2.6. Элементопоток ванадия в техносфере.

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. /241, 244/. Распределение ванадия между осадочными и гранитными слоями литосферы, растительностью континентов, педосферой и гидросферой представлены в таблице 34. /243, 245/

Таблица 34. Ванадий в природной среде, млн. т

В природе происходит постоянное перераспределение ванадия. В глобальные миграционные потоки ванадия вовлечено свыше 3 млн. т металла /243…246/. Основным направлением миграции ванадия в природной среде является вынос в мировой океан, в котором накоплено свыше 2 млрд. т металла. Ванадий относится к рассеянным элементам и в литосфере встречается в основном в комплексных полиметаллических рудах. Местом концентрации ванадия являются титаномагнетитовые и ильменит-магнетитовые руды, 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.

Таблица 35. Глобальные миграционные потоки ванадия, тыс. т/год

Общие мировые промышленные запасы ванадия в рудах (в пересчете на пентаоксид ванадия) составляют около 28 млн. т, а прогнозные оцениваются в 100 млн. т. /246…249/. Большие запасы ванадия сосредоточены в осадочных месторождениях: битуминозных сланцах, сырой нефти и нефтеносных песках, фосфатных породах и т.п. При их переработке ванадий накапливается в различных отходах перерабатывающих производств, шлаках, шламах, золах, которые складируются в непосредственной близости от перерабатывающих предприятий и представляют собой техногенные месторождения. 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 /243, 249, 250/.

Богатым источником ванадия является нефть. При крекинге нефти ванадий переходит в тяжелые фракции, где его концентрация возрастает в десятки раз. Тяжелые фракции нефтеперегонки впоследствии сжигают на ТЭС, при чем органическая часть сгорает, а неорганическая часть оседает на поверхностях котлоагрегатов и газовых трактов ТЭС. При этом содержание ванадия в ЗШО ТЭС возрастает до 20-40 % (масс.).

На многих глиноземных заводах предусмотрено выделение соединений ванадия из алюминатных растворов в виде «ванадиевого шлама». Количество ванадия, переходящего в глиноземном производстве в ванадиевый шлам, оценивается в 1500-1600 т/год /248/.

Металлургию ванадия подразделяют на три основных способа:

• пирометаллургический – ванадий извлекают из ванадийсодержащего шлака, получаемого в качестве попутного продукта при производстве стали деванадацией ванадиевого чугуна, выплавляемого из титаномагнетитовых и ильменит-магнетитовых руд;

• гидрометаллургический – при котором ванадий извлекают химическим выщелачиванием из обожженных (с необходимыми добавками) титаномагнетитовых и ильменит-магнетитовых концентратов;

• из техногенных материалов – ванадий экстрагируют из вторичных материалов техногенного происхождения с использованием различных гидрохимических технологий.

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, богатых по содержанию ванадия (от 1,5 до 50 % (масс.)), а также жестким экологическим законодательством, предусматривающим высокие платежи за загрязнение окружающей среды.

При определении параметров элементопотока ванадия в техногенной среде были приняты следующие исходные данные и сделаны допущения /243, 246, 249…258/:

• расчет выполнен на металлический ванадий, годовое производство которого в мире принято равным 43000 т;

• не учитывались потери при транспортировке материалов;

• структура источников сырья: ванадийсодержащий шлак (68 %), первичная руда (23,4 %), техногенные (8,6 %);

• использование ванадия: для легирования стали в черной металлургии (87 %), в цветной металлургии (8 %), в химической промышленности (5 %);

• потери ванадия при производстве пентаоксида по гидрометаллургической технологии – 15 %;

• потери ванадия при обогащении по гидрометаллургической схеме – 48 %;

• переход ванадия в шлак в ходе конвертерной плавки составляет 90 %;

• годовая добыча нефти составляет 3,3 млрд. т при среднем содержании ванадия 50 г/т;

• при переработке нефти 90% ванадия остается в мазуте;

• 70 % мазута используется для сжигания на ТЭС;

• при сжигании мазута на ТЭС улавливание ванадийсодержащей пыли составляет 50%;

• потери ванадия при производстве ферросплава составляют 8%;

• при легировании стали феррованадием, металлом усваивается 80 % ванадия;

• потери ванадия в химической промышленности составляют 20 %;

• потери ванадия при производстве лигатур и при легировании цветных металлов приняты 20%;

• основная часть отработанных ванадийсодержащих аккумуляторов (ОВК) возвращается на переработку, а оставшаяся аккумулируется в виде отходов в специальных накопителях, остальные виды ванадийсодержащих изделий не утилизируются и содержащийся в них ванадий постепенно распространяется в окружающую среду;

• ванадий, находящийся в металлофонде, частично поступает в окружающую среду в процессе коррозии стальных изделий, а частично снова вовлекается в металлургическое производство в составе металлолома, пропорционально железу, участвующему в этих процессах;

• цветные металлы, содержащие ванадий (в основном титан и его сплавы) и применяющиеся в авиационных и космических отраслях, после использования, как правило, безвозвратно теряются, и ванадий попадает в окружающую среду.

Результаты расчетов параметров элементопотока ванадия в техногенной среде представлены на рисунке 11 и в таблице 36.

Рисунок 11. Движение ванадия в техносфере, тыс. т / год.

Таблица 36. Распределение ванадия в техногенной среде.