CN107699695A - 一种从废scr脱硝催化剂中回收钨、钒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种从废SCR脱硝催化剂中回收钨、钒的方法，包括步骤：1)钨和钒的浸出：将废SCR脱硝催化剂置于NaOH溶液中浸出，通过固液分离得到含钨和钒的碱性浸出液和残渣TiO2；2)碱性浸出液中钨和钒的萃取提纯：以含伯胺N1923的煤油溶液为萃取剂进行萃取，3)萃取有机相中钨和钒的反萃取分离和回收。本发明提出的废SCR脱硝催化剂碱浸提取钨、钒工艺，通过将废催化剂粉末与氢氧化钠溶液在高压状态进行一次浸出，即可得含Na2WO4和Na2VO3的液相，实现钨和钒的高效浸出，W和V的浸出率分别可达到97.46％和88.6％，而且还保持了TiO2的晶粒为锐钛矿，可作为催化剂载体重新使用。

Description

一种从废SCR脱硝催化剂中回收钨、钒的方法
技术领域
本发明属于催化剂再生领域，具体涉及一种含有金属的催化剂的回收方法。
背景技术
随着工业的快速发展，由汽车尾气和工业排放尾气的污染导致的雾霾，酸雨等环境的破坏越来越受到人们的关注，众所周知,工业尾气和汽车尾气排放和燃煤等会产生的大量有毒的氮化物(NO)，硫化物(SO2)，和碳氢化物(HC)，它们的直接排放是导致酸雨、光化学烟雾和臭氧层破坏的主要原因。为了有效处理各类尾气中的氮氧化物和其它有毒物质，需要对尾气进行脱硝处理，利用脱硝催化剂将氮氧化物转变为氮气和水。目前对尾气净化处理应用最广的是选择性催化还原(SCR)脱硝技术，而V2O5-WO3/TiO2催化剂因为具有高脱硝效率,较强的抗中毒性，技术成熟和无二次污染的选择性催化还原技术逐渐成为商业化应用最广泛的脱硝催化剂。在实际应用中，SCR脱硝反应器往往布置在炉省煤器和空气预热器之间的高温(300～400℃)高尘段，由于催化剂表面沉积的异物和杂质的中毒作用，催化剂在实用3-5年后将失去其催化活性。SCR催化剂随即不可再生，在工业生产中处理它们的主要方式是掩埋处理。尽管SCR催化剂中的V和W的组成很小(每个成分不到10％)但是其中的V2O5是危险废物，WO3和TiO2是十分珍贵稀有的资源，特别是V和W占总金属价格的40％以上，直接掩埋的方式不仅浪费W和V资源，而且还会导致由于钒物质的毒性引起的许多环境问题。鉴于此，所以急需开发一种有效的技术回收和再利用这些贵重金属。
目前对于废SCR催化剂回收有两种主要的处理方法，即火法冶金和湿法冶金工艺，它们已被用于从各种废催化剂中提取有价值的金属。其中湿法浸出包括碱浸和酸浸是应用最广的方法，这些工艺的主要思想是将金属离子从固体废物中选择性地浸出到溶液中，然后进一步的采用传统的净化提纯技术，如选择性沉淀法，溶剂萃取法或离子交换法获得所需的产和品。比较典型的有：专利CN201410534406.8公开了一种回收废SCR脱硝催化剂中钨，钒，钛的方法，其中金属钒和钨浸出采用的是:将催化剂研磨成粒径小于150μm的粉末，混入碳酸钠粉末并搅拌均匀，接着在高温下焙烧，再将焙烧后的产物置于热水中进行钒和钨的浸出；专利CN201010254247中的方法对催化剂进行两次焙烧，再利用热水进行钒和钨的浸出，钨和钒浸出率低于90％等不足的特点。
专利CN105274341废SCR催化剂采用焙烧法与浸出法的综合法，专利CN201410534406.8采用热水浸出固体废SCR脱硝催化剂中的钨和钒，虽然浸出效率高，但是实验过程会放出有毒气体，如SO2气体等。上述专利报道的金属的回收方法中普遍采用焙烧法，工艺流程复杂，会产生有毒气体污染环境，另外几乎所有关于废催化剂循环利用只研究关注有价值金属的有效提取方面的研究，没有一项工作从废弃物中提取金属的同时，还注重对浸出后剩余的废催化剂回收利用，如果将剩余浸出渣丢弃会对环境造成严重的二次污染。因此如何实现废催化剂的充分利用即有价值金属的提取；同时对浸出体进行载体的再生仍然是一个挑战性的问题。
发明内容
基于本领域存在的不足之处，本发明的目的是提供一种从废SCR脱硝催化剂中回收钨、钒的方法，该方法能保持催化剂的原始成分和晶体结构、并有很高的回收效率。
实现本发明目的的技术方案为：
