анм
на ТЭС сжигают 70% мазута при 50%-ном улавливании ванадийсодержащей пыли;
при легировании стали феррованадием усваивается 80% ванадия;
потери ванадия в химической промышленности - 20%; потери ванадия при производстве лигатур и легировании цветных металлов - 20%;
основная часть (350 т/год) вышедших из употребления ванадийсодержащих аккумуляторов возвращается на переработку или накапливается в виде отходов в специальных накопителях;
ванадий, находящийся в металлофонде, частично (1,8% от объема произведенной легированной стали) диссипирует в окружающую среду в процессе коррозии металлоизделий, а частично (в количестве 11%) вновь вовлекается в металлургическое производство в составе металлолома пропорционально содержанию железа, участвующего в этих процессах;
цветные металлы, содержащие ванадий (в основном титан и его сплавы) и применяющиеся в авиакосмических отраслях, после использования, как правило, безвозвратно (100%) теряются, диссипируя в окружающую среду.
Из-за отсутствия необходимой информации авторам данной статьи не удалось, к сожалению, оценить количественно все техногенные источники ванадия. Распределение ванадия в техногенной среде можно представить в следующем виде, тыс т/год (%):
Извлечение из природной среды 280,285 (100,0)
Диссипация в окружающую среду 118,800 (42,4)
в том числе:
от сжигания 68,475 (24,4)
выветривания и вымывания 1,628 (0,6)
использования химической продукции 0,170 (0,1)
из металлофонда 3,257 (1,2)
из техногенной среды (строительство и др.) 45,270 (16,2)
Накопление в металлофонде и продукции
химической промышленности 25,200 (9,0)
Поступление в техногенные месторождения 136,285 (48,6)
в том числе:
металлургические отходы 34,065 (12,2)
отходы химической промышленности 0,380 (0,1)
отходы энергетики 46,170 (16,5)
вскрышные породы и хвосты 55,670 (19,9)
Повторное использование (циркуляция):
активная (ЗШ0 для извлечения ванадия) 5,250 (-)
пассивная (в составе металлолома) 3,029 (-)
Анализ элементопотока ванадия в техногенной среде (рис. 2) позволяет сделать следующие выводы.
1. Ежегодно из природной среды извлекается свыше 280 тыс. т ванадия, из них около 120 тыс. т направляется на производство металлического ванадия и его соединений. Многостадийное производство ванадия с использованием гидрометаллургического, а особенно пирометаллургичес-кого, способов сопровождается существенными потерями на каждой стадии, что предопределяет низкий сквозной коэффициент его извлечения. В результате в конечную продукцию переходит всего лишь 30 тыс. т ванадия. Таким образом, в техногенной среде от момента добычи в составе руды и до попадания в конечную продукцию в процессе производства и потребления теряется почти 75% ванадия. Около 90 тыс. т ванадия накапливается в качестве техногенных месторождений (шлаков, шламов и других отходов) на металлургических предприятиях. Часть шлаков используется в строительстве, и вместе с ними ванадий диссипирует в окружающую среду.
2. Ежегодно в составе металлофонда аккумулируется около 24 тыс. т ванадия. Однако впоследствии он почти полностью переходит в окружающую среду, поскольку при переработке вторичных металлов основная часть ванадия окисляется и переходит в шлак.
3. В техногенных материалах накапливается свыше 200 тыс. т ванадия, что сопоставимо с объемом его добычи в составе титаномагнетитовых руд.
4. Развитие технологий извлечения ванадия из вторичных материалов в настоящее время обусловлено в основном отсутствием в некоторых странах необходимой рудной базы ванадийсодержащего титаномагнетитового сырья, наличием большого количества отходов других производств, содержащих 1,5-50% (масс.) ванадия, а также жестким экологическим законодательством, предусматривающим высокие платежи за загрязнение окружающей среды.
Производство ванадия с использованием техногенного сырья - наиболее дорогостоящий процесс. Затраты на производство пентоксида ванадия из вторичного техногенного сырья достигают 6-8 долл. США/кг V205, а с использованием традиционных пиро- и гидрометаллургических технологий - 3-5 долл. США/кг. При этом содержание ванадия в техногенных отходах в несколько (иногда десятки) раз выше, чем в титаномагнетитовых рудах.
При существующих мировых ценах на ванадий 12-13 долл. США/кг V205 производство ванадия из техногенных материалов является рентабельным, и, по мнению авторов, вовлечение техногенных ресурсов в производство ванадия является перспективным и целесообразным. Также следует учесть, что с каждым годом технологии переработки техногенного сырья совершенствуются, и постепенно затраты на производство пентоксида ванадия с использованием вторичного сырья приближаются к стоимости пентоксида, производимого по традиционным технологиям. Вследствие этого и истощения сырьевой базы структура производства ванадия будет изменяться в сторону увеличения доли ванадия, производимого из техногенных материалов.
Библиографический список
1. Лисичкин Г.В. Сырьевой кризис и проблемы добычи металлов из морской воды // Соросовский образовательный журнал. № 6. 1998. С. 65-70.
2. Исидоров В.А. Экологическая химия: учеб. пособ. для вузов. -СПб.: Химиздат, 2001. - 304 с.
3. DiFrancesco С.А., Reese R.G. Vanadium Statistics // www.usgs.gorv USGS
4. Бобылев В., Бродов Д., Фофанов А., Рабинович Е. Ванадий - запасов хватит на века // Металлы Евразии. 2001. № 3.
5. Букин В., Лысакова Е., Резник А. О возможности извлечения некоторых редких металлов при комплексной переработке алюминиевого сырья // Национальная металлургия. 2003. Январь-февраль. С 61-66.
6. Смирнов Л.А., Дерябин Ю.А. и др. Конвертерный передел ванадиевого чугуна. - Екатеринбург: Сред.-Урал. кн. изд-во, 2000. - 528 с.
7. Использование ванадия в стали: Сб. тр. - Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2002.
8. Сирина Т.П., Мизин В.Г., Рабинович Е.М. и др. Извлечение ванадия и никеля из отходов теплоэлектростанций. - Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2001. С. 21-52.
9. Roderick J.H., Smith B.C. Vanadium in Asia -A Fundamental Restructure of Supply // Metal Bulletin's Asian Ferro-Alloys'99 Conference (Singapore, April 19-20, 1999).
cu
e
с «
0,
е с
Природная среда (сплошная, нетронутая) - извлечение, не менее 280 тыс. т
Рис. 2. Элементопоток ванадия в техногенной среде (н/д - нет данных)
области использования ванадия: черная и цветная металлургия (87 и 8% соответственно), химическая промышленность (5%);
потери ванадия при производстве пентоксида по гидрометаллургической технологии - 15%;
потери ванадия при обогащении по гидрометаллургической схеме - 48%;
потери ванадия при производстве ферросплава - 8%; переход ванадия в шлак в ходе конвертерной плавки -90%;
годовая добыча нефти 3,3 млрд. т при среднем содержании ванадия 50 г/т;
при переработке нефти 90% ванадия остается в мазуте;
ЭЛЕМЕНТОПОТОК ВАНАДИЯ В ТЕХНОГЕННОЙ СРЕДЕ
© И.Н. Монахов, C.B. Хромов, П.И. Черноусое, Ю.С. Юсфин ы
Московский государственный институт стали и сплавов
"Техногенная история" ванадия началась в 1801 г., когда мексиканский минералог Дель-Рио обнаружил неизвестный элемент в одной из мексиканских руд. За прошедшие с того времени более чем два столетия ванадий превратился в незаменимый для современной индустрии химический элемент, нашел широкое применение во многих отраслях промышленности: металлургии, авиастроении, электронике, химии, медицине и др.
Ванадий занимает семнадцатое место в перечне наиболее распространенных химических элементов. Его содержание в земной коре оценивается 0,019% (масс.), а концентрация в воде морей и океанов составляет 1,5 • 10-6 г/л [1 ]. В осадочных породах и гранитных слоях литосферы содержится соответственно 171 и 623 млн т ванадия, в гидросфере 2004 млн т, педосфере (почве) 9,3 млн т, в растениях 3,75 млн т [2].
В природе происходит постоянное перераспределение ванадия. В его глобальные миграционные потоки вовлечено свыше 3 млн т металла, в том числе на суше 260 тыс. т/год, в океанах 330 тыс. т/год, в речных стоках 40 тыс. т/год в растворах и 2300 тыс. т/год в составе взвесей, эоловый вынос с континента содержит 250 тыс. т/год ванадия [2]. Как видно, основной составляющей миграции ванадия в природной среде является вынос в мировой океан, в котором накоплено свыше 2 млрд т этого металла.
Ванадий относится к рассеянным элементам и в литосфере встречается в основном в комплексных полиметаллических рудах, например, в титаномагнетитовых и иль-менит-магнетитовых, основные запасы которых сосредоточенны в ЮАР, России, Китае и США. В повышенных концентрациях ванадий также встречается в бокситах и в ряде других комплексных руд - уран-ванадиевых, свинцово-цинковых.
Общие мировые промышленные запасы ванадия в рудах (в пересчете на пентоксид ванадия) составляют около 28 млн т, а прогнозные 100 млн т. Это при достигнутом уровне производства (рис. 1) позволит более 700 лет удовлетворять потребности цивилизации в этом металле [3,4].
Большие запасы ванадия сосредоточены в осадочных месторождениях: битуминозных сланцах, сырой нефти и нефтеносных песках, фосфатных породах и др. При их пе-
Год
Рис. 1. Мировое производство ванадия с 1960 по 2000 гг.
реработке ванадий накапливается в различных отходах перерабатывающих производств, шлаках, шламах, золах, которые складируются в непосредственной близости от предприятий. В последнее время накопители промышленных отходов производства стали с полным основанием могут рассматриваться в качестве техногенных месторождений, которые не только в будущем, но уже и в настоящее время становятся важными источниками сырья для различных производств, в частности ванадиевого. К ванадиевым ресурсам техногенного происхождения относятся: золы и шлаки тепловых электростанций (ЗШО ТЭС), отработанные катализаторы сернокислотного производства, шламы титанового и глиноземного производств, попутные продукты и вторичные материалы ванадиевого и феррованадиевого производств.
Следует отметить, что растворимые формы ванадия, содержащиеся в отходах и промежуточных продуктах ванадиевого и ряда других производств, представляют серьезную экологическую опасность. Ряд оксидов в
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.