CN106119544B - 一种从废弃scr催化剂中提取钛渣、钨和钒盐的方法 - Google Patents

一种从废弃scr催化剂中提取钛渣、钨和钒盐的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种从废弃SCR催化剂中提取钛渣、钨和钒盐的方法。该方法包括：对废弃SCR催化剂进行预处理，然后进行湿法粉碎成浆液，在浆液里加入氢氧化钠溶液进行反应，通过板框压滤机压滤分离得到粗钛渣粉和压滤液，将粗钛渣粉置于硫酸溶液中进行清洗，再用清水清洗后通过过滤分离得到含二氧化钛的钛渣粉，通过废碱纳滤回收装置对所述压滤液进行处理，将含有钨酸钠和钒酸钠的压滤液加入到氢氧化钙饱和溶液进行反应，将反应后的产物进行压滤处理，然后通过过滤分离得到钒酸钙和钨酸钙混合固体。

Description

一种从废弃SCR催化剂中提取钛渣、钨和钒盐的方法
技术领域
本发明涉及环境保护领域，具体而言涉及一种从废弃SCR催化剂中提取钛渣、钨和钒盐的方法。
背景技术
选择性催化还原(SCR)技术是目前应用最多而且效率最高的一种火力发电厂及燃煤锅炉中去除烟气中的氮氧化物污染物脱硝技术，SCR脱硝催化剂占国内外燃煤电厂脱硝所用催化剂的90％以上。这类脱硝催化剂采用了二氧化钛(65-75％)、五氧化二钒(1-2％)、三氧化钨(3-6％)等重金属作为骨架和催化元素，本身就含有一定的毒性，而在使用期间，烟气中大量铬、铍、砷和汞等重金属的又对这些催化剂造成了二次污染，成为富含各类重金属成分的有害物料。
2014年8月国家环保部正式发布《关于加强废烟气脱硝催化剂监管工作的通知》和《废烟气脱硝催化剂危险废物经营许可证审查指南》，将废烟气脱硝催化剂(钒钛系)纳入危险废物进行管理，并将其归类为《国家危险废物名录》中“HW49其他废物”。据统计，到2015年底，我国全部火电装机容量已达9.6亿千瓦，其中90％以上配备了SCR脱硝技术，脱硝催化剂总用量达到90万立方(60万吨)。
SCR脱硝催化剂通常采用“2+1”的安装方式，正常的SCR脱硝催化剂使用寿命为2年左右，在第三年开始就会有废SCR脱硝催化剂产生。至2015年，2012年之前全国大约1.8亿千瓦机组所安装的SCR脱硝催化剂已经全部进入更换期，废SCR脱硝催化剂数量保守估算在15万立方米左右，而从2016年开始，全部大约10亿千瓦机组所产生的废SCR脱硝催化剂的量将逐步增加，到2017年，每年可能达到30万立方米(20万吨左右)，如此大量的危险废物会给国家土壤和水体带来相当大的环境威胁。
将废SCR脱销催化剂进行回收利用，提取出其中的有用金属材料是目前处置废弃SCR脱销催化剂最为环保和综合循环利用的方式。回收的主要方法就是通过各种物理、化学方法把废弃的SCR脱销催化剂中有用的部分提取出来循环利用。
通过对废弃催化剂的回收处理，每1000kg废弃SCR催化剂可回收金属钛(以TiO2计)为600kg左右；钒钨盐(以WO3+V2O5计)约50kg左右。
目前，国内外公开的从废烟气脱硝催化剂中回收金属氧化物的方法大部分采用以下工艺：
先将废烟气脱硝催化剂破碎后进行高温预焙烧处理后，按比例加入强碱并混合、粉碎，再进行高温焙烧。烧结块粉碎后投入热水中搅拌浸出。所得钛酸盐加入硫酸，经过滤、水洗、焙烧得到TiO2。浸出后的滤液加硫酸调节pH值，再加入过量铵盐沉淀钒。将过滤得到的NH4VO3经高温分解、制得V2O5成品。沉淀钒后的滤液加盐酸调节PH值，再加入钙盐沉淀钨，过滤所得CaWO4用盐酸处理再经焙烧即可得WO3。
