Исследование возможности извлечения редких металлов из золы-уноса ТЭЦ
Для исследования была собрана электрохимическая ячейка:
В электрохимическую ячейку помещается серная кислота или раствор едкого натра объемом 200-250 мл и концентрацией 100-400 г/л и, при необходимости, термостатируется. После этого в ячейку помещается навеска (20-25 г) обескремненной золы, включается механическая мешалка и электролизер. Сила тока задается в пределах 1-10 А.
3. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Отработка методики анализа на содержание ванадия
Ванадий определялся по методике ГОСТ 10364-90. Она предусмотрена для определения ванадия (V). Но в наших опытах при электролизе ванадийсодержащих растворов ванадий может перейти в более низкую степень окисления (III, IV). Поэтому нами предварительно отрабатывалась методика окисления ванадия.
Опыты проводились с модельными растворами NH4VO3, которые готовились следующим образом. Навеска NH4VO3 массой 0,5740 г растворялась в растворе H2SO4 (1:1), и определялось содержание ванадия по методике. Оно составило 50,9±5,8 мг/л (статистическая обработка в приложении 1).
Затем этот раствор восстанавливали цинком при кипячении в течение 0,5 ч до V(II) фиолетовой окраски. Анализ показал содержание ванадия 32,5±1,6 мг/л, что дает заниженные результаты.
Для окисления V(II) до V(V) использовалась концентрированная азотная кислота в расчете 5 мл HNO3 на 100 мл раствора. Анализ окисленного раствора по методике показал значение 49,9±2,3 мг/л.
Таким образом, предварительное окисление аликвоты азотной кислотой позволяет определить истинное содержание ванадия в растворе.
3.2. Поведение галлия и ванадия при выщелачивании
Предварительными исследованиями было показано, что обработка золы ТЭЦ раствором щелочи 200 г/л при температуре 80°C и времени выщелачивания 2 ч приводит к извлечению 49,7% кремния, 5,5% алюминия и 5,6% ванадия. То есть такая обработка приводит к концентрированию металлов в зольном остатке. Удаление аморфной части SiO2, частичное разрушение частиц золы должно обеспечить более эффективное извлечение галлия и ванадия из золы. Таким образом обработанная зола использовалась в последующих опытах.
3.2.1. Исследование влияния температуры и добавки NaCl на эффективность выщелачивания галлия, ванадия, железа и алюминия в сернокислой среде
Исследование проводилось при условиях:
· концентрация H2SO4 200 г/л;
· время обработки 2 ч;
· Т:Ж=1:5 (40 г золы и 200 мл серной кислоты).
Анализ на содержание элементов в растворе проводился по методикам 2.5.1 – 2.5.4. Степень извлечения металлов рассчитывалась исходя из их содержания в спеке обескремненной золы, %: Ga – 0,0036; V – 0,033; Fe – 5,77; Al – 17,9 (см. 2.5.6.). Данные приведены в таблице 3.2.1.
Таблица 3.2.1.
Полнота выщелачивания Ga, V, Fe и Al в серной кислоте
| Темпе-ратура, °C | NaCl, г/л | Ga | V | Fe | Al | ||||
| m, мг | a, % | m, мг | a, % | m, г | a, % | m, г | a, % | ||
| 55 | - | 0,09±0,02 | 6,1 | 0,81±0,11 | 4,6 | 0,66±0,02 | 36,8 | 0,78±0,05 | 17,7 |
| 70 | - | 0,14±0,04 | 9,6 | 1,09±0,15 | 6,2 | 0,85±0,03 | 47,2 | 0,89±0,06 | 20,2 |
| 90 | - | 0,23±0,06 | 16,3 | 1,06±0,15 | 6,0 | 1,09±0,04 | 60,4 | 1,04±0,06 | 23,6 |
| 85 | 5 | 0,37±0,10 | 25,6 | 1,02±0,14 | 5,8 | 1,28±0,05 | 71,1 | 1,03±0,06 | 23,4 |
| 85 | 50 | 0,35±0,10 | 24,0 | 1,23±0,17 | 7,0 | 1,44±0,05 | 79,8 | 0,92±0,06 | 20,8 |