CN104630482B - 一种废弃脱硝催化剂综合利用的碱浸离子交换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废弃脱硝催化剂综合利用的碱浸离子交换方法，将废弃的脱硝催化剂粉碎，然后将粉碎后的废脱硝催化剂用弱碱溶液浸出，选取合适的离子交换树脂对钒离子进行富集浓缩，然后再进行沉钒和脱氨等操作达到提纯的目的。本发明将废弃脱硝催化剂中的五氧化二钒先与其他金属氧化物分离，进而进行提纯，回收的五氧化二钒纯度达到99%，五氧化二钒的回收率达到85%，而将分离出五氧化二钒后的物料用于代替钛铁矿作为硫酸法生产钛白粉的原料，实现废弃脱硝催化剂的综合利用。

Description

一种废弃脱硝催化剂综合利用的碱浸离子交换方法
技术领域
本发明涉及一种废弃脱硝催化剂综合利用的碱浸离子交换方法，尤其是废弃脱硝催化剂综合利用的碱浸离子交换方法。
背景技术
我国能源结构中，主要以煤炭能源为主，燃烧煤炭就会产生氮氧化物，氮氧化物（NOx）主要包括NO、NO2、N2O等，不仅会形成酸雨，还能导致化学烟雾，危害人类健康。NOx造成空气污染越来越引起人们的重视，有关控制排放的法规也在日趋完善。目前，选择性催化还原（SCR）法被认为是最好的烟气脱硝技术，具有较高的脱硝效率（可达90%），且技术较为成熟，无二次污染，在国内外得到越来越多的应用。
目前SCR法常用的是高温催化剂，其以TiO2为载体，主要成分为V2O5-WO3(MoO3)等金属氧化物，这些成分占催化剂总量的90％以上，其余的微量组分根据锅炉燃用的具体煤种添加。
SCR脱硝催化剂通常采用“2+1”的安装方式，即先安装2层催化剂，约3年后再加装第3层，3年后更换第1层催化剂，此后每2年更换一层催化剂。根据SCR催化剂３年左右的使用寿命来推算，到2015年将有至少27万ｍ3的废弃催化剂产生。
大量失效的废催化剂如何处理、处置已经引起世界各国的高度重视。倘若对这些废催化剂不加处置而随意堆置的话，一方面会占用大量的土地资源，增加企业的成本；另一方面催化剂在使用过程当中所吸附的一些有毒、有害物质以及自身所含有的一些金属元素会由于各种作用而进入到自然环境，特别是水体，给环境带来严重危害；第三方面，废催化剂丢弃，其中所含有的各种有价金属资源未能得到回收利用，会造成有效资源的巨大浪费。所以，开展废催化剂的回收利用既可以变废为宝，化害为益，还可以解决相应的一系列潜在的环境污染问题，从而带来可观的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种从废弃的脱硝催化剂中回收钒组分，采用碱浸离子交换法将废弃脱硝催化剂中的五氧化二钒先与其他金属氧化物分离，进而进行提纯，而将分离出五氧化二钒后的物料用于代替钛铁矿作为硫酸法生产钛白粉的原料，实现废弃脱硝催化剂的综合利用。
本发明所提供的技术方案，具体包括以下步骤：
（1）粉碎：将废弃脱硝催化剂粉碎至平均粒径为0.20-0.40mm；
（2）浸取：向步骤（1）所得粉碎后的废弃脱硝催化剂用碱升温浸取，浸取时浸取液pH控制在11-13范围内，液固比为2:1-4:1，浸取温度为70-120℃，浸取时间为1-3小时，然后向溶液中加入少量氧化剂，氧化剂为废弃脱硝催化剂质量的0.5%-1.5%，搅拌至溶液变为黄色，过滤得到滤液a和滤渣b；
