Разработка гидрометаллургического процесса переработки ценных металлов из отработанного катализатора SCR deNOX

Том 11 научных отчетов, номер статьи: 22131 (2021) Цитировать эту статью

Доступы 1875 г.

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Отработанный катализатор, содержащий оксиды ванадия и вольфрама в матрице из стекловолокна TiO2, представляет опасность загрязнения окружающей среды из-за высокой токсичности его оксидов металлов при выщелачивании в почву при захоронении на свалках. В связи с растущим спросом на металлы и постоянным истощением первичных ресурсов существует растущая необходимость переработки и переработки отработанных катализаторов и других источников вторичных металлов по экологическим и экономическим причинам. Исследование процесса содового обжига отработанного катализатора СКВ с растворенным NaOH в сравнении с обычным сухим обжигом NaOH и его влияние на последующее водное выщелачивание. После оптимизации идеальными параметрами являются обжиг с использованием соотношения NaOH/отработанный катализатор СКВ в растворе 0,4 в течение 2 часов при 973 К и выщелачивание деионизированной водой в течение 30 минут при 298 К с плотностью пульпы 30%. Результаты исследований показывают значительное снижение температуры обжига и времени выщелачивания при переработке отработанного катализатора SCR с получением щелока с эффективностью выщелачивания 95,4% W и 80,2% V. Соединения кремния являются одной из основных примесей, выщелачиваемых наряду с ценными металлами, и в этой работе количество выщелачиваемых соединений кремния значительно снижается с целью избежать последующей обработки десиликации щелока от выщелачивания. Основным преимуществом предлагаемого процесса является повышение эффективности выщелачивания ванадия и вольфрама при минимизации примесей кремния в более короткие сроки независимо от температуры выщелачивания.

С 2000-х годов (новое тысячелетие) растущая обеспокоенность по поводу загрязнения окружающей среды, вызванного оксидами азота, напрямую повлияла на рост производства и спроса на катализаторы селективного каталитического восстановления (SCR) для минимизации выбросов NOx из различных источников (стационарных и мобильных). по всему миру1,2,3. Таким образом, количество отходов катализаторов, образующихся за счет увеличения количества производимых катализаторов SCR, также увеличивается4,5. До сих пор отработанные катализаторы SCR, которые были деактивированы в результате отравления, регенерировались и повторно использовались до тех пор, пока активность не снизится, при этом большинство из них выбрасывается на свалки вместе с отходами, предназначенными для определенных целей в соответствии с правилами каждой страны6,7,8. Однако состав отработанного катализатора представляет еще одну угрозу для окружающей среды при его захоронении или захоронении из-за накопления и выщелачивания V2O5, высокотоксичного соединения наряду с другими тяжелыми металлами. Кроме того, дезактивированный катализатор не может быть переработан напрямую в качестве нового носителя катализатора из-за высокого содержания As, Na, Ca, Fe и K и его уязвимости к химической токсичности9,10,11. Одним из наиболее распространенных и эффективных катализаторов являются катализаторы SCR, состоящие из V2O5–WO3/TiO2, которые, как правило, имеют очень высокое содержание Ti, W и V, следовательно, их восстановление и повторное использование может быть экономически и экологически целесообразным вариантом. Ti, W и V, восстановленные после восстановления, могут быть использованы в качестве сырья для новых катализаторов или в качестве сырья в других отраслях промышленности4,12,13. Соответственно, активно проводятся исследования по разработке технологий для восстановления и переработки сырья из отработанных катализаторов14. Широко известны разнообразные гидрометаллургические методы переработки титана, вольфрама и ванадия из отработанных катализаторов СКВ, заключающиеся в приготовлении фильтрата содовым обжигом15, давлением16 или кислотно-щелочным выщелачиванием с последующей очисткой с получением ценного металлы в растворе17.

Ву и др. (2016) исследовали переработку вольфрама из отработанного катализатора СКВ (сотового типа) методом щелочного выщелачивания-ионного обмена. Образцы отработанного катализатора с размером частиц 74 мкм выщелачивали при высоком соотношении жидкостей 3% и температуре реакции 70 °C в течение 30 минут соответственно, и выщелачивали 91 и 87% по массе W и V соответственно. Фильтрат адсорбировали с помощью сильноосновной анионообменной смолы (Amberlite IRA900), а двухвалентный WO4- селективно отделяли в условиях высокого pH18. Чой и др. (2019, 2018a) провели эксперименты по обжигу соды с Na2CO3 для реакции с отработанными катализаторами SCR. Количество Na2CO3 составляло 10 эквивалентов, отработанный катализатор СКВ с размером частиц менее 106 мкм обжигали при 1070 К в течение 120 мин. В данном исследовании было установлено, что увеличение количества выщелачиваемого вольфрама связано с ингибированием образования CaWO4 за счет увеличения добавки Na2CO3, а также скорости перехода анатаза TiO2 в рутиловую фазу. Напротив, количество выщелачиваемого ванадия не зависело от количества карбоната натрия, и результаты эксперимента показали приблизительную постоянную скорость около 40%. Это было связано с образованием кальций-ванадиевой кислоты при реакции с CaO, присутствующим в сырье, а выщелачивающая способность V была получена при анализе количества кальция в сырье2,10,15. Ву и др. (2018) исследовали механизмы селективного выщелачивания и реакции V и Fe с использованием щавелевой кислоты. Эксперимент проводился в течение 180 минут при температуре реакции 90 °C, высоком соотношении жидкостей 20 мл/г и размере частиц 75 мкм с использованием концентрации щавелевой кислоты 1,0 моль/л. Результаты показали Выщелочено 84% V и 96% Fe. Растворимые катионы VO2+ и Fe3+ восстанавливались в процессе растворения и комплексообразования в реакции выщелачивания. Было обнаружено, что V и Fe дают высокую степень выщелачивания, когда они присутствуют в некоторых формах VOC2O4 и Fe(C2O4)2 при pH 0,33, что показывает, что окислительно-восстановительная реакция приводит к нарушению равновесия растворения и комплексообразования для VO2+, VO+. и Fe3+. В случае вольфрама и титана происходили только реакции растворения и комплексообразования, а эффективность выщелачивания сдерживалась растворимостью19.