Тазаланған  мысты  аймақтың  балқытумен  қопалардан  тазалау  бойынша  технологиялық

●   Х и м ик о - ме та л л у рг и че ски е  на ук и

 

№1 2017 Вестник КазНИТУ

 

500

 

 

 

 

 

 

УДК 669.292 

 

Ж.А. Алыбаев, Л.Т. Бошкаева, С.К. Джуманкулова, Д.  Толеген, С.А. Турсунжанов 

(Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И.Сатпаева,  

Алматы, Республика Казахстан) 

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРООКИСЛЕНИЯ И ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ 

 ВАНАДИЕВЫХ РУД КАЗАХСТАНА 

  

Аннотация: 

В 

данной 

работе 

приведены 

результаты 

экспериментальных 

исследований 

электрохимического  окисления  ванадия  с  двух-  и  четырехвалентного  ванадия  до  пентаоксида  ванадия  при 

кислотном выщелачивании руд Большого Каратау. Необходимо отметить, что в электрохимическое окисление 

ванадия непосредственно из руд (природного сырья) проводятся впервые.  При этом изучены растворимость в 

кислоте  (H

2

SO

4

)  окисленных  руд  низших  и  высших  оксидов  ванадия,  определены  природа  электродов  

(анод – свинец, катод – графит), оптимальные концентрации и температуры электролита на степень окисление 

и  перехода  ванадия  в  раствор  в  окисленной  форме.  Экспериментально  установлено,  что  наибольшая  степень 

извлечения  ванадия  в  раствор  (~92-95 %)  при  выщелачивании  трудновскрываемых  руд  Большого  Каратау 

сложного  состава,  достигается  при  совместном  проведении  процессов  электроокисления  и  выщелачивания 

предварительно  обожженных  руд  с  10  %-ной  серной  кислотой,  при  температуре  65 °С,  продолжительности  

1 час, анодной плотности тока 200 А/м

2

, в оптимальном соотношении Т:Ж=1:4.  

 Ключевые  слова:  ванадий,  раствор,  электрохимическое  окисление,  выщелачивание,  серная  кислота, 

концентрация, температура, руда, степень извлечения 

 

В  работах  исследователей  ванадиеносной  пачки  Большого  Каратау  указаны,  что  основным 

носителем  минерализации  ванадия  являются  углеродисто-глинисто-кремнистые  сланцы,  несколько 

пониженные значения содержаний ванадия отмечаются в углеродисто-кремнисто-глинистых сланцах, 

а  остальные  виды  пород  несут  низкие  концентрации  ванадия  [1-5].  В  результате  выполнения 

объемных  исследований  учеными  были  определены  основные  минеральные  носители  ванадия  в 

первичных,  не  подвергшихся  окислению  сланцах:  сульванит  (Cu

3

V

5+

S

4

),  патронит  (V

4+

(S

2

2-

)

2

), 

бариевый 

роскоэлит 

((K,Ba)(V

3+

,Al,Mg,Fe)

2

[(Si

4-n

Al

n

)

4

O

10

](OH)

2

), 

черныхит 

((Ba,K,NH

+

4

)(V

3+

,Al,Mg)

2

[(Si

4-n

Al

n

)

4

O

10

](OH)

2

), 

ванадий 

содержащие 

мусковит 

и 

фенгит 

((K,Ba,Ca)(Al,Mg,V

3+

,Fe)(Si,Al)

4

O

10

(OH)

2

).  В  этих  минералах  ванадий  находиться  в  основном  трех-, 

четырех- и пятивалентной форме.  

В  результате  детального  изучения  минералогического  состава  и  свойств  руд  месторождений 

Большого  Каратау  выявлено,  что  технология  переработки  таких  ванадиевых  руд  будет  весьма 

сложна,  поскольку  они  имеют  неоднородный  минералогический,  сложный  химический  состав  и 

трудно  поддаются  к  обогащению.  Применяемые  до  настоящего  времени  пирометаллургические 

(обжиг  при  750 

0

С),  гидрохимические  (выщелачивание)  и  другие  методы  (сорбция)  переработки 

ванадиевых  руд  Большого  Каратау  не  рассматривает  полного  окисление  низших  валентностей 

ванадия,  возможно  из-за  чего  не  обеспечивается  высокое  извлечение  ванадия  из  руд.  Применение 

электрохимического  способа  может  дать  огромную  возможность  для  усовершенствования 

существующей технологии переработки ванадиевых руд Большого Каратау и создания эффективного 

производство ванадия  и сопутствующих к нему ценных элементов (урана, РЗЭ).  

