JP2015086119A - Method for producing crystalline titanium oxide and method for regenerating denitration catalyst - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing crystalline titanium oxide by effectively utilizing titanium oxide recovered from a waste material and to provide a method for regenerating a denitration catalyst.SOLUTION: There is provided a method for producing crystalline titanium oxide, which comprises: a melting step of mixing and heating a waste material containing titanium oxide (for example, a waste catalyst of a denitration catalyst containing titanium oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide, and vanadium oxide) and an alkali compound; a step of adding water to a reaction product generated by the heating step to separate a soluble component containing an alkali salt of tungsten, molybdenum and vanadium from an insoluble component of the reaction product; an acid treatment step of mixing an insoluble component after separating the soluble component with an acid; and a firing process of firing the insoluble component obtained by mixing with the acid to produce crystalline titanium oxide. In addition, the denitration catalyst is regenerated using the crystalline titanium oxide produced.

Description

本発明は、結晶性酸化チタンの製造方法及び脱硝触媒の再生方法に関する。詳細には、廃材に含まれる酸化チタンを分離回収し、それを利用して結晶性酸化チタンを製造する方法、及びそれにより製造された結晶性酸化チタンを用いる脱硝触媒の再生方法に関する。   The present invention relates to a method for producing crystalline titanium oxide and a method for regenerating a denitration catalyst. More specifically, the present invention relates to a method for separating and recovering titanium oxide contained in a waste material and producing crystalline titanium oxide using the separated titanium oxide, and a method for regenerating a denitration catalyst using the crystalline titanium oxide produced thereby.

火力発電所等においては、光化学スモッグや酸性雨等の原因物質である排煙中の窒素酸化物(NO)を無害化するために脱硝処理が行われている。現在、脱硝処理に利用されている方法は、NOを、脱硝触媒の存在下、アンモニア(NH)と反応させることによって、窒素(N)と水(HO)に変換する選択接触還元法が中心であり、脱硝触媒としては、触媒活性成分であるバナジウムや、モリブデン、タングステン等を酸化チタンに担持させた酸化チタン系触媒が用いられることが多い。一般に、この種の脱硝触媒の耐用年数は2年から10年と比較的長いものの、火力発電所等の施設当たりでは数百から数千立方メートルに及ぶ膨大な量が使用されている。そのため、耐用年数を経過した使用済み廃触媒に含まれる鉱物資源の再利用が望まれている。 In thermal power plants and the like, denitration treatment is performed to detoxify nitrogen oxides (NO x ) in flue gas, which are causative substances such as photochemical smog and acid rain. The method currently used for denitration treatment is selective contact in which NO x is converted into nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) by reacting with ammonia (NH 3 ) in the presence of a denitration catalyst. The reduction method is mainly used, and as the denitration catalyst, a titanium oxide-based catalyst in which vanadium, molybdenum, tungsten or the like, which is a catalytic active component, is supported on titanium oxide is often used. In general, this type of denitration catalyst has a relatively long service life of 2 to 10 years, but an enormous amount ranging from several hundred to several thousand cubic meters is used per facility such as a thermal power plant. For this reason, it is desired to reuse the mineral resources contained in the spent spent catalyst whose service life has passed.

特に、このような脱硝触媒の廃触媒に含まれるバナジウム、モリブデン、タングステンは、生産量が少ない希少有価金属であるとされ、超合金の材料をはじめとする多くの用途が見込まれている。また、石油焚きボイラ等における排煙処理では、石油中に含まれていたバナジウムが処理中に触媒に付着することがあるため、廃触媒からバナジウムを回収することは、資源循環の観点からも重要であると考えられている。
そこで、使用済み廃触媒から、バナジウム、モリブデン、タングステン等の有価金属を高収率で分離回収するための方法が提案されている。
In particular, vanadium, molybdenum, and tungsten contained in the waste catalyst of such a denitration catalyst are considered to be rare valuable metals with a small production amount, and many uses such as superalloy materials are expected. In addition, in the exhaust gas treatment in oil fired boilers, etc., vanadium contained in oil may adhere to the catalyst during the treatment, so it is important from the viewpoint of resource recycling to recover vanadium from the waste catalyst. It is considered to be.
Therefore, a method for separating and recovering valuable metals such as vanadium, molybdenum, tungsten and the like from a used waste catalyst in a high yield has been proposed.

