CN112093825B - 一种从废弃scr脱硝催化剂中回收纳米钛酸钴和高纯度钨渣的方法 - Google Patents

一种从废弃scr脱硝催化剂中回收纳米钛酸钴和高纯度钨渣的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于有色金属回收领域，具体涉及一种从废弃SCR脱硝催化剂中回收纳米钛酸钴和高纯度钨渣的方法。本发明所述回收方法主要包括废弃催化剂预处理、酸溶、钛回收和钨渣处理等步骤，通过该回收工艺，可以回收得到高价值的纳米钛酸钴和高纯度钨渣产品，工艺步骤简单，元素回收率高，回收产品品质优异，是一种废弃SCR脱硝催化剂的新型高效处置工艺。

Description

一种从废弃SCR脱硝催化剂中回收纳米钛酸钴和高纯度钨渣 的方法
技术领域
本发明属于有色金属回收领域，具体涉及一种从废弃SCR脱硝催化剂中回收纳米钛酸钴和高纯度钨渣的方法。
背景技术
资源的高效循环利用已然成为当今社会的热点问题之一，而废弃催化剂作为珍贵资源的富集载体，早已成为关注的重点，我国也已经从上世纪70年代便开始从废弃催化剂中回收大量珍贵金属资源。废弃SCR脱硝催化剂随着SCR脱硝技术近年来的应用越来越广，产量逐年上升，其规模已达到无法简单填埋处置的阶段，国家环保部也根据废弃SCR脱硝催化剂现状，制定了具体的处置条例和法规，旨在高效无害化的处置废弃SCR脱硝催化剂。
SCR脱硝催化剂通常由活性组分V2O5、活性助剂WO3或MoO3、载体TiO2组成，几种成分均为高附加值物质，用途广泛且价格十分昂贵。而废弃SCR脱硝催化剂中TiO2含量可达70%以上，WO3含量亦可达到约5%，因此从中回收钛、钨元素将具有显著的经济效益，而钛、钨元素也一直是废弃SCR脱硝催化剂中高附加值元素回收的重点。此外，废弃SCR脱硝催化剂中含有大量有毒成分，除了自身含有的无机剧毒物质V2O5、重金属钨等，在其使用过程中还会从烟气中吸附大量砷、汞、硒等剧毒元素。因此，常规的堆置或简单的填埋将无法避免废弃SCR脱硝催化剂造成严重的环境危害。而从废弃SCR脱硝催化剂中回收有价值的成分，不仅实现了珍贵资源的循环利用，形成可观的经济效益，还解决了对环境的潜在危害，在资源节约和环境保护方面均具有十分重要的意义。
国内也已经针对废弃SCR脱硝催化剂中钛、钨元素开发了相关的回收工艺。中国专利申请CN201510943530.4公开了一种废弃SCR脱硝催化剂综合回收利用的方法和系统，该方法首先将废弃催化剂中钛成分进行溶解，得到钛溶液，再通过水解法从钛液中回收得到二氧化钛。中国专利申请CN201310063440.7公开了一种从选择性催化还原脱硝催化剂中回收钨组分的方法，该方法首先将废弃催化剂与碳酸钠混合焙烧，使三氧化钨转化为易溶的钨酸钠，并通过水浸法得到钨酸钠溶液，而后通过萃取和反萃工艺回收得到纯度为42-53%的钨产品。
现有废弃SCR脱硝催化剂中钛、钨元素回收工艺普遍存在元素回收率低、回收产品单一、回收产品价值低等缺陷，因此，亟待开发一种更为高效的新型钛、钨元素回收工艺。
发明内容
废弃SCR脱硝催化剂中二氧化钛和三氧化钨总含量可达到75%以上，以纳米钛酸钴和高纯度钨渣形式高效回收钛、钨元素是实现废弃SCR脱硝催化剂高效处置的一种新型工艺。
本发明的目的在于提供一种从废弃SCR脱硝催化剂中回收纳米钛酸钴和高纯度钨渣的方法。本发明针对废弃SCR脱硝催化剂中钛、钨元素的存在形式和化学特性，通过特定的回收工艺回收得到了高品质的纳米钛酸钴和高纯度钨渣。
根据本发明提供的方法，该方法包括以下步骤：
（1）预处理
依次通过焙烧、吹灰和粉碎步骤处理废弃SCR脱硝催化剂，得到300目以下的废弃催化剂粉末；
