Дробоног Наталія Миколаївна. Технологія отримання сполук ванадію та молібдену з відпрацьованих каталізаторів

Краткое описание

Дробоног Наталія Миколаївна. Технологія отримання сполук ванадію та молібдену з відпрацьованих каталізаторів : дис... канд. техн. наук: 05.17.01 / Національний технічний ун-т "Харківський політехнічний ін-т". - Х., 2005

Дробоног Н.М. Технологія отримання сполук ванадію та молібдену з відпрацьованих каталізаторів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.01 технологія неорганічних речовин. Національний технічний університет Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2005.
Дисертація присвячена розробці технології отримання сполук ванадію та молібдену з відпрацьованих каталізаторів з одночасною ліквідацією екологічно небезпечних відходів промисловості.
У дисертації проведено термодинамічні дослідження з вивчення взаємодії компонентів відпрцьованого каталізатору з киснем. Проведено дослідження з вивчення впливу параметрів на процес окиснювального випалу відпрацоьваного Ni-Mo каталізатору: температури, розміру часток, об’ємної швидкості повітря та терміну процесу. На підставі отриманих даних запропоновано математичну модель процесу окиснювального випалу.
Вивчено розчинність сполук ванадію, молібдену та нікелю при одночасній їх присутності в розчині аміаку та установлено, що присутність сполук молібдену істотно впливає на розчинність сполук ванадію. Запропоновано реактор, який дозволяє поєднувати два процеси та ліквідує кристалізацію NH4VO3у шарі каталізатору. Досліджено процес кристалізації сполук ванадію та молібдену. Установлено, що в розчинах з високим вмістом молібдену утворюється осад NH4VO3чистотою 99,42% та осад, що має склад (NH4)4(NiH6Mo6O24)5H2O, з якого можна отримати чистий (NH4)6Mo7O244H2O. Запропоновано принципову технологічну схему та основне обладнання для отримання сполук ванадію та молібдену з відпрацьованих каталізаторів. Розраховано економічні показники запропонованої технології.

Дисертаційна робота присвячена розробці технології отримання сполук ванадію та молібдену з відпрацьованих каталізаторів, яка дозволяє отримувати важливу хімічну продукцію та зменшити шкідливий вплив промислових токсичних відходів.
1. Досліджено склад відпрацьованого Ni-Mo каталізатору та встановлено, що до його складу входять сульфіди ванадію та сульфіди ванадію-молібдену, вуглець та вуглеводні.
2. Проведено термодинамічний аналіз реакцій компонентів каталізатору в процесі роботи та взаємодії з киснем. Теоретично обґрунтовано повний перехід сульфідних та карбідних сполук компонентів каталізатора в оксиди вищих ступенів окиснення при взаємодії з киснем повітря. Отримано експериментальне підтвердження теоретичних розрахунків на реальному відпрацьованому каталізаторі.
3. Експериментально досліджено процес окиснювального випалу каталізатору за допомогою кисню повітря. Установлено, що оптимальна температура процесу випалу складає 773-873 К, а розмір часток каталізатору повинен бути не більше 0,5 мм. Показано, що температура випалу повинна підтримуватися в інтервалі 773-873 К, тому що утворення оксидів металів проходить при температурах не нижче 773 К, а при температурах вищих 873 К можлива сублімація МоО3. Показано, що оптимальна об’ємна швидкість повітря становить 3800 год-1. Встановлено послідовно-паралельний хімізм процесу окиснювального випалу. Розроблено математичну модель процесу, яка дозволяє розрахувати показники в залежності від технологічних параметрів, проводити оптимізацію технологічного процесу та розраховувати матеріальні та теплові баланси процесу окиснювального випалу.
4. Встановлено, що при розчиненні V2O5і NH4VO3у водних розчинах аміаку концентрація ванадію (в перерахунку на V2O5) практично не відрізняється. Експериментально показано, що максимальна концентрація складає 22 г/л (в перерахунку на V2O5) при вмісті аміаку в розчині 60 г/л. Установлено, що процес розчинення V2O5відбувається у три етапи: хімічна взаємодія V2O5з розчином аміаку, утворення піро - та ортованадатів та подальший їх перехід у метаванадат амонію.
5. Досліджено розчинність сполук молібдену у водних розчинах аміаку та у воді, встановлено, що при концентрації аміаку до 60 г/л розчинність сполук молібдену є максимальною і становить 400 г/л. Вивчено кінетику процесу розчинення МоО3та встановлено, що процес розчинення МоО3у розчинах аміаку багатостадійний: на першій стадії концентрація МоО3у розчині може досягати 400 г/л, на другій стадії, яка триває 10 хвилин, концентрація зменшується в 1,7 раза, що пов’язано з утворенням полімолібдатів та на третій стадії стабілізується значення концентрації МоО3у розчині на рівні 150 г/л.
6. Досліджено багатокомпонентну систему V-Mo-Ni- NH4+-H2O та вплив компонентів на розчинність кожного з компонентів. Установлено, що найбільш значні зміни відбуваються у підсистемі V-Mo-NH4+-H2O. Так, концентрація ванадію в розчині зменшується в 3,5 рази при підвищенні концентрації МоО3у розчині більше 50 г/л. Установлено, що при зменшенні концентрації аміаку в розчині до 1 г/л концентрація ванадію в розчині, що містить молібден, також зменшується до 1 г/л (в перерахунку на V2O5).
7. Запропоновано реактор, який дозволяє поєднувати два процеси: вилучення компонентів з шару каталізатора у розчин та концентрування сполук ванадію та молібдену у цьому розчині. Використання апарату такого типу дозволяє ліквідувати кристалізацію NH4VO3у шарі каталізатору, що дозволяє збільшити реальний ступінь вилучення сполук ванадію до 99 %.
8. Досліджено процес кристалізації сполук ванадію з робочих розчинів з високим вмістом молібдену. Установлено, що одержаний осад є NH4VO3чистотою 99,42%. Показано, що осад з робочого розчину, після виділення NH4VO3, має склад (NH4)4(NiH6Mo6O24)5H2O, який після перекристалізації переходить у чистий (NH4)6Mo7O244H2O.
9. Запропоновано принципову технологічну схему та основне обладнання для отримання сполук ванадію та молібдену з відпрацьованих каталізаторів. На підставі розрахунку матеріальних потоків запропонованої технологічної схеми та запропонованого обладнання розраховано техніко-економічні показники виробництва. При потужності виробництва 200 тон на місяць з вартістю обладнання близько 1,7 млн. грн. прибуток складає 2663 грн на 1 тону переробленого каталізатору або 5859568 грн/рік.