例えば、特許文献1には、バナジウム、タングステン、モリブデンの群から選ばれる少なくとも一種類の金属成分と酸化チタンを含有する脱硝触媒の使用済触媒から金属成分を回収する方法において、該使用済触媒にアルカリ金属水酸化物水溶液を含浸し、得られたアルカリ金属を含有する使用済触媒を焼成した後、水と接触させて金属成分を抽出し、次いで得られた抽出液から金属成分を回収することを特徴とする上記使用済触媒から金属成分を回収する方法が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a method for recovering a metal component from a spent catalyst of a denitration catalyst containing at least one metal component selected from the group of vanadium, tungsten, and molybdenum and titanium oxide. After impregnating an aqueous alkali metal hydroxide solution and calcining the obtained used alkali metal-containing catalyst, contact with water to extract the metal component, and then recover the metal component from the resulting extract A method for recovering a metal component from the spent catalyst is disclosed.

特開平4−114747号公報JP-A-4-114747

特許文献1によれば、バナジウム、タングステン、モリブデンの群から選ばれる少なくとも一種類の金属成分と酸化チタンを含有する脱硝触媒の使用済触媒から高純度のバナジウム、タングステン、モリブデン等の金属成分を高収率で経済的に回収できるとされている。
しかしながら、脱硝触媒は、バナジウム、タングステン、モリブデン等の有価金属と比較して、高比率で酸化チタンを含有する組成とされるのが一般的であり、酸化チタンの含有量は、触媒当たり60質量%から80質量%程度にもなる。そのため、脱硝触媒のような廃材から大量に回収される粗雑な酸化チタンを有効に利用する技術が求められている。
したがって、本発明の課題は、廃材から回収される酸化チタンを有効に利用した結晶性酸化チタンの製造方法及び脱硝触媒の再生方法を提供することにある。
According to Patent Document 1, a high-purity metal component such as vanadium, tungsten, or molybdenum is increased from a spent catalyst of a denitration catalyst that contains at least one metal component selected from the group of vanadium, tungsten, and molybdenum and titanium oxide. It is said that it can be recovered economically in a yield.
However, a denitration catalyst generally has a composition containing titanium oxide at a high ratio as compared with valuable metals such as vanadium, tungsten, and molybdenum, and the content of titanium oxide is 60 mass per catalyst. % To about 80% by mass. Therefore, there is a need for a technique that effectively uses coarse titanium oxide recovered in large quantities from waste materials such as a denitration catalyst.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing crystalline titanium oxide and a method for regenerating a denitration catalyst that effectively uses titanium oxide recovered from waste materials.

前記課題を解決するために本発明に係る結晶性酸化チタンの製造方法は、酸化チタンを含んでなる廃材と、アルカリ水酸化物、アルカリ炭酸塩、アルカリ硝酸塩からなる群より選択される少なくとも一種のアルカリ化合物とを混合及び加熱する工程、前記加熱により生成した反応生成物に含まれていた不溶性成分を酸と混合する工程、前記酸との混合で得られた不溶性成分を焼成して結晶性酸化チタンを生成する工程を含むことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a method for producing crystalline titanium oxide according to the present invention comprises at least one selected from the group consisting of a waste material containing titanium oxide, and an alkali hydroxide, an alkali carbonate, and an alkali nitrate. A step of mixing and heating with an alkali compound, a step of mixing an insoluble component contained in the reaction product generated by the heating with an acid, and a crystalline oxidation by firing the insoluble component obtained by mixing with the acid. It includes a step of producing titanium.

