Спосіб вилучення пентаоксиду ванадію із відпрацьованого каталізатора

1. Спосіб вилучення пентаоксиду ванадію із відпрацьованого каталізатору, включаючи обробку ванадіймісткого каталізатору розчином кислоти у 31203 надію із екстраційного розчину і степінь чистоти пентаоксиду ванадію. Поставлена задача вирішується тим, що у зазначеному способі вилучення пентаоксиду ванадію із відпрацьованого каталізатора, який включає обробку ванадієвого каталізатору розчином кислоти у присутності відновника і подальшу переробку ванадіймісткого розчину, відповідно до винаходу, нерозмелений відпрацьований ванадіймісткий каталізатор обробляють при температурі 20-95ºС азотною кислотою з концентрацією 21-58% у присутності відновника, в відфільтрований розчин вводять розчин аміаку і при нагріванні осаджують пентаоксид ванадію, при цьому, як відновник використовують щавлеву кислоту, метанол, етанол, формальдегід, вуглеводи і проміжні продукти їх переробки в кількості 0,15-2,8 моля відновника на 1 моль пентаоксиду ванадію у відпрацьованому каталізаторі, а аміак беруть у кількості 3-50% надлишку напроти стехіометрії у вигляді водного розчину. Суттєвими відмінними ознаками запропонованого способу є: - нерозмелений відпрацьований каталізатор обробляють при температурі 20-95ºС 21-58% азотною кислотою в присутності відновника, причому як відновник використовують щавлеву кислоту, метанол, етанол, формальдегід, вуглеводи і проміжні продукти їх переробки в кількості 0,152,8 моля відновника на 1 моль пентаоксиду ванадію у відпрацьованому каталізаторі; - маточник обробляють розчином аміаку із 350% надлишком проти стехіометрії і при нагріванні осаджують пентаоксид ванадію. Для вилучення пентаоксиду ванадію з відпрацьованого каталізатору використовують нерозмелений відпрацьований каталізатор, на відміну від прототипу, де потрібне попереднє роздрібнення відпрацьованого каталізатору. При обробці 21-58% азотною кислотою з температурою 20-95ºС попередньо відмитого від солей калію і натрію відпрацьованого каталізатору, за рахунок взаємодії концентрованої кислоти із ванадіймісткою сполукою, що входить в каталітичний, зв'язуючий частинки носія каркас, проходить бурхлива реакція і руйнування гранул каталізатора під впливом термоудару екзотермічної реакції. І чим більше концентрація азотної кислоти, тим сильніше проявляється дія термоудару по гранулі каталізатору. Із-за того, що пентаоксид ванадію, який є основною частиною каталізуючих поліванадатів і бронз, має властивості кислот, його взаємодія э азотною кислотою ускладнена. Присутність відновників сприяє переходу ванадію (V) у ванадій (IV), який у формі оксиду VO проявляє амфотерні властивості і легко взаємодіє з азотною кислотою. Причому, на відміну від прототипу, як відновники використовують легко транспортовані і доступні органічні речовини - щавлеву кислоту, метанол, етанол, формальдегід, вуглеводи та продукти їх переробки в кількості 0,15-2,8 моля відновника на 1 моль пентаоксиду ванадію у відпрацьованому каталізаторі, а димові гази, які містять продукти глибокого окислення CO і НО(п), не вимагають спеціальних заходів для їх знешкодження. Розчин фільтрують. Кип'ятять. Після фільтрації у маточник вносять, з надлишком в 3-50% проти стехіометрії, аміак у вигляді водного розчину і нагрівають при перемішуванні. Із розчинів ванадіймісткої (IV) сполуки, що утворилась під впливом залишку азотної кислоти, виходить осад пентаоксиду ванадію. Процес осадження пентаоксиду ванадію аміаком із кислої солі ванадію відноситься до реакцій нейтралізації, які при надлишку однієї із реагуючих речовин, як аміак, протікають до кінця, чим забезпечується висока степінь осадження пентаоксиду ванадію із розчину. За прототипом процес осадження пентаоксиду ванадію, обумовлений кристалізацією