由于这些方法需要多次在高温下焙烧以取得高纯度的产出物，不仅对设备要求高，投资大，能耗高，而且占用了下游相关提炼厂和冶炼厂的原料资源，属于重复建设；此方法需使用过量碳酸钠和铵盐，会产生大量的二氧化碳和有害氨气，对环境造成严重的污染。
发明内容
本发明提供一种从废弃SCR催化剂中提取钛渣、钨和钒盐的方法，其包括：
1)对废弃SCR催化剂进行预处理以除去其所吸附的杂质；
2)将预处理后的废弃SCR催化剂进行湿法粉碎至一定粒度的浆液；
3)在所述浆液中加入质量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液，且废弃SCR催化剂与氢氧化钠溶液的质量比为5∶1，在反应釜中在温度80～95℃下搅拌反应8-10小时，之后冷却；
4)将反应冷却后的产物通过板框压滤机压滤分离得到粗钛渣粉和压滤液，该压滤液为含钨酸钠与钒酸钠及过量的氢氧化钠碱溶液的混合溶液；
5)将得到的粗钛渣粉置于质量百分比浓度为2％的硫酸溶液中进行清洗10～20分钟，硫酸溶液与粗钛渣粉的质量比为5∶1，再用清水清洗10～20分钟，通过过滤分离得到含二氧化钛的钛渣粉和杂质滤液；
6)通过废碱纳滤回收装置对所述压滤液进行处理，以回收该压滤液中的氢氧化钠溶液，同时浓缩钨酸钠和钒酸钠在混合溶液中的浓度；
7)对浓缩后的钨酸钠和钒酸钠混合溶液中剩余的氢氧化钠进行中和反应处理，使该混合溶液呈弱碱性；
8)按质量比为1∶2的比例将所述弱碱性的钨酸钠和钒酸钠混合溶液加入到氢氧化钙饱和溶液中，并在90℃的温度下反应5小时；
9)将反应后的产物进行压滤处理，然后通过回收设备过滤分离得到钒酸钙和钨酸钙混合固体。
其中，所述预处理包括：将废弃SCR催化剂进行水淋及浸泡、超声波清洗、酸洗和水洗处理；所述杂质是粉煤灰和焦块。
其中，所述粒度为150-200目。
其中，在步骤4中，还使用清水对得到的粗钛渣粉进行清洗，该得到的粗钛渣粉为饼状。
其中，在步骤6中，经过浓缩后的钒酸钠和钨酸钠在混合溶液中的浓度为4％W/V。
其中，在步骤7中，所述的中和反应处理是：使用质量百分比浓度为2％的硫酸溶液与混合溶液进行混合，以便与混合溶液中剩余的氢氧化钠进行中和反应，使该混合溶液的pH值在9-10之间。
其中，在步骤9中，使用压滤机进行压滤处理，得到含钨酸钙、钒酸钙和少量硫酸钙的混合固体；在压滤过程中可以使用清水进行清洗。
其中，所产生的各种废液进入废水处理站进行回收利用。
有益效果：
与现有技术比较，本发明的优点在于：
1)由于本发明无需在高温下多次焙烧反应，只需在低温度下通过与强碱或强酸进行反应就可以从SCR催化剂中分步提取出钛渣、钨和钒盐等，因而不仅投资要求低，能耗低，且有效的解决了SCR催化剂无害化处理的问题。
2)本发明不对NaCO3或NaOH进行焙烧浸泡，减少了CO2逸出，降低环境破坏。
3)本发明绝大部分工艺采用湿法工艺，杜绝了粉尘危害，降低工人工作强度，符合清洁生产的要求。
4)本发明所提供的方法只需采用碱、酸等一些常规的原料，价格低廉，加之物料耗量少，因而提取成本低，更容易推广应用。
5)依据本发明的方法所产生的钛渣(TiO2含量在80％左右)不含铁，可直接作为钛白粉生产厂的优质原料；而产生的钨和钒盐如钒酸钙和钨酸钙混合产品(有效含量在85％左右)可以作为钒钨冶炼厂的优质原料。
6)本发明使用的过量碱经过纳滤碱回收装置进行回收再利用，可大大降低碱的消耗量，减少废水处理强度。