一种从废SCR脱硝催化剂中回收钨、钒的方法，包括步骤：
1)钨和钒的浸出：将废SCR脱硝催化剂置于NaOH溶液中，充分混合后置于100℃-400℃的温度下浸出，得到混合浸出浆液；然后通过固液分离得到含钨和钒的碱性浸出液和残渣TiO2；
2)碱性浸出液中钨和钒的萃取提纯：以含伯胺N1923的煤油溶液为萃取剂进行萃取，分离出萃取有机相；
3)萃取有机相中钨和钒的反萃取分离和回收：以NaOH溶液作为反萃取剂，向步骤2)所得的萃取有机相中加入所述反萃取剂，使钨含钒从萃取有机相中分离出来进入下层水相；通过加入铵盐使钒以偏钒酸铵的形式沉淀析出，再通过调节pH值和加入钙盐使钨形成CaWO4沉淀。
为了尽可能多地重复使用废催化剂的组分，有必要保持催化剂的原始成分和晶体结构。传统的焙烧浸出方法的处理过程不可避免地引入对催化剂的结构的改变，还在一定程度上影响了催化剂的回收再利用。因此，本发明采用高压碱浸法，从废SCR催化剂中提取出W和V。而压力浸出相对于其他碱浸过程有以下优势：(1)低温(100～300℃)，(2)反应时间短，(3)浸出能力高，(4)过程简单。同时，也获得了锐钛矿型TiO2载体。下面更详细地提出经研究氢氧化钠浓度、浸出温度和时间、液体(浸出溶液)对固体(废催化剂)比例对W和V萃取的影响而得出的优化工艺参数。
本发明的优选技术方案包括：所述步骤1)中，先将废SCR脱硝催化剂破碎成不小于50目的粉末、烘干，然后浸出。
其中，所述步骤1)中，NaOH溶液的质量浓度为1％-20％，废SCR脱硝催化剂与NaOH溶液的固液比为1:1-1:30，混合液置于反应釜中在100℃-400℃的温度下，并以转速200-400r/min搅拌，浸出1-12h，得到混合浸出浆液。
其中，所述步骤1)中：氢氧化钠浓度为8％，浸出温度为180-260℃，液固比为5:1，浸出时间为3h。
其中，所述步骤2)中，用盐酸调节剂调节浸出液pH值至3-7；萃取剂与浸出液的体积比为1:1-5，伯胺N1923的体积浓度为10-20％，萃取静置时间为8-12min。
优选地，所述步骤2)中，用盐酸调节剂调节浸出液pH值至5-6；萃取剂与浸出液的体积比为1：3。
所述步骤3)中，NaOH的浓度为0.5-3mol/L,萃取有机相与NaOH溶液的体积比为1：1-5。优选地，所述步骤3)中，NaOH溶液的浓度为1mol/L，萃取有机相与NaOH溶液的体积比为1：3。
进一步地，步骤3)分离出下层水相后，调节所得水相的pH值为8.2-8.8，加入过量的NH4Cl，在80℃条件下使其钒以偏钒酸铵的形式沉淀析出，然后将沉淀物过滤后焙烧，最终得到V2O5产品。其中，步骤3)沉钒后的二次滤液调节其pH为1.2-1.7，再加入过量的CaCl2沉钨，过滤得到的CaWO4沉淀经酸洗后焙烧即得WO3产品。
本发明的有益效果为：
(1)本发明提出一种废SCR脱硝催化剂碱浸提取钨、钒的新工艺，通过将废催化剂粉末与氢氧化钠溶液在高压状态进行一次浸出，即可得含Na2WO4和Na2VO3的液相，实现钨和钒的高效浸出，W和V的浸出率分别可达到97.46％和88.6％，而且还保持了TiO2的晶粒全为锐钛矿可以作为催化剂载体重新使用。
(2)本发明采用伯胺为主萃取试剂，煤油作稀释剂，萃取剂的选择性较高，萃取过程中无第三相的生成，界面清晰，分相操作简单，能实现对钨和钒的同时回收。
(3)本发明工艺简单，条件易于控制，可操作性强，对催化剂的处理能力强，成本较低，能实现钨，钒和钛的同时高效回收，金属的回收率高，同时萃取剂可以循环使用，对环境污染小。
附图说明
图1回收的TiO2的XRD图。
具体实施方式
以下通过具体实施例来说明本发明的技术方案。
实施例1：
1)W和V的浸出
取来源于某发电厂运行时间超过20000h的废SCR脱硝催化剂(主要成分为V2O5-WO3/TiO2,具体组分如表1所示)，用清洁干燥的压缩空气吹扫失活SCR脱硝催化剂，以去除催化剂表面沉积的飞灰，在研磨体内研磨成粉末，再用100目的标准筛过筛，然后将催化剂在85℃温度下烘干6h。
表1：废SCR催化剂元素成分表
