of spent hydrodesulfurization catalysts by ion exchange // Hydrometallurgy. 2014. Vol. 147-148. P. 142–147. DOI: 10.1016/j.hydromet.2014.05.01
22. Vinco J. H., Botelho Junior A. B., Duarte H. A., Espinosa D. C. R., Tenório J. A. S. Purification of an iron contaminated vanadium solution through ion exchange resins // Minerals Engineering. 2022. Vol. 176. 107337. DOI: 10.1016/j.mineng.2021.107337
23. Fan Y., Wang X., Wang M. Separation and recovery of chromium and vanadium from vanadium-containing chromate solution by ion exchange // Hydrometallurgy. 2013. Vol. 136. P. 31–35. DOI: 10.1016/j.hydromet.2013.03.008
24. Li H.-Y., Li C., Zhang M., Wang K., Xie B. Removal of V(V) from aqueous Cr(VI)-bearing solution using anion exchange resin: equilibrium and kinetics in batch studie // Hydrometallurgy. 2016. Vol. 165, No. 6. P. 381–389. DOI: 10.1016/j.hydromet.2015.10.018
25. El-Nadi Y., Awwad N., Nayl A. A comparative study of vanadium extraction by Aliquat-336 from acidic and alkaline media with application to spent catalyst // International Journal of Mineral Processing. 2009. Vol. 90. P. 115–120. DOI: 10.1016/j.minpro.2009.03.005
26. Yang Y., Li H.-Y., Lin M.-M., Xie B. Batch studies for removing vanadium(V) and chromium(VI) from aqueous solution using anion exchange resin // Rare Metal Technology. Eds. H. Kim, B. Wes strom, S. Alam, T. Ouchi et al. — Springer International Publishing, 2018. P. 291–298. DOI: 10.1007/978-3-319-72350-1_28
27. Ying Z., Chen М., Wu G., Li J. et al. Separation and recovery vanadium (V) and chromium (VI) using amide extractants based on the steric hindrance effect // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021. Vol. 9, No. 5. 105939. DOI: 10.1016/j.jece.2021.105939
28. Wen J., Sun Y., Ning P., Xu G. et al. Deep understanding of sustainable vanadium recovery from chromevanadium slag: Promotive action of competitive chromium species for vanadium solvent extraction // Journal of Hazardous Materials. 2022. Vol. 422. 12679. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.126791
29. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии. — М. : Химия, 1989. — 448 с.
30. Nguyen T., Lee M. Separation of molybdenum and vanadium from acid solutions by ion exchange // Hydrometallurgy. 2013. Vol. 136. P. 65–70. DOI: 10.1016/j.hydromet.2013.03.007
31. Jeon J. H., Sola A. B. C., Lee J.-Y., Koduru J. R., Jyothi J. R. Separation of vanadium and tungsten from synthetic and spent catalyst leach solutions using an ion-exchange resin // Royal Society of Chemistry. 2022. Vol. 12, No. 6. P. 3635–3645. DOI: 10.1039/d1ra05253e