7)本发明中生产用水可以循环使用，杜绝废水排放。
8)本发明工艺简单，对设备要求低，能耗低，生产成本低，无二次污染，便于推广应用。
附图说明
图1是本发明的从废弃SCR催化剂中提取钛渣、钨和钒盐的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1是本发明的从废弃SCR催化剂中提取钛渣、钨和钒盐的方法流程图。如图所示，本发明的从废弃SCR催化剂中提取钛渣、钨和钒盐的方法包括：
1)对废弃SCR催化剂进行预处理以除去其所吸附的杂质；
2)将预处理后的废弃SCR催化剂进行湿法粉碎至一定粒度的浆液，例如粒度为150-200目的浆液；
3)在所述浆液中加入质量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液，且废弃SCR催化剂与氢氧化钠溶液的质量比为5∶1，在反应釜中在温度80～95℃下搅拌反应8-10小时，之后冷却；
4)将反应冷却后的产物通过板框压滤机压滤分离得到粗钛渣粉和压滤液，该压滤液为含钨酸钠与钒酸钠及过量的氢氧化钠碱溶液的混合溶液；
5)将得到的粗钛渣粉置于质量百分比浓度为2％的硫酸溶液中进行清洗10～20分钟，硫酸溶液与粗钛渣粉的质量比为5∶1，再用清水清洗10～20分钟，通过过滤分离得到含二氧化钛的钛渣粉和杂质滤液；
6)通过废碱纳滤回收装置对所述压滤液进行处理，以回收该压滤液中的氢氧化钠溶液，同时浓缩钨酸钠和钒酸钠在混合溶液中的浓度；
7)对含有钨酸钠和钒酸钠的混合溶液中剩余的氢氧化钠进行中和反应处理，使该混合溶液呈弱碱性；
8)按质量比为1∶2的比例将所述弱碱性的钨酸钠和钒酸钠混合溶液加入到氢氧化钙饱和溶液中，并在90℃的温度下反应5小时；
9)将反应后的产物进行压滤处理，然后通过回收设备过滤分离得到钒酸钙和钨酸钙混合固体。
在步骤1中，所述的预处理可以包括本领域公知的方法，例如将废弃SCR催化剂进行水淋及浸泡、超声波清洗、酸洗和水洗等处理；所述杂质是粉煤灰和焦块等。
在步骤2中，所述的湿法粉碎可以采用本领域公知的方法实现。
在步骤4中，所述的板框压滤机可以是市场上销售的任意板框压滤机；另外，还可以使用清水对得到的粗钛渣粉进行清洗。通常，通过板框压滤机压滤机压滤得到的粗钛渣粉为饼状。当然，使用不同设计的板框压滤机，也可以是其他形状。
在步骤6中，对压滤液中的氢氧化钠溶液回收的回收率为80％，对剩余的氢氧化钠会在步骤7中做中和反应处理；钒酸钠和钨酸钠在混合溶液中的浓度会由大约1％W/V(重量体积比)提高到4％W/V(重量体积比)。
在步骤7中，尽管在步骤6中对压滤液中的氢氧化钠溶液回收的回收率达到80％，但是混合溶液(压滤液)中除了含有钨酸钠和钒酸钠外，还会含有剩余的氢氧化钠。所述的中和反应处理的具体方法可以是：使用质量百分比浓度为2％的硫酸溶液与混合溶液进行混合，以便与混合溶液中剩余的氢氧化钠进行中和反应，使该混合溶液呈弱碱性，混合溶液的pH值在9-10之间。
在步骤9中，可以使用压滤机进行压滤处理，得到含钨酸钙、钒酸钙和少量硫酸钙的混合固体；在压滤过程中可以使用清水进行清洗。
在上述的工艺步骤中，产生的各种废液，例如杂质滤液、废碱溶液、废酸溶液、清洗后的废液等都将进入废水处理站进行回收利用，其中废碱溶液和废酸溶液还可以混合在一起进行中和反应。
而通过本发明提供的方法所得到的钛渣、钨酸钙及钒酸钙混合固体，经过烘干，装袋，可以提供给下游钛白粉生产厂和钒钨冶炼厂作为高质量的原料。