また、本発明に係る脱硝触媒の再生方法は、酸化チタン、並びに、タングステン、モリブデン及びバナジウムからなる群より選択される少なくとも一種の金属の酸化物を含んでなる使用済みの脱硝触媒と、アルカリ水酸化物、アルカリ炭酸塩及びアルカリ硝酸塩からなる群より選択される少なくとも一種のアルカリ化合物とを混合及び加熱する工程、前記加熱により生成した反応生成物に水を添加して、タングステン、モリブデン及びバナジウムからなる群より選択される少なくとも一種の金属のアルカリ塩を含んでなる可溶性成分を、前記反応生成物に含まれていた不溶性成分から分離する工程、前記可溶性成分が分離された不溶性成分を酸と混合する工程、前記酸との混合で得られた不溶性成分を焼成して結晶性酸化チタンを生成する工程、生成した前記結晶性酸化チタンと前記金属からなる金属化合物とを混合し、焼成して脱硝触媒を製造する工程を含むことを特徴とする。   Further, the method for regenerating a denitration catalyst according to the present invention includes a used denitration catalyst comprising titanium oxide and at least one metal oxide selected from the group consisting of tungsten, molybdenum and vanadium, and alkaline water. Mixing and heating at least one alkali compound selected from the group consisting of oxides, alkali carbonates and alkali nitrates, adding water to the reaction product produced by the heating, from tungsten, molybdenum and vanadium; Separating a soluble component comprising an alkali salt of at least one metal selected from the group from the insoluble component contained in the reaction product, and mixing the insoluble component from which the soluble component has been separated with an acid A process for producing crystalline titanium oxide by firing an insoluble component obtained by mixing with the acid. , The generated and the crystalline oxide of titanium formed of the metal metal compounds were mixed and baked to characterized in that it comprises a step of producing a denitration catalyst.

本発明によれば、廃材から回収される酸化チタンを有効に利用した結晶性酸化チタンの製造方法及び脱硝触媒の再生方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a method for producing crystalline titanium oxide and a method for regenerating a denitration catalyst that effectively utilize titanium oxide recovered from waste materials.

酸化チタンを含んでなる廃材の一例である廃触媒の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the waste catalyst which is an example of the waste material containing a titanium oxide. 機械選別工程、溶融工程及び分離工程の概略を示す工程図である。It is process drawing which shows the outline of a machine selection process, a melting process, and a separation process. 酸処理工程、焼成工程の概略を示す工程図である。It is process drawing which shows the outline of an acid treatment process and a baking process. 触媒製造工程の概略を示す工程図である。It is process drawing which shows the outline of a catalyst manufacturing process. 分離回収工程の概略を示す工程図である。It is process drawing which shows the outline of a separation collection process. 酸処理工程における酸濃度とアルカリ残存量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the acid concentration and alkali residual amount in an acid treatment process. 分離工程で回収された水不溶性成分のX線回折スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the X-ray-diffraction spectrum of the water-insoluble component collect | recovered at the isolation | separation process. 酸処理工程で回収された酸不溶性成分のX線回折スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the X-ray-diffraction spectrum of the acid insoluble component collect | recovered at the acid treatment process. 焼成工程で回収された酸化チタンのX線回折スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the X-ray-diffraction spectrum of the titanium oxide collect | recovered at the baking process.

以下に本発明の一実施形態に係る結晶性酸化チタンの製造方法及び脱硝触媒の再生方法について詳細に説明する。   Hereinafter, a method for producing crystalline titanium oxide and a method for regenerating a denitration catalyst according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

本実施形態に係る結晶性酸化チタンの製造方法は、酸化チタン(二酸化チタン;TiO)を含んでなる廃材から酸化チタンを分離回収し、回収された酸化チタンを結晶化することによって結晶性酸化チタンを製造する方法である。この方法は、結晶性酸化チタンの製造に付随して、廃材に含まれている他の有価金属を酸化チタンから分離する側面を有している。そのため、廃材に含まれる酸化チタンを高い純度で回収して再利用することを可能とし、資源循環の上で有効な製造方法である。 In the method for producing crystalline titanium oxide according to the present embodiment, the titanium oxide is separated and recovered from the waste material containing titanium oxide (titanium dioxide; TiO 2 ), and the recovered titanium oxide is crystallized to crystallize the crystalline titanium oxide. A method for producing titanium. This method has a side surface for separating other valuable metals contained in the waste material from the titanium oxide accompanying the production of the crystalline titanium oxide. Therefore, the titanium oxide contained in the waste material can be recovered with high purity and reused, which is an effective manufacturing method in terms of resource circulation.