使用浓度为8％的氢氧化钠溶液，对烘干，冷却后的催化剂粉末5g进行浸出，控制液固比为5：1，浸出温度为150℃，浸出时间为3h。混合液置于高压反应釜中并以转速300r/min搅拌，浸出后得到混合浸出浆液。
然后对混合液进行抽滤，抽滤过程中使用滤膜的孔径为0.45μm，得到含有V和W的浸出液并定容100ml，计算得到W，V的浸出率分别为78.9％和82.45％。通过用质量分数15％的盐酸酸洗浸出渣，烘干，TiO2的回收率达到98％。X射线分析如图1，证实为锐钛矿晶型。2)浸出液中W和V的萃取提纯
用盐酸调节所得浸出液的pH至5.5；
取30ml上述浸出液于分液漏斗中，向其中加入伯胺N1923+煤油稀释的溶液，控制萃取剂与浸出液的体积比为1:3，伯胺试剂浓度为12％(V/V)，将其置于震荡器中使浸出液于萃取剂混合均匀，将W和V转移进入有机相，静置8min后放出下层水相，得到萃取有机相，计算得到W和V的萃取率分别为95.42％，85.51％。
3)萃取有机相中W和V的反萃取分离及回收
以浓度为1mol/L的NaOH溶液作为反萃取剂，向所得的萃取有机相中加入NaOH溶液，其中有机相与NaOH溶液的体积比为1：2；将W和V从萃取有机相中分离出来进入下层水相，计算得到W和V的反萃取率分别为75.67％，45.31％；
用HCl阶段性调节萃取所得水相的pH值为8左右后，加入过量的NH4Cl，在80℃条件下使钒以偏钒酸铵的形式沉淀析出，然后将沉淀物过滤后在600℃下焙烧30min，最终得到V2O5产品。
向上述沉钒后的二次滤液中继续加盐酸调节pH为1.5左右后，再加入过量的CaCl2沉钨，过滤得到的CaWO4沉淀经盐酸酸洗后焙烧即可得WO3产品。
实施例2
1)W和V的浸出
使用浓度为8％的氢氧化钠溶液，对烘干、冷却后的催化剂(同实施例1)的粉末5g进行浸出，浸出过程采用高压浸出的方式，混合液置于高压反应釜中并以转速400r/min搅拌，控制液固比为10：1，浸出温度为190℃，浸出时间为3h。然后对混合液进行抽滤，抽滤过程中使用滤膜的孔径为0.45μm，得到含有V和W的浸出液并定容100ml，计算得到W，V的浸出率分别为97.46％和88.6％。
2)浸出液中W和V的萃取提纯
用盐酸调节步骤(2)所得浸出液的pH至5.5；
取30ml上述浸出液于分液漏斗中，向其中加入伯胺N1923+煤油稀释的溶液，控制萃取剂与浸出液的体积比为1:3，伯胺试剂浓度为12％(V/V)，将其置于震荡器中使浸出液于萃取剂混合均匀，将W和V转移进入有机相，静置10min后放出下层水相，得到萃取有机相，计算得到W和V的萃取率分别为95.42％，85.51％。
3)萃取有机相中W和V的反萃取分离及回收
以浓度为1mol/L的NaOH溶液作为反萃取剂，向所得的萃取有机相中加入NaOH溶液，其中有机相与NaOH溶液的体积比为1:3；将W和V从萃取有机相中分离出来进入下层水相，计算得到W和V的反萃取率分别为88.67％，65.31％；
用HCl阶段性的调节上述所得水相的pH值为8左右后，加入过量的NH4Cl，在80℃条件下钒以偏钒酸铵的形式沉淀析出，然后将沉淀物过滤后在600℃下焙烧30min，最终得到V2O5产品。
向上述沉钒后的二次滤液中继续加盐酸调节pH为1.3左右后，再加入过量的CaCl2沉钨，过滤得到的CaWO4沉淀经盐酸酸洗后焙烧即可得WO3产品。
实施例3
1)W和V的浸出
使用浓度为8％的氢氧化钠溶液，烘干、冷却后的催化剂(同实施例1)粉末5g进行浸出，浸出过程采用高压浸出的方式，混合液置于高压反应釜中并以转速500r/min搅拌，控制液固比为10：1，浸出温度为250℃，浸出时间去为6h。然后对混合液进行抽滤，抽滤过程中使用滤膜的孔径为0.45μm，得到含有V和W的浸出液并定容100ml，计算得到W，V的浸出率分别为97.80％和87.5％。
2)浸出液中W和V的萃取提纯
用盐酸调节所得浸出液的pH至5.5；
取30ml上述浸出液于分液漏斗中，向其中加入伯胺N1923+煤油稀释的溶液，控制萃取剂与浸出液的体积比为1:3，伯胺试剂浓度为12％(V/V)，将其置于震荡器中使浸出液于萃取剂混合均匀，将W和V转移进入有机相，静置10min后放出下层水相，得到萃取有机相，计算得到W和V的萃取率分别为95.42％，85.51％。