В  литературе  [6-10]  многими  авторами  показаны  эффективность  использование 

электрохимических  способов  (электроокисления  и  электровыщелачивания)    при  переработке 

вторичных  ванадийсодержащих  материалов  (твердых  отходов  ТЭС,  отработанных  ванадиевых 

катализаторов),  а  также  для  извлечения  золота,  меди,  свинца,  цинка  и  др.  металлов  из  руд.  По 

мнению  авторов,  электрохимическая  обработка  руд  является  весьма  перспективным  направлением 

геотехнологии,  где  с  помощью  постоянного  и  переменного  электрического  тока,  варьированием 

плотности  тока,  концентрации  химического  реагента,  продолжительности  электрохимической 

обработки,  поляризации  минералов,  можно  регулировать  окислительно-восстановительную 

способность  среды,  интенсифицировать  химические  процессы  при  выщелачивании,  организовать 

селективное выщелачивание ценных металлов и повысить степень их извлечение, сократить расход 

реагентов.  При  этом,  помимо  организации  в  заводских  условиях  (например,  в  промышленных 

электролизерах), электрохимические процессы растворение металлов можно проводить и в массивах 

подземного и кучного выщелачивания.  

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017

 

501

 

●   Х и м ия - ме т а л л ург ия  ғ ы л ы мда ры

 

 

 

 

 

 

В данной работе приведены результаты экспериментальных исследований электрохимического 

окисления ванадия при выщелачивании руд Большого Каратау. при этом были  определены влияния 

концентрации  и  температуры  электролита  на  степень  окисление  и  перехода  ванадия  в  раствор  в 

окисленной  форме.  Необходимо  отметить,  что  в  литературе  отсутствует  какие-либо  данные  по 

электрохимическому окислению ванадия непосредственно из руд (природного сырья), следовательно, 

экспериментальные  исследования  по  данному  направлению  проводятся  нами  впервые. 

Экспериментальные исследования проводились в мембранном электролизере МК-40. Известно, что в 

таких  электролизерах  с  разделенными  электродными  пространствами  протекают  окислительно-

восстановительные реакции, т.е. изменение степеней окисления тех или иных ионов: Ме

2+

 ± e = Ме

3+

 ; 

MеO

2-

4

  ±  e  =  MеO

-

4

  .  При  этом  на  электродные  процессы  может  оказать  существенное  влияние 

природа  материала  электрода,  плотность  тока  на  электродах,  а  также  температура  электролита  и 

концентрации  исходных  растворов.  В  качестве  наиболее  эффективного  и  дешевого  материала  для 

проведения  процесса  окисления  был  выбран  свинец,  поэтому  анод  был  изготовлен  из  свинцовой 

пластины,  а  катод  –  из  графита.  В  качестве  электролита  выбрали  серную  кислоту  различной 

концентрации  (5,  10  и  15  %)  и  5%-ный  NaOH.  Температура  электроокисление  составляло  от  25  до 

85 °С  (с  шагом  20

0

С).  Известно,  что  повышение  плотности  тока  на  электродах  может  привести  к 

увеличению  электродного  потенциала  и,  соответственно,  увеличению  восстановительной  или 

окислительной  способности  электрода,  что  в  свою  очередь,  позволяет  осуществлять  трудно 

протекающие  окислительно-восстановительные  процессы.  Но,  при  этом,  чрезмерное  повышение 

плотности  тока  уменьшает  выход  по  току,  что  может  привести  к  израсходованию  электрической 

энергии в основном на выделение кислорода или водорода. Поэтому оптимальное значение анодной 

плотности  тока  составило  200  А/м

2

.  К  электроокислению  подвергались  как  сырая  (необожженная), 

так  и  предварительно  обожженная  (огарок)  руда  м.Баласаускандык  и  Курумсак.  Перед  началом 