（3）吸附：向步骤（2）得到的滤液a冷却至室温，用酸调节滤液pH为7-10，然后将滤液通过离子交换柱，通过时滤液流速控制在2-3dm3/h·dm3；
（4）洗脱：然后用NaCl溶液作为淋洗剂淋洗离子交换柱得到淋洗液，用碱调节淋洗剂pH为7-8，淋洗剂中NaCl质量分数为10%-15%，淋洗时流速控制在4-5dm3/h·dm3，得到淋洗液；
（5）沉钒：向步骤（4）得到的淋洗液中加入过量氯化铵反应1-2小时，过滤得到偏钒酸铵；
（6）脱氨：将步骤（5）得到的偏钒酸铵在450-550℃条件下煅烧1-2小时，得到五氧化二钒。
所述步骤（2）中的碱为Na2CO3、NaHCO3、K2CO3、KHCO3、NaOH、KOH中的一种或几种混合。
所述步骤（2）中的氧化剂为KClO3或NaClO3。
所述步骤（2）中的滤渣b用于代替钛铁矿作为硫酸法生产钛白粉的原料。
所述步骤（3）中的离子交换柱中装填物质为717离子交换树脂或901离子交换树脂。
所述步骤（3）中的酸为硫酸，硫酸来自于硫酸法生产钛白粉产生的废硫酸，质量分数为40%-50%。
所述步骤（4）中的碱为NaOH、KOH或其混合物。
本发明将废弃脱硝催化剂中的五氧化二钒与其他金属氧化物先进行分离，进而进行提纯，回收市场需求的五氧化二钒，回收的五氧化二钒纯度达99%，五氧化二钒回收率达到85%；回收五氧化二钒后的滤渣中TiO2含量≥85%，可以用于代替钛铁矿作为硫酸法生产钛白粉的原料，从而实现废弃脱硝催化剂的综合利用。
具体实施方式
本发明提供一种废弃脱硝催化剂综合利用的碱浸离子交换方法，下面通过具体实施例对本发明做进一步阐述。
实施例1
⑴向粉碎至平均粒径为0.20mm的废弃脱硝催化剂中加入氢氧化钠浸取液中，浸取液pH为11，浸取液与废弃脱硝催化剂质量比为2:1，在80℃条件下浸取3小时，然后再向浸取后的浸取液中加入氯酸钠，氯酸钠质量为废弃脱硝催化剂质量的0.5%，搅拌至溶液变为黄色，过滤得滤液a和滤渣b；
⑵将滤渣b输送至硫酸法钛白粉生产原料仓库；滤液a冷却至室温后，用质量分数为40%的硫酸调节滤液pH为7，然后将滤液通过717离子交换树脂柱，通过时流速控制在2dm3/h·dm3；
⑶然后用质量分数为10%、pH为7的NaCl溶液作为淋洗剂淋洗717离子交换树脂柱，淋洗时流速控制在4dm3/h·dm3，得到淋洗液；
⑷向淋洗液中加入过量氯化铵反应1小时，过滤得到偏钒酸铵；
⑸将偏钒酸铵在550℃条件下煅烧1小时，得到五氧化二钒成品，成品中五氧化二钒含量为99%。
实施例2
⑴向粉碎至平均粒径为0.30mm的废弃脱硝催化剂中加入氢氧化钾浸取液中，浸取液pH为12，浸取液与废弃脱硝催化剂质量比为3:1，在100℃条件下浸取2小时，然后再向浸取后的浸取液中加入氯酸钾，氯酸钾质量为废弃脱硝催化剂质量的1%，搅拌至溶液变为黄色，过滤得滤液a和滤渣b；
⑵将滤渣b输送至硫酸法钛白粉生产原料仓库；滤液a冷却至室温后，用质量分数为50%的硫酸调节滤液pH为9，然后将滤液通过717离子交换树脂柱，通过时流速控制在2dm3/h·dm3；
⑶然后用质量分数为13%、pH为7的NaCl溶液作为淋洗剂淋洗717离子交换树脂柱，淋洗时流速控制在5dm3/h·dm3，得到淋洗液；