酸化チタンを含んでなる廃材としては、使用済みの各種成型品等を起源とする廃棄されるべき金属質材料や、複数種の金属質材料及びその他の材料が混合した廃棄物片の集合等が利用される。金属質材料は、例えば、セラミックス等の金属元素含有化合物、純金属、合金又はこれらの組合せからなる材料である。
酸化チタンを含んでなる廃材は、酸化チタンを主組成成分とする廃材に限られず、酸化チタンの含有量が、廃材の質量あたり50質量%未満のものであってもよい。特に、酸化チタンと共に、タングステン、モリブデン及びバナジウムからなる群より選択される少なくとも一種の金属又はその酸化物を含んでなる廃材は、結晶性酸化チタンの製造と並行して有効に有価金属の分離回収を行える点で好適である。
Examples of waste materials containing titanium oxide include metallic materials that should be disposed of, such as used molded products, and a collection of waste pieces mixed with multiple types of metallic materials and other materials. Used. The metallic material is, for example, a material made of a metal element-containing compound such as ceramic, a pure metal, an alloy, or a combination thereof.
The waste material containing titanium oxide is not limited to a waste material containing titanium oxide as a main composition component, and the content of titanium oxide may be less than 50% by mass per mass of the waste material. In particular, waste materials comprising at least one metal selected from the group consisting of tungsten, molybdenum and vanadium together with titanium oxide or oxides thereof are effectively separated and recovered in parallel with the production of crystalline titanium oxide. It is suitable at the point which can be performed.

酸化チタンを含んでなる廃材としては、具体的には、例えば、脱硝触媒、脱硫触媒、光触媒等の使用済みの廃触媒が挙げられる。一般に、脱硝触媒は、触媒担体である酸化チタンに、触媒活性成分である酸化バナジウムを担持させた触媒が主流である。脱硝触媒には、触媒活性成分として、酸化バナジウムの他に酸化タングステン、酸化モリブデン等が用いられることが多い。また、脱硫触媒においては、シリカ、アルミナと共に、酸化チタンによる触媒担体が用いられることがある。脱硫触媒には、触媒活性成分として、酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化コバルト等が使用されている。また、光触媒においては、触媒活性成分である酸化チタンが、ガラス、石英、金属等の担体に担持されることが多い。光触媒には、光応答特性等の改変を目的として、モリブデン、バナジウム等が併用されることがある。   Specific examples of the waste material containing titanium oxide include used waste catalysts such as a denitration catalyst, a desulfurization catalyst, and a photocatalyst. In general, a denitration catalyst is mainly a catalyst in which vanadium oxide, which is a catalytically active component, is supported on titanium oxide, which is a catalyst carrier. In addition to vanadium oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide or the like is often used as a catalyst active component in a denitration catalyst. In the desulfurization catalyst, a catalyst carrier made of titanium oxide may be used together with silica and alumina. In the desulfurization catalyst, molybdenum oxide, nickel oxide, cobalt oxide or the like is used as a catalyst active component. In photocatalysts, titanium oxide, which is a catalytically active component, is often supported on a carrier such as glass, quartz, or metal. Molybdenum, vanadium, or the like may be used in combination with the photocatalyst for the purpose of modifying photoresponsive characteristics.

本実施形態に係る結晶性酸化チタンの製造方法は、酸化チタンを含んでなる廃材をアルカリ溶融させて、その残渣として回収された酸化チタンを結晶化して結晶性酸化チタンを製造するものである。そのため、特に、酸化チタンの含有率が高く、且つ、水溶性アルカリ金属塩を形成する有価金属を含有している廃材を利用することが好ましい。
そこで、以下、酸化チタン、酸化タングステン、酸化モリブデン及び酸化バナジウムを含んでなる脱硝触媒の廃触媒から結晶性酸化チタンを製造する方法を例にとって、結晶性酸化チタンの製造方法について説明する。
In the method for producing crystalline titanium oxide according to the present embodiment, a waste material containing titanium oxide is alkali-melted, and the titanium oxide recovered as a residue is crystallized to produce crystalline titanium oxide. Therefore, in particular, it is preferable to use a waste material having a high content of titanium oxide and containing a valuable metal that forms a water-soluble alkali metal salt.
Therefore, hereinafter, a method for producing crystalline titanium oxide will be described by taking as an example a method for producing crystalline titanium oxide from a denitration catalyst waste catalyst containing titanium oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide and vanadium oxide.