процесса  руду  и  огарка  измельчали  до  крупности  0,01  мм.  Навеску  смешивали  с  электролитом 

заданной концентрации в соотношении Т:Ж=1:4, полученную смесь заливали в анодное пространство 

электролизера  и  перемешивали  с  помощью  мешалки  со  скоростью  120-150  об./  мин,  а  в  катодное 

пространстве  –  только  кислоту.  В  ходе  электрохимических  процессов,  на  анодной  зоне  происходит 

окисление низших соединений ванадия за счет газообразного кислорода, образующегося в результате 

разложения  молекул  воды  или  ионов  гидроксила,  а  на  катодной  –  выделение  водорода  по  реакции:                      

H

2

O + e → 1/2 H

2

+OH

-

. Продолжительность процесса электроокисления составило 1 час. По окончанию 

эксперимента  раствор  фильтровали  и  определяли  в  нем  и  кеке  содержание  ванадия.  Некоторые 

результаты экспериментов по электроокислению показаны в виде графика на рисунках 1 и 2.  

При  изучении  влияния  концентрации  исходного  раствора,  выявлены,  что  если  концентрация 

раствора  будет  небольшой,  а  процесс  будет  осуществляться  при  больших  плотностях  тока  для 

достижения  высокого  потенциала,  то  в  приэлектродном  слое  из-за  недостаточной  диффузии  ионов, 

подлежащих  разряду,  могут  наступить  условия  для  выделения  водорода  или  кислорода  на 

соответствующих  электродах.  Из  рисунка  1  видно,  что  оптимальная  концентрация  раствора  серной 

кислоты для электроокислении ванадия составляет 10 %. 

 

 

 

Рис. 1. Зависимость степени извлечения ванадия в раствор от концентрации исходных растворов при 

электроокислении: 1 – сырая руда м. Баласаускандык; 2 – сырая руда м. Курумсак; 3 – обожженная руда 

(огарок) м. Баласаускандык; 4 – обожженная руда (огарок) м. Курумсак 

●   Х и м ик о - ме та л л у рг и че ски е  на ук и

 

№1 2017 Вестник КазНИТУ

 

502

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Зависимость степени извлечения ванадия в раствор от температуры при электроокислении с 10%-ной 

H

2

SO

4

 : 1 – сырая руда м.Баласаускандык; 2 – сырая руда м.Курумсак; 

 3 – обожженная руда (огарок) м. Баласаускандык; 4 – обожженная руда (огарок) м. Курумсак 

 

Оптимальным значением температуры был выбран 65 

0

С (рисунок 2). При этом выявлено, что 

повышение  температуры  может  повлиять  на  улучшение  электропроводности  электролита  и 

интенсифицировать процесс электроокисление, но также может привести к изменению (уменьшению 

или  увеличению)  перенапряжения  для  выделения  газов  (Н2,  О2),  а  также  усиливать  побочные 

реакции. 

В  результате  экспериментальных  исследований,  установлено,  что  при  проведении  процесса 

электроокисления ванадиевых руд м. Баласаускандык и Курумсак в мембранном электролизере МК-

40 с разделенными электродными пространствами со свинцовым анодом и графитовым катодом при 

плотности  тока  200  А/м

2

,  при  температуре  65

0

С,  продолжительностью  1  час  и  при  концентрации 

исходного  раствора  серной  кислоты  10 %  с  механическим  перемешиванием  анодной  зоны  со 

скоростью  120-150  об./  мин  степень  извлечения  ванадия  в  раствор  составляет  69-70,1%,  а  при 

электрокислении  предварительно  обожженных  руд  (огарков)  данных  месторождений  в  указанных 

параметрах  –  90,9-92,1%,  что  значительно  выше  по  сравнению  с  результатами  электроокисления 

сырой (необожженной) руды. 

В  таблицах  1  и  2  приведены  результаты  электроокисления  ванадия  при  выщелачивании  с  

10%-ной  H

2

SO

4

  и  5%-ной  NaOH  сырых  (необожженных)  и  предварительно  обожженных  (огарков) 

руд м. Баласаускандык.  