із пересиченого розчину азотнокислого ванадію (V), який руйнується згодом, до пентаоксиду ванадію, залежить від розчинності солі і температури її осадження. У зв'язку з високою розчинністю азотнокислого ванадію, для збільшення степені вилучення пентаоксиду ванадію із розчину, проводять циркуляцію маточника. При циркуляції у розчині накопичуються сполуки заліза, миш’яку, калію і натрію, які частково співосаджуються з пентаоксидом ванадію. Крім цього, перевищення в розчині певних концентрацій по домішках призводить до необхідності регулярно регенерувати або знешкоджувати маточник. Осадок пентаоксиду ванадію відокремлюють від маточника, промивають і висушують. Маточник, очищений від заліза, використовують у виробництві мінеральних добрив - аміачної селітри, а залізозі слідами ванадію використовують в металургії. Пошук, проведений по джерелах науково-технічної та патентної інформації показав, що сукупність усіх істотних ознак запропонованого технічного рішення невідома. Тому можна вважати, що запропонований спосіб вилучення оксиду ванадію із відпрацьованого каталізатору відповідає вимогам новизни, бо він невідомий із рівня розвитку техніки. Порівнювальний аналіз істотних відмінних ознак запропонованого способу і відомих ознак показує, що ці ознаки застосовані вперше, а вся сукупність істотних ознак запропонованого технічного рішення дозволяє одержати новий результат удосконалити спосіб добування пентаоксиду ванадію із відпрацьованого каталізатора. Таким чином, можна зробити висновок про те, що запропонований спосіб відповідає вимогам винахідницького рівня. Сутність запропонованого способу полягає в отакому. Попередньо відмитий від солей калію і натрію не розмелений відпрацьований каталізатор обробляють протягом 10-30 хвилин при температурі 20-95ºС 21-58% азотною кислотою, вводять 2030% відновника від загальної кількості, що використовується, і витримують 10-30 хвилин при зазначеній температурі, потім вводять всю кількість водного розчину відновника і екстракцію ванадію проводять при температурі 20-95ºС протягом 1,52,0 годин, причому, як відмовник використовують щавлеву кислоту, метанол, етанол, формальдегід, вуглеводи і продукти їх переробки в кількості 0,152,8 моля відновника на 1 моль пентаоксиду ванадію у відпрацьованому каталізаторі. Розчин фільт 2 31203 рують. Після фільтрації в маточник вносять з 350% надлишком проти стехіометрії розчин аміаку і все разом нагрівають при перемішуванні. Осад пентаоксиду ванадію, що утворився, фільтрують, промивають і висушують. Доказом здійснення запропонованого способу є наведені нижче приклади. Приклад 1 (порівнювальний) До 100 г відпрацьованого розмеленого каталізатору, що містить пентаоксид ванадію, вносять 100 мл азотної кислоти з масовою долею моногідрату 20%. Через суспензію протягом 2 годин барботують нітрозний газ, що містить 1,0% оксид азоту. Одержаний розчин азотнокислого ванадію фільтрують і обробляють гострою парою до кипіння, а осад висушують. Степінь вилучення пентаоксиду ванадію із розчину – 45%. Степінь чистоти - 60%. Домішки - залізо, калій, натрій, сульфати. Умови проведення процесу і результати наведені у таблиці. Приклад 2 До 100 г попередньо відмитого від солей калію и натрію нерозмеленого відпрацьованого каталізатора з вмістом 6,2 г пентаоксиду ванадію, вносять 60 мл 58% азотної кислоти і 41 мл 3% водного розчину щавлевої кислоти. Нагрівають при 95ºС з перемішуванням протягом 20 хвилин, потім вносять решту 94 мл 3% розчину щавлевої кислоти. При вказаній температурі витримують ще 1 годину 40 хвилин. Розчин фільтрують. В маточник вносять водний розчин аміаку з надлишком 30% напроти стехіометрії і нагрівають. Перемішування здійснюють барботуванням повітря. Утворений пентаоксид ванадію відфільтровують, промивають водою