図1は、酸化チタンを含んでなる廃材の一例である廃触媒の構成を示す模式図である。
図1に示す廃触媒1は、酸化チタン系の脱硝触媒であり、触媒支持基材2と、酸化チタン3と、酸化タングステン4と、酸化モリブデン5と、酸化バナジウム6とを含んでなる。廃触媒1において、触媒活性成分である酸化タングステン4、酸化モリブデン5、酸化バナジウム6の各粒子は、触媒担体である酸化チタン3の粒子に担持された状態で触媒支持基材2に固定化されている。
廃触媒1は、これら触媒活性成分や触媒担体と共に、さらに石英ゾル7や無機繊維8を含有していることがある。酸化チタン3等の粒子が、石英ゾル7や無機繊維8と混合されて触媒支持基材2に結着されると、焼結性が向上して堅固に成型されるためである。また、触媒支持基材2は、通常、金属、ガラス、セラミックス等を材質としている。したがって、廃触媒1は、これらの材料に由来するケイ素酸化物やアルミニウム酸化物等も含有していることが多い。また、脱硝触媒としては、比表面積が大きいアナターゼ型の結晶構造を有する酸化チタンが一般に用いられているが、図1に示されるような使用済みの廃触媒1では、アナターゼ型の酸化チタンが、比表面積が小さいルチル型の結晶構造に変態していることがある。また、廃触媒1の表面には、排煙に由来する煤塵9や硫黄酸化物等の吸着がみられ、廃触媒1に不純物として含まれる元素は多岐に渡る。そのため、廃触媒1に含まれる酸化チタンは、結晶性、純度等の点で極めて粗雑な状態となっている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a waste catalyst which is an example of a waste material containing titanium oxide.
A waste catalyst 1 shown in FIG. 1 is a titanium oxide-based denitration catalyst, and includes a catalyst support base 2, titanium oxide 3, tungsten oxide 4, molybdenum oxide 5, and vanadium oxide 6. In the waste catalyst 1, the particles of tungsten oxide 4, molybdenum oxide 5, and vanadium oxide 6 that are catalytic active components are immobilized on the catalyst support base 2 while being supported on the particles of titanium oxide 3 that is a catalyst carrier. ing.
The waste catalyst 1 may further contain quartz sol 7 and inorganic fibers 8 together with these catalytically active components and catalyst carrier. This is because, when particles such as titanium oxide 3 are mixed with the quartz sol 7 and the inorganic fibers 8 and bonded to the catalyst support substrate 2, the sinterability is improved and the particles are firmly molded. The catalyst support base 2 is usually made of metal, glass, ceramics, or the like. Therefore, the waste catalyst 1 often contains silicon oxide, aluminum oxide and the like derived from these materials. Further, as the denitration catalyst, titanium oxide having an anatase type crystal structure with a large specific surface area is generally used. However, in the used waste catalyst 1 as shown in FIG. It may be transformed into a rutile crystal structure with a small specific surface area. Moreover, adsorption | suction of the dust 9 derived from flue gas, sulfur oxide, etc. is seen on the surface of the waste catalyst 1, and the element contained as an impurity in the waste catalyst 1 is various. Therefore, the titanium oxide contained in the waste catalyst 1 is in a very rough state in terms of crystallinity and purity.

本実施形態に係る結晶性酸化チタンの製造方法では、以上の廃触媒を例とする酸化チタンを含んでなる廃材を利用して、機械選別工程S10、溶融工程S20、分離工程S30、酸処理工程S40、焼成工程S50等を経て、結晶性酸化チタンの製造と有価金属の分離とを行う。但し、結晶性酸化チタンの製造に際しては、機械選別工程S10及び分離工程S30の実施は必ずしも必須ではなく、目的に応じてこれらの工程の一つ以上を省略したり、同等の目的を有する他の公知の工程に置換したりすることができる。   In the method for producing crystalline titanium oxide according to the present embodiment, a machine sorting step S10, a melting step S20, a separation step S30, and an acid treatment step are performed using waste materials containing titanium oxide as an example of the above-described waste catalyst. Through S40, firing step S50, etc., production of crystalline titanium oxide and separation of valuable metals are performed. However, in the production of crystalline titanium oxide, it is not always essential to perform the machine sorting step S10 and the separation step S30, depending on the purpose, one or more of these steps may be omitted or other purposes having an equivalent purpose may be used. It can be replaced with a known process.

図2は、機械選別工程、溶融工程及び分離工程の概略を示す工程図である。   FIG. 2 is a process diagram showing an outline of the machine selection process, the melting process, and the separation process.