 

Таблица  1.  Результаты  электроокисления  ванадия  из  руд  м.Баласаускандык  при 

выщелачивании  с  10%-ной  H

2

SO

4

  и  5%-ной  NaOH;  Т:Ж  =  1:4;  продолжительность  –  1  час, 

температура – 65

0

С; анодная плотность тока 200 А/м

2

 

 

 

                                                 Номер опыта 

 Наименование показателей 

Опыт 1 

Опыт 2 

Опыт 3 

с 10%-ной H

2

SO

4

 

Извлечение ванадия в раствор, г/л 

0,49 

0,49 

0,50 

Степень извлечения ванадия в раствор, % 

69,30 

68,80 

70,10 

Содержание ванадия в кеке  

0,22 

0,22 

0,21 

                                               Номер опыта 

 Наименование показателей 

Опыт 4 

Опыт 5 

Опыт 6 

с 5%-ной NaOH 

Извлечение ванадия в раствор, г/л 

0,27 

0,28 

0,28 

Степень извлечения ванадия в раствор, % 

38,80 

39,30 

39,50 

Содержание ванадия в кеке  

0,44 

0,43 

0,43 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017

 

503

 

●   Х и м ия - ме т а л л ург ия  ғ ы л ы мда ры

 

 

 

 

 

 

Таблица  2.  Результаты  электроокисления  ванадия  из  предварительно  обожженной  руды 

(огарка) м.Баласаускандык при выщелачивании с 10%-ной H

2

SO

4

 и 5%-ной NaOH; Т:Ж = 1:4; 

продолжительность – 1 час, температура – 65

0

С; анодная плотность тока 200 А/м

2

 

 

 

                                               Номер опыта 

Наименование показателей 

Опыт 13 

Опыт 14 

Опыт 15 

с 10%-ной H

2

SO

4

 

Извлечение ванадия в раствор, г/л 

0,63 

0,64 

0,66 

Степень извлечения ванадия в раствор, % 

88,20 

89,70 

93,80 

Содержание ванадия в кеке  

0,08 

0,07 

0,04 

                                               Номер опыта 

 Наименование показателей 

Опыт 16 

Опыт 17 

Опыт 18 

с 5%-ной NaOH 

Извлечение ванадия в раствор, г/л 

0,35 

0,35 

0,34 

Степень извлечения ванадия в раствор, % 

49,30 

49,50 

48,30 

Содержание ванадия в кеке  

0,36 

0,36 

0,37 

 

Из  данных  таблиц  1  и  2  видно,  что  окисление  ванадия  как  из  сырых  (необожженных),  так  и 

предварительно  обожженных  (огарков)  руд  зависит  не  только  от  концентрации,  но  и  от  вида 

электролита.  Электроокисление  в  щелочной  среде  не  дал  высоких  результатов,  по  сравнению  с 

кислой средой, возможно это связано с тем, что при взаимодействии руды, содержащей очень много 

кремнезема  и  других  примесей,  с  щелочью,  в  первую  очередь,  образуются  клейкообразная  масса 

силикатов и других солей натрия. Кроме того, нами было использована низкая концентрация щелочи, 

но  увеличение  концентрации  щелочи  может  привести  к  образованию  труднофильтрируемой  густой 

массы.  При  этом  наиболее  рациональным  считается  электрокисления  в  кислой  среде  с 

использованием наиболее дешевой серной кислоты. 

Таким образом, экспериментально установлено, что наибольшая степень извлечения ванадия в 

раствор  (~92-95 %)  при  выщелачивании  трудновскрываемых  руд  Большого  Каратау  сложного 

состава,  достигается  при  совместном  проведении  процессов  электроокисления  и  выщелачивания 

предварительно  обожженных  руд  с  10%-ной  серной  кислотой,  при  температуре  65 

0

С, 

продолжительности 1 час, анодной плотности тока 200 А/м

2

, в оптимальном соотношении Т:Ж=1:4.  

 

ЛИТЕРАТУРА 

[1] Анкинович Е.А. Минералогия и условия формирования ванадиеносного горизонта среднего кембрия 

северных отрогов Тянь-Шаня и Юго-Западных районов Центрального Казахстана. Дис. докт. геол.-минер. наук. 