3)萃取有机相中W和V的反萃取分离及回收
以浓度为1mol/L的NaOH溶液作为反萃取剂，向所得的萃取有机相中加入NaOH溶液，其中有机相与NaOH的体积比为2:3；将W和V从萃取有机相中分离出来进入下层水相，计算得到W和V的反萃取率分别为75.67％，45.31％；
用HCl阶段性的调节所得水相的pH值为8左右后，加入过量的NH4Cl，在70℃条件下使钒以偏钒酸铵的形式沉淀析出，然后将沉淀物过滤后在600℃下焙烧30min，最终得到V2O5产品。
向沉钒后的二次滤液中继续加盐酸调节pH为1.5左右后，再加入过量的CaCl2沉钨，过滤得到的CaWO4沉淀经盐酸酸洗后焙烧即可得WO3产品。
本领域技术人员应当知晓，以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种从废SCR脱硝催化剂中回收钨、钒的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)钨和钒的浸出：将废SCR脱硝催化剂置于NaOH溶液中，充分混合后置于100℃-400℃的温度下浸出，得到混合浸出浆液；然后通过固液分离得到含钨和钒的碱性浸出液和残渣TiO2；
2)碱性浸出液中钨和钒的萃取提纯：以含伯胺N1923的煤油溶液为萃取剂进行萃取，分离出萃取有机相；
3)萃取有机相中钨和钒的反萃取分离和回收：以NaOH溶液作为反萃取剂，向步骤2)所得的萃取有机相中加入所述反萃取剂，使钨含钒从萃取有机相中分离出来进入下层水相；通过加入铵盐使钒以偏钒酸铵的形式沉淀析出，再通过调节pH值和加入钙盐使钨形成CaWO4沉淀。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中，先将废SCR脱硝催化剂破碎成不小于50目的粉末、烘干，然后浸出。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中，NaOH溶液的质量浓度为1％-20％，废SCR脱硝催化剂与NaOH溶液的固液比为1:1-1:30，混合液置于反应釜中在100℃-400℃的温度下，并以转速200-400r/min搅拌，浸出1-12h，得到混合浸出浆液。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中：氢氧化钠浓度为8％，浸出温度为180-260℃，液固比为5:1，浸出时间为3h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中，用盐酸调节剂调节浸出液pH值至3-7；萃取剂与浸出液的体积比为1:1-5，伯胺N1923的体积浓度为10-20％，萃取静置时间为8-12min。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中，用盐酸调节剂调节浸出液pH值至5-6；萃取剂与浸出液的体积比为1：3。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中，NaOH的浓度为0.5-3mol/L,萃取有机相与NaOH溶液的体积比为1：1-5。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中，NaOH溶液的浓度为1mol/L，萃取有机相与NaOH溶液的体积比为1：3。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，步骤3)分离出下层水相后，调节所得水相的pH值为8.2-8.8，加入过量的NH4Cl，在80℃条件下使其钒以偏钒酸铵的形式沉淀析出，然后将沉淀物过滤后焙烧，最终得到V2O5产品。
10.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，步骤3)沉钒后的二次滤液调节其pH为1.2-1.7，再加入过量的CaCl2沉钨，过滤得到的CaWO4沉淀经酸洗后焙烧即得WO3产品。
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