機械選別工程S10では、廃棄される使用済みの各種成型品等から、酸化チタンを含む金属質材料を機械的に分別する。すなわち、脱硝触媒の廃触媒を破砕して微粒子化した後、酸化チタン、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化バナジウム等の触媒成分の粒子と基材(触媒支持基材)の成分の粒子とに分別することによって、酸化チタンや他の有価金属以外の成分を廃材から適宜除去する。微粒子化は、各種成型品等を、ショットブラスト型、せん断型、衝撃型等の破砕機を用いて破砕することによって、触媒活性成分や触媒担体等の触媒成分を粉末状、薄片状、粒状等の微粒子として回収する方法により行えばよい。また、破砕した微粒子の分別は、比重や粒径等に基づいた篩によって触媒成分を選別することで行えばよい。
このような機械選別工程S10を行うことによって、酸化チタンや他の有価金属を含む触媒成分のみを廃材として後工程に供することができるため、後工程の効率や結晶性酸化チタンの製造に利用する酸化チタンの純度を向上させることができる。
なお、機械選別工程S10は、使用済みの各種成型品等に由来する廃材を直接後工程で処理する場合には必ずしも行う必要はない。例えば、触媒成分が触媒支持基材等に成型されてなく独立して存在するような場合や、触媒成分が微細な粉末状となって触媒支持基材上に成型されている場合には、廃触媒を後工程に直接供することができるため、機械選別工程S10を省略することができる。
In the machine sorting step S10, a metallic material containing titanium oxide is mechanically separated from used various molded products to be discarded. That is, after the waste catalyst of the denitration catalyst is crushed into fine particles, it is separated into particles of catalyst components such as titanium oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide, vanadium oxide, and particles of the substrate (catalyst supporting substrate). Thus, components other than titanium oxide and other valuable metals are appropriately removed from the waste material. Fine particles can be obtained by crushing various molded products using a shot blast type, shear type, impact type crusher, etc., so that catalyst components such as catalytic active components and catalyst carriers are powdered, flaky, granular, etc. It may be performed by a method of collecting as fine particles. In addition, the crushed fine particles may be separated by selecting the catalyst component with a sieve based on specific gravity, particle size, or the like.
By performing such a machine sorting step S10, only the catalyst component containing titanium oxide and other valuable metals can be used as a waste material for the post-process, and therefore used for the efficiency of the post-process and the production of crystalline titanium oxide. The purity of titanium oxide can be improved.
Note that the machine sorting step S10 is not necessarily performed when waste materials derived from used various molded products or the like are directly processed in a subsequent step. For example, if the catalyst component is not molded on the catalyst support substrate and exists independently, or if the catalyst component is molded in a fine powder form on the catalyst support substrate, Since the catalyst can be directly used in the subsequent process, the machine sorting process S10 can be omitted.

溶融工程S20では、酸化チタンを含んでなる廃材とアルカリ化合物とを混合及び加熱する。
酸化チタン、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化バナジウム等の触媒成分を含む微粒子状の廃材をアルカリ化合物と混合して均質化し、アルカリ化合物を加熱して溶融塩とすると、触媒成分とアルカリ化合物とがアルカリ溶融反応することによって、タングステン、モリブデン、バナジウム等の有価金属の酸素酸アルカリ塩が生成する。そのため、アルカリ溶融反応では、これら有価金属の酸素酸アルカリ塩と、未反応のまま残留していた酸化チタン等とを含んでなる反応生成物が得られる。
In the melting step S20, the waste material containing titanium oxide and the alkali compound are mixed and heated.
Mixing and homogenizing fine particle waste material containing catalyst components such as titanium oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide, vanadium oxide with an alkali compound, heating the alkali compound into a molten salt, the catalyst component and the alkali compound become alkaline. By melting reaction, alkali metal oxyacid salts of valuable metals such as tungsten, molybdenum and vanadium are generated. For this reason, in the alkali melting reaction, a reaction product containing an oxyacid alkali salt of these valuable metals and titanium oxide remaining unreacted is obtained.

溶融工程S20で用いるアルカリ化合物は、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属硝酸塩、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ金属塩化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ土類金属硝酸塩、アルカリ土類金属硫酸塩及びアルカリ土類金属塩化物からなる群より選択される少なくとも一種である。
アルカリ水酸化物やアルカリ硝酸塩は、アルカリ炭酸塩等と比較して融点が低い特徴を有するため、溶融塩を生成するための加熱温度を引き下げることができる。また、アルカリ