– Алма-Ата, – 1964, – Т.1. 

[2]  Анкинович  С.Г.,  Анкинович  Е.А.,  Альжанов  Т.М.,  Калинин  С.К.  Металлоносность  углеродисто-

кремнистой ванадиеносной формации Южного Казахстана // Металлогения и рудообразование.  – Алма-Ата, – 

1979, – С. 132-141. 

[3] Анкинович Е.А., Анкинович С.Г., Зазубина И.С., Дьяк В.Н. Особенности распределения элементов в 

углеродисто-кремнистой  ванадиеносной  формации  СЗ  Каратау  //  Сб.  Вопросы  металлогении,  структурных 

особенностей и вещественного состава месторождений Казахстана. – Алма-Ата: КазПТИ, – 1985, – С. 27-45. 

[4]  Анкинович  Е.А.,  Зазубина  И.С.,  Орлова  О.С.  Специализированные  исследования  в  пределах 

Баласаускандык-Курумсакского рудного поля // Отчет по теме КазПТИ, – 1986, – 87 с. 

[5] Бекенова Г.К. Природные ванадиевые бронзы ванадиеносного бассейна Каратау (Южный Казахстан) 

// Вестник ИА РК. – 2004, – №4, – С. 30-38. 

[6] Ажихина Ю. В., Серегин А. Н., Рудин В. Н. Металлургическая технология переработки отработанных 

ванадиевых катализаторов сернокислотного  производства // Тез.  докл. VII Всерос.  Совещ. 16-20  сентября 1996  г., 

Пермская обл., г. Чусовой. – С. 46. 

[7]    А.  с.  №1162093  СССР.  МПК  В01F23/92.  Способ  извлечения  V

2

O

5

  из  ОВК  /  Авт.  изобрет.  И.  В. 

Винаров, Р. Г. Янкелевич, О. В. Владимирова, И. В. Починок. опубл. 23.05.90. бюл. № 19. 

●   Х и м ик о - ме та л л у рг и че ски е  на ук и

 

№1 2017 Вестник КазНИТУ

 

504

 

 

 

 

 

 

[8]  Рабинович  Е.  Тенденции  и  перспективы  использования  техногенных  ванадийсодержащих  отходов 

при  производстве  пентаоксида  ванадия  в  России  /  Е.  Рабинович,  Л.  Сухов,  И.  Выговская,  Е.  Гриберг  // 

Национальная металлургия. – 2003, – №1, – С. 71-73. 

[9] Ерофеев Л.Я. Электрические свойства минералов и горных пород. – Томск: ГНУ. – 1994, – 54 с. 

[10] Патент №478935,  RU. МПК Е21В43/28. Способ электромагнитного выщелачивания руд различных 

металлов. Цветков В. С., Халезов Б. Д. опубл. 30.07.1975,  бюл. №28. 

[11] Арене В.Ж., Поров Н.В. Применение электротехнологии для интенсификации процесса подземного 

выщелачивания металлов. Тр. ГИ ГХС. – 1979, – №50. 

 

Алыбаев Ж.А., Бошкаева Л.Т., Джуманкулова С.К., Толеген Д., Турсунжанов С.А. 

Исследование электроокисления и выщелачивания ванадиевых руд Казахстана 

Резюме:  В данной работе приведены результаты экспериментальных исследований электрохимического 

окисления  ванадия  при  выщелачивании  руд  Большого  Каратау.  При  этом  были  определены  влияния  вида, 

концентрации  и  температуры  электролита  на  степень  окисление  и  перехода  ванадия  в  раствор  в  окисленной 

форме.  Необходимо  отметить,  что  в  электрохимическое  окисление  ванадия  непосредственно  из  руд 

(природного  сырья)  проводятся  нами  впервые.  При  этом,  экспериментально  установлено,  что  наибольшая 

степень  извлечения  ванадия  в  раствор  (~92-95 %)  при  выщелачивании  трудновскрываемых  руд  Большого 

Каратау  сложного  состава,  достигается  при  совместном  проведении  процессов  электроокисления  и 

выщелачивания предварительно обожженных руд. 

жүктеу/скачать 28,19 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: