Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Москва, Россия:

К. В. Гончаров, научный сотрудник, эл. почта: goncharov-imet@mail.ru
К. Г. Анисонян, научный сотрудник
Д. Ю. Копьев, научный сотрудник
Г. Б. Садыхов, заведующий лабораторией

Исследования проводили на ванадатных растворах с концентрацией V₂O₅ 20–35 г/л и pH = 2,5, полученных в производственных условиях при выщелачивании обожженного ванадиевого шлака с добавками известняка. Показана принципиальная возможность получения чистого пентаоксида ванадия из сернокислых ванадатных растворов благодаря предварительной глубокой очистке их от марганца и других примесей путем обработки карбонатом аммония. Добавка карбоната аммония позволяет не только связать ванадий в ванадат аммония, но и выделить марганец и кальций в осадок в виде карбонатов. Изучено влияние концентрации ванадатного раствора и температуры процесса на степень очистки раствора от примесей. Описан химизм процесса взаимодействия раствора карбоната аммония с ванадатами кальция и марганца в сернокислой среде. Показано, что на первом этапе происходит нейтрализация раствора, что приводит к резкому росту рН до 7. Затем начинается интенсивное осаждение карбонатов марганца и кальция. На третьей стадии при увеличении расхода карбоната аммония практически полностью завершается осаждение примесей, и из-за избытка аммиака рН раствора возрастает до 8 и выше. При этом ванадий в растворе присутствует в виде ванадатов аммония. Установлено, что увеличение концентрации V₂O₅ в растворе с 20 до 35 г/л приводит к некоторому ухудшению результатов очистки раствора, так как степень осаждения марганца уменьшается до 94,2 % и потери ванадия увеличиваются до 2,2 %. Приемлемая для очистки раствора температура находится в пределах 25–35 ^оС. Хотя повышение температуры до 40–50 ^оС приводит к полному осаждению марганца (99,3–99,99 %), при этом существенно увеличиваются потери ванадия — до 7,5–13,4 %, что, вероятно, связано с процессом вторичного образования малорастворимого метаванадата марганца. При установленных оптимальных условиях удается практически полностью (>97,7 %) очистить раствор от марганца, при этом потери ванадия с осадком составляют ~1,6 %.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 26 16-3301124\16.

1. Kagawa A. Absorption of hydrogen by vanadium-titanium alloys // Reports of the Faculty of Engineering. Nagasaki University. 1995. Vol. 25, No. 45. P. 233–239.
2. Yamamoto Y., Miyachi M., Yamanoi Y., Minoda A. et al. Synthesis of vanadium-doped palladium nanoparticles for hydrogen storage materials // Journal of Nanoparticle Research. 2011. Vol. 13, No. 12. P. 6333–6338.
3. Жеваго Н. К., Глебов В. И., Денисов Э. И. и др. Микрокапиллярные емкости для хранения водорода // Альтернативная энергетика и экология. 2012. № 9 (113). C. 106–115.
4. 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.
5. Jacques С. Lower-cost Flow Batteries to create $190 Million Energy Storage Market in 2020 // Lux Research. — URL : http://www.luxresearchinc.com/news-and-events/press-releases/read/lower-cost-flow-batteries-create-190-million-energystorage
6. Vanadium // U. S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries. — URL : http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/vanadium/mcs-2015-vanad.pdf
7. Дерябин Ю. А., Смирнов Л. А., Дерябин А. А. Перспективы переработки чинейских титаномагнетитов. — Екатеринбург : Сред.-Урал. кн. изд-во, 1999. — 368 с.
8. Чумарова В. И. Производства ванадиевых сплавов за рубежом. Обзорная информация // Черметинформация. Серия: Ферросплавное производство. Вып. 2. — М. : 1986. — 22 с.
9. Rohrmann B. Vanadium in South Africa // Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy. 1985. Vol. 85, No. 5. P. 141–150.
10. Hall J. The Extraction of Iron and Vanadium from Titanoferous Magnetite Ore with Particucar Reference to the Contribution by the Republic of South Africa // Proceedings of International Symposium on Exploitation and Utilization of Vanadium-Bearing Titanomagnetite. — Panzhihua, China, Beijing : The Metallurgical Industry Press, 1989. P. 38–48.
11. Мизин В. Г., Рабинович Е. М. Комплексная переработка ванадиевого сырья: химия и технология. — Екатеринбург : УрО РАН, 2005. — 416 с.
12. ТИ 127-Ф-01-2002. Производство технического пентоксида ванадия. — Тула, 2002. — 85 с.
13. Основы металлургии. Т. 4. Редкие металлы. — М. : Металлургия, 1967. С. 128–167.
14. Стрепетов С. В., Добош В. Г., Сурат Л. Л. Фазовые равновесия в системах: Fe₂O₃ – CaO – V₂O₅ – MnO(Mn₂O₃), CaO – V₂O₅ – SiO₂ – MnO(Mn₂O₃) и TiO₂ – V₂O₅ – MnO(Mn₂O₃) // Тез. докл. V Всесоюз. совещ. по химии, технологии и приме нению ванадиевых соединений. — Чусовой, 9–11 июня 1987 г. Ч. II. — Свердловск, 1987. С. 48.
15. Крашенинин А. Г., Халезов Б. Д., Ватолин Н. А., Борноволоков А. С. Технология комплексной переработки ванадийсодержащих конвертерных шлаков с извлечением пентоксида ванадия повышенной чистоты и оксидов марганца // Цветные металлы. 2013. № 12. С. 70–74.
16. Садыхов Г. Б., Лякишев Н. П., Резниченко В. А., Гончаренко Т. В., Петрова В. А., Дюдина С. Ю. Получение чистого V₂O₅ при переработке ванадиевых шлаков по известково-сернокислотной технологии // Тез. докл. ХVII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Т. 3. Материалы и нанотехнологии. — Казань, 21–26 сентября 2003 г. — Казань, 2003. С. 372.
17. Садыхов Г. Б., Иванова С. Ю., Резниченко В. А., Гончаренко Т. В., Петрова В. А. К вопросу получения чистого V₂O₅ на различных стадиях переработки ванадиевых шлаков по известково-сернокислотной технологии // Тез. докл. IX Всерос. конф. «Химия, технология и применение ванадия». — Тула : ООО ИТЦ ОАО «Тулачермет», 2004. С. 87, 88.
18. Ватолин Н. А., Молева Н. Г., Волкова П. И. и др. Окисление ванадиевых шлаков. — М. : Наука, 1978. — 150 с.