在本发明所提供的从废弃SCR催化剂中提取钛渣、钨和钒盐的工艺方法中，化学反应原理如下：
V2O5+6NaOH＝2Na3VO4+3H2O
WO3+2NaOH＝Na2WO4+H2O
2Na3VO4+3Ca(OH)2＝Ca3(VO4)2↓+6NaOH
Na2WO4+Ca(OH)2＝CaWO4↓+2NaOH
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例仅仅是做示例性的说明，本领域技术人员都知道，可以将氢氧化钠等效替换成氢氧化钾等，将氢氧化钙等效替换成氢氧化镁，将硫酸等效替换成盐酸等。但凡依本发明专利构想所述的特征及原理所做的等效或简单改变，均包括在于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种从废弃SCR催化剂中提取钛渣、钨和钒盐的方法，其包括：
1)对废弃SCR催化剂进行预处理以除去其所吸附的杂质；
2)将预处理后的废弃SCR催化剂进行湿法粉碎至一定粒度的浆液；
3)在所述浆液中加入质量百分比浓度为20％的氢氧化钠溶液，且废弃SCR催化剂与氢氧化钠溶液的质量比为5∶1，在反应釜中在温度80～95℃下搅拌反应8-10小时，之后冷却；
4)将反应冷却后的产物通过板框压滤机压滤分离得到粗钛渣粉和压滤液，该压滤液为含钨酸钠与钒酸钠及过量的氢氧化钠碱溶液的混合溶液；
5)将得到的粗钛渣粉置于质量百分比浓度为2％的硫酸溶液中进行清洗10～20分钟，硫酸溶液与粗钛渣粉的质量比为5∶1，再用清水清洗10～20分钟，通过过滤分离得到含二氧化钛的钛渣粉和杂质滤液；
6)通过废碱纳滤回收装置对所述压滤液进行处理，以回收该压滤液中的氢氧化钠溶液，同时浓缩钨酸钠和钒酸钠在混合溶液中的浓度；
7)对浓缩后的钨酸钠和钒酸钠混合溶液中剩余的氢氧化钠进行中和反应处理，使该混合溶液呈弱碱性；
8)按质量比为1∶2的比例将所述弱碱性的钨酸钠和钒酸钠混合溶液加入到氢氧化钙饱和溶液中，并在90℃的温度下反应5小时；
9)将反应后的产物进行压滤处理，然后通过回收设备过滤分离得到钒酸钙和钨酸钙混合固体；
在步骤6中，经过浓缩后的钒酸钠和钨酸钠在混合溶液中的浓度为4％W/V；
在步骤7中，所述的中和反应处理是：使用质量百分比浓度为2％的硫酸溶液与混合溶液进行混合，以便与混合溶液中剩余的氢氧化钠进行中和反应，使该混合溶液的pH值在9-10之间；
在步骤9中，使用压滤机进行压滤处理，得到含钨酸钙、钒酸钙和少量硫酸钙的混合固体；在压滤过程中使用清水进行清洗。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预处理包括：将废弃SCR催化剂进行水淋及浸泡、超声波清洗、酸洗和水洗处理；所述杂质是粉煤灰和焦块。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粒度为150-200目。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤4中，还使用清水对得到的粗钛渣粉进行清洗，该得到的粗钛渣粉为饼状。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所产生的各种废液进入废水处理站进行回收利用。
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