（2）酸溶
使用硫酸溶液溶解废弃催化剂中钛元素，而后过滤得到钛液和钨渣沉淀；
（3）回收钛酸钴
向步骤（2）所得钛液中加入沉淀剂，充分反应后过滤得到钛酸钴沉淀，再依次经水洗、干燥和焙烧回收得到纳米钛酸钴；
（4）回收高纯度钨渣
用体积浓度为5%的稀盐酸溶液清洗步骤（2）所得钨渣，最后经过水洗和干燥回收得到高纯度钨渣。
优选的，所述的步骤（1）中，废弃SCR脱硝催化剂为工业烟气脱硝淘汰的V2O5-WO3/TiO2型催化剂，组分包括TiO2、WO3、V2O5、Al2O3、SiO2、CaO。
优选的，所述的步骤（1）中，焙烧温度为550-750℃，焙烧时间为3-6h。
优选的，所述的步骤（2）中，硫酸溶液体积浓度为70-90%，与废弃催化剂粉末液固质量比为（5-10）:1。
优选的，所述的步骤（2）中，反应温度为80-120℃，反应时间为1.5-4h。
优选的，所述的步骤（3）中，沉淀剂为氯化钴和柠檬酸的乙醇溶液，其中
氯化钴浓度为1-2.5mol/L，柠檬酸浓度为0.15-0.5mol/L。
优选的，所述的步骤（3）中，沉淀剂中氯化钴与钛元素摩尔比为（1-2）:1。
优选的，所述的步骤（3）中，反应温度为50-75℃，反应时间为1-3h。
优选的，所述的步骤（3）中，焙烧温度为800-950℃，焙烧时间为3-6h。
本发明的有益效果：
本发明对废弃SCR脱硝催化剂中钛、钨元素进行了高效回收，得到了高品质的纳米钛酸钴和高纯度钨渣。其中钛酸钴纯度在99%以上，钨渣中三氧化钨含量可达到97%以上，且钛、钨元素回收率分别达到了94%和97%以上。主要通过以下几个方面来实现：
（1）回收所得钛产品具有更高的价值。常规工艺中，废弃SCR脱硝催化剂钛元素通常以二氧化钛或粗钛渣进行回收，二氧化钛的价格约为1.5万元/吨，而粗钛渣的价格不到5000元/吨。钛酸钴是一种被普遍认可的汽油脱硫催化剂，此外，在涂层材料、光敏材料、湿敏材料、耐热材料、绝缘材料等领域同样有着优异的表现，具有十分广泛的应用前景，高品质的纳米钛酸钴价格也远远高于二氧化钛和粗钛渣。
（2）钛元素回收率及产品纯度具有显著优势。目前常规的钛元素回收工艺多通过加入氢氧化钠或碳酸钠混合焙烧，得到不溶性的钛酸钠，以粗钛渣形式回收，或在此基础上进一步处理得到二氧化钛，此工艺的回收产品中含有大量钛酸钠，产品价值较低。而通过水解法回收二氧化钛时，沉淀过程中钛元素损失量较大，导致钛元素回收率较低。本发明通过先溶解后沉淀的方式回收钛元素，在酸溶步骤，可以使二氧化钛成分从较细的废弃催化剂粉末中几乎全部进入溶液，沉淀时使用的沉淀剂中，柠檬酸和乙醇不仅能够调整沉淀的形貌，还可以促进氯化钴与钛的反应，使溶液中钛元素几乎全部沉淀。而溶液较强的酸性又可以使其他杂质元素留存于溶液中而与钛元素分离。通过本发明的回收工艺，可保证钛元素回收率达到94%以上，回收所得钛酸钴纯度达99%以上。
（3）钨元素回收工艺更为简单，产品纯度更高。钨元素的回收过程极易受到废弃SCR脱硝催化剂中复杂的杂质元素干扰，后续提纯工艺复杂，但效果却并不理想，回收所得钨产品纯度较低。本发明针对废弃SCR脱硝催化剂中三氧化钨的存在形式和化学特性，直接通过酸溶分离钨元素。由于废弃SCR脱硝催化剂中仅三氧化钨成分不溶于硫酸溶液，因此在酸溶步骤后，除钨元素外，其他元素几乎全部进入溶液，经过简单的清洗处理，即可回收得到三氧化钨含量达97%以上的高纯度钨渣。此外，本发明钨元素回收工艺极为简单高效，避免了钨元素因复杂繁琐的回收过程而大量损失，使得钨元素的总回收率可达到97%以上。
（4）本发明工艺步骤十分简单，只包括预处理、酸溶、回收钛和钨渣处理四个过程，且均为简单常规的物理和化学操作流程，大大降低了工艺实施的难度和实施过程中的成本投入，在工业化应用中具有显著优势。
具体实施方式
本发明提供了一种从废弃SCR脱硝催化剂中回收纳米钛酸钴和高纯度钨渣的方法，下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
实施例1描述了一种从废弃SCR脱硝催化剂中回收纳米钛酸钴和高纯度钨渣的方法，具体的步骤包括：
（1）预处理
550℃焙烧废弃SCR脱硝催化剂6h，而后对废弃催化剂进行吹灰和粉碎处理，得到300目以下废弃催化剂粉末。
（2）酸溶
配制体积浓度为90%的硫酸溶液，按照液固质量比为5:1加入废弃催化剂粉末，加热溶液至80℃并搅拌1.5h，反应结束待溶液冷却后，过滤得到钛液和钨渣。
（3）回收钛酸钴
用乙醇溶解氯化钴和柠檬酸，配制氯化钴浓度为1mol/L，柠檬酸浓度为0.5mol/L的沉淀剂，将沉淀剂加入步骤（2）所得钛液中，并保证摩尔比Co/Ti=2，加热溶液至50℃并搅拌3h，反应结束后置于室温环境下静置6h。而后过滤得到钛酸钴沉淀，水洗、干燥后，在800℃下焙烧6h得到纳米钛酸钴。
（4）回收高纯度钨渣
使用体积浓度为5%的稀盐酸溶液清洗步骤（2）所得钨渣沉淀，而后经过水洗、干燥后回收得到高纯度钨渣。
通过实施例1，钛元素回收率为94.05%，钨元素回收率为97.58%；回收所得纳米钛酸钴纯度为99.12%，回收所得钨渣中三氧化钨含量为97.45%。
实施例2
实施例2描述了一种从废弃SCR脱硝催化剂中回收纳米钛酸钴和高纯度钨渣的方法，具体的步骤包括：
（1）预处理
750℃焙烧废弃SCR脱硝催化剂3h，而后对废弃催化剂进行吹灰和粉碎处理，得到300目以下废弃催化剂粉末。
（2）酸溶
配制体积浓度为70%的硫酸溶液，按照液固质量比为10:1加入废弃催化剂粉末，加热溶液至120℃并搅拌4h，反应结束待溶液冷却后，过滤得到钛液和钨渣。
（3）回收钛酸钴
用乙醇溶解氯化钴和柠檬酸，配制氯化钴浓度为2.5mol/L，柠檬酸浓度为0.15mol/L的沉淀剂，将沉淀剂加入步骤（2）所得钛液中，并保证摩尔比Co/Ti=1，加热溶液至75℃并搅拌1h，反应结束后置于室温环境下静置12h。而后过滤得到钛酸钴沉淀，水洗、干燥后，在950℃下焙烧3h得到纳米钛酸钴。
（4）回收高纯度钨渣
使用体积浓度为5%的稀盐酸溶液清洗步骤（2）所得钨渣沉淀，而后经过水洗、干燥后回收得到高纯度钨渣。
通过实施例2，钛元素回收率为94.15%，钨元素回收率为97.23%；回收所得纳米钛酸钴纯度为99.07%，回收所得钨渣中三氧化钨含量为97.23%。
实施例3
实施例3描述了另一种从废弃SCR脱硝催化剂中回收纳米钛酸钴和高纯度钨渣的方法，具体的步骤包括：
（1）预处理
650℃焙烧废弃SCR脱硝催化剂4h，而后对废弃催化剂进行吹灰和粉碎处理，得到300目以下废弃催化剂粉末。
（2）酸溶
配制体积浓度为80%的硫酸溶液，按照液固质量比为7:1加入废弃催化剂粉末，加热溶液至110℃并搅拌2.5h，反应结束待溶液冷却后，过滤得到钛液和钨渣。
（3）回收钛酸钴
用乙醇溶解氯化钴和柠檬酸，配制氯化钴浓度为2mol/L，柠檬酸浓度为0.25mol/L的沉淀剂，将沉淀剂加入步骤（2）所得钛液中，并保证摩尔比Co/Ti=1.5，加热溶液至70℃并搅拌2h，反应结束后置于室温环境下静置7h。而后过滤得到钛酸钴沉淀，水洗、干燥后，在900℃下焙烧4h得到纳米钛酸钴。
（4）回收高纯度钨渣
使用体积浓度为5%的稀盐酸溶液清洗步骤（2）所得钨渣沉淀，而后经过水洗、干燥后回收得到高纯度钨渣。