і висушують. Степінь осадження пентаоксиду ванадію із розчину - 82%, а степінь його чистоти - 90%. Умови проведення процесу і результати наведені у табл. Приклад 3 Дослід проводять як у прикладі 2 з тією різницею, що вносять 160 мл 30% азотної кислоти, витримують 30 хвилин при температурі 60ºС, потім вносять 50 мл 5% формальдегіду і витримують ще при перемішуванні 2 години. Розчин фільтрують. В маточник вносять водний розчин аміаку з надлишком проти стехіометрії 30% і нагрівають при перемішуванні. Степінь осадження пентаоксиду ванадію із розчину - 81%, а степінь чистоти - 91%. Умови проведення процесу і результати наведені у табл. Приклад 4 Дослід проводять як у прикладі 2 з тією різницею, що вносять 160 мл 30% азотної кислоти і 10 г 4,4% водного розчину цукру. Процес ведуть при температурі 20ºС протягом 30 хвилин при ретельному перемішуванні, після чого додатково вносять 29 г 4,4% водного розчину цукру і підвищують тем пературу до 95ºС. Загальна тривалість процесу 2,5 годин. Розчин фільтрують. В маточник вносять зі швидкістю 1 мл за хвилину водний розчин аміаку з надлишком проти стехіометрії 3% і нагрівають при перемішуванні. Степінь осадження пентаоксиду ванадію 84%, а степінь чистоти - 90%. Умови проведення процесу і результати наведені у табл. Приклад 5 Дослід проводять як у прикладі 2 з тією різницею, що вносять 160 мл 30% азотної кислоти і 10 г 5% водного розчину етанолу. Процес проводять при температурі 70ºС протягом 30 хвилин при ретельному перемішуванні, після чого додатково вносять 30 г 5% водного розчину етанолу. Загальна тривалість процесу 2 години. Розчин фільтрують. В маточник вносять водний розчин аміаку з надлишком проти стехіометрії 50% і нагрівають при перемішуванні. Степінь осадження пентаоксиду ванадію 88%, а степінь чистоти - 91%. Умови проведення процесу і результати наведені у табл. Приклад 6 Дослід проводять як у прикладі 2 з тією різницею, що вносять 180 мл 21% азотної кислоти і 1,5 г 98% метанолу. Процес ведуть при температурі 50ºС протягом 30 хвилин при ретельному перемішуванні, після чого додатково вносять 1,5 г 98% метанолу. Загальна тривалість процесу 2 години. Розчин фільтрують, у маточник вносять водний розчин аміаку з надлишком проти стехіометрії 3% і нагрівають при перемішуванні. Степінь осадження пентаоксиду ванадію 63%, а степінь чистоти - 90%. Умови проведення процесу і результати наведені у табл. Із прикладів, пояснюючих запропонований спосіб, видно, що: - спосіб внесення аміаку не впливає на степінь осадження пентаоксиду ванадію з розчину; - органічна група відновників у ході окислювально-відновного акту окислюється до CO і води, які відходять з газовою фазою, що виключає, тим самим, можливість забруднення пентаоксиду ванадію побічними речовинами; - реакція нейтралізації, до котрої відноситься процес взаємодії ванадіймісткого розчину з аміаком, забезпечує степінь осадження пентаоксиду ванадію із розчину не менше 81%; - домішки заліза і миш'яку після виділення пентаоксиду ванадію, виводяться з маточника, а розчин направляється на виробництво аміачної селітри. Запропонований спосіб дозволяє збільшити степінь осадження пентаоксиду ванадію із екстракційного розчину і степінь чистоти пентаоксиду ванадію. 3 31203 Таблиця № п/п 1. Відновник Температура кількість, обробки, С тип моль Оксид азоту Концентрація азотної кислоти, % 15-20 2. Щавлева кислота 1 95 58 3. Формальдегід 2,5 60 30 4. Цукор 0,15 20 30 5. Етанол 1,3 70 30 6. Метанол 2,8 50 21 30% надлишку проти стехіометрії 30% надлишку проти стехіометрії 3% надлишку проти стехіометрії 50% надлишку проти стехіометрії 3% надлишку проти стехіометрії Степінь осадження, % Степінь чистоти, % 45 Кількість аміаку 60 82 90 81 91 84 90 88 91 63 90 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4