⑷向淋洗液中加入过量氯化铵反应2小时，过滤得到偏钒酸铵；
⑸将偏钒酸铵在500℃条件下煅烧1.5小时，得到五氧化二钒成品，成品中五氧化二钒含量为99%。
实施例3
⑴向粉碎至平均粒径为0.40mm的废弃脱硝催化剂中加入氢氧化钠和氢氧化钾形成的浸取液中，浸取液pH为13，浸取液与废弃脱硝催化剂质量比为4:1，在120℃条件下浸取1小时，然后再向浸取后的浸取液中加入氯酸钠，氯酸钠质量为废弃脱硝催化剂质量的2%，搅拌至溶液变为黄色，过滤得滤液a和滤渣b；
⑵将滤渣b输送至硫酸法钛白粉生产原料仓库；滤液a冷却至室温后，用质量分数为40%的硫酸调节滤液pH为10，然后将滤液通过901离子交换树脂柱，通过时流速控制在2dm3/h·dm3；
⑶然后用质量分数为15%、pH为8的NaCl溶液作为淋洗剂淋洗901离子交换树脂柱，淋洗时流速控制在5dm3/h·dm3，得到淋洗液；
⑷向淋洗液中加入过量氯化铵反应2小时，过滤得到偏钒酸铵；
⑸将偏钒酸铵在450℃条件下煅烧2小时，得到五氧化二钒成品，成品中五氧化二钒含量为99%。

Claims (5)

1.一种废弃脱硝催化剂综合利用的碱浸离子交换方法，其特征是，包括以下工艺步骤：
（1）粉碎：将废弃脱硝催化剂粉碎至平均粒径为0.20-0.40mm；
（2）浸取：向步骤（1）所得粉碎后的废弃脱硝催化剂用碱升温浸取，浸取时浸取液pH控制在11-13范围内，液固比为2:1，浸取温度为70-120℃，浸取时间为1-3小时，然后向溶液中加入少量氧化剂，氧化剂为废弃脱硝催化剂质量的0.5%，搅拌至溶液变为黄色，过滤得到滤液a和滤渣b；
（3）吸附：向步骤（2）得到的滤液a冷却至室温，用酸调节滤液pH为7，然后将滤液通过离子交换柱，通过时滤液流速控制在2-3dm3/h•dm3；所述离子交换柱中装填物质为901离子交换树脂；所述酸为硫酸，硫酸来自于硫酸法生产钛白粉产生的废硫酸，质量分数为40%-50%；
（4）洗脱：然后用NaCl溶液作为淋洗剂淋洗离子交换柱得到淋洗液，用碱调节淋洗剂pH为7-8，淋洗剂中NaCl质量分数为10%-15%，淋洗时流速控制在4-5dm3/h•dm3，得到淋洗液；
（5）沉钒：向步骤（4）得到的淋洗液中加入过量氯化铵反应1-2小时，过滤得到偏钒酸铵；
（6）脱氨：将步骤（5）得到的偏钒酸铵在450-550℃条件下煅烧1-2小时，得到五氧化二钒。
2.如权利要求1所述的废弃脱硝催化剂综合利用的碱浸离子交换方法，其特征是：所述步骤（2）中的碱为Na2CO3、NaHCO3、K2CO3、KHCO3、NaOH、KOH中的一种或几种混合。
3.如权利要求1所述的废弃脱硝催化剂综合利用的碱浸离子交换方法，其特征是：所述步骤（2）中的氧化剂为KClO3或NaClO3。
4.如权利要求1或3所述的一种废弃脱硝催化剂综合利用的碱浸离子交换方法，其特征是：所述步骤（2）中的滤渣b用于代替钛铁矿作为硫酸法生产钛白粉的原料。
5.如权利要求1所述的废弃脱硝催化剂综合利用的碱浸离子交换方法，其特征是：所述步骤（4）中的碱为NaOH、KOH或其混合物。
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