通过实施例3，钛元素回收率为94.34%，钨元素回收率为98.01%；回收所得纳米钛酸钴纯度为99.12%，回收所得钨渣中三氧化钨含量为97.09%。
实施例4
实施例4描述了又一种从废弃SCR脱硝催化剂中回收纳米钛酸钴和高纯度钨渣的方法，具体的步骤包括：
（1）预处理
600℃焙烧废弃SCR脱硝催化剂3.5h，而后对废弃催化剂进行吹灰和粉碎处理，得到300目以下废弃催化剂粉末。
（2）酸溶
配制体积浓度为75%的硫酸溶液，按照液固质量比为8:1加入废弃催化剂粉末，加热溶液至100℃并搅拌3h，反应结束待溶液冷却后，过滤得到钛液和钨渣。
（3）回收钛酸钴
用乙醇溶解氯化钴和柠檬酸，配制氯化钴浓度为1.7mol/L，柠檬酸浓度为0.30mol/L的沉淀剂，将沉淀剂加入步骤（2）所得钛液中，并保证摩尔比Co/Ti=1.2，加热溶液至60℃并搅拌1.5h，反应结束后置于室温环境下静置10h。而后过滤得到钛酸钴沉淀，水洗、干燥后，在870℃下焙烧3.5h得到纳米钛酸钴。
（4）回收高纯度钨渣
使用体积浓度为5%的稀盐酸溶液清洗步骤（2）所得钨渣沉淀，而后经过水洗、干燥后回收得到高纯度钨渣。
通过实施例4，钛元素回收率为94.19%，钨元素回收率为97.87%；回收所得纳米钛酸钴纯度为99.11%，回收所得钨渣中三氧化钨含量为97.67%。
应理解，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本发明的内容并据以实施，并非具体实施方式的穷举，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明权利要求范围中。

Claims (4)

1.一种从废弃SCR脱硝催化剂中回收纳米钛酸钴和高纯度钨渣的方法，包括如下步骤：
(1)预处理制备废弃催化剂粉末
焙烧处理废弃催化剂，待催化剂冷却后使用压缩空气吹去催化剂表面积灰，而后将废弃催化剂粉碎至300目以下；
(2)酸溶
将废弃催化剂粉末加入至体积浓度为70-90％的硫酸溶液中，硫酸溶液与废弃催化剂粉末液固质量比为(5-10):1；加热至80-120℃并搅拌1.5-4h，待溶液冷却后，过滤得到钛液和钨渣沉淀；
(3)回收钛酸钴
用乙醇溶解氯化钴和少量柠檬酸制备沉淀剂，所述沉淀剂各组分浓度满足：氯化钴浓度为1-2.5mol/L，柠檬酸浓度为0.15-0.5mol/L；将制备的沉淀剂加入步骤(2)所得钛液中，氯化钴与钛元素摩尔比为(1-2):1，加热溶液至50-75℃并搅拌1-3h，反应结束后将溶液置于室温环境下6-12h，而后过滤得到钛酸钴沉淀；最后依次经水洗、干燥和焙烧回收得到纳米钛酸钴；
(4)回收高纯度钨渣
用体积浓度为5％的稀盐酸溶液清洗步骤(2)所得钨渣，而后依次经过水洗和干燥回收得到高纯度钨渣。
2.根据权利要求1所述的一种从废弃SCR脱硝催化剂中回收纳米钛酸钴和高纯度钨渣的方法，其特征在于，所述步骤(1)中废弃SCR脱硝催化剂为工业烟气脱硝淘汰的V2O5-WO3/TiO2型催化剂，组分包括TiO2、WO3、V2O5、Al2O3、SiO2、CaO。
3.根据权利要求1所述的一种从废弃SCR脱硝催化剂中回收纳米钛酸钴和高纯度钨渣的方法，其特征在于，所述步骤(1)中焙烧温度为550-750℃，焙烧时间为3-6h。
4.根据权利要求1所述的一种从废弃SCR脱硝催化剂中回收纳米钛酸钴和高纯度钨渣的方法，其特征在于，所述步骤(3)中焙烧温度为800-950℃，焙烧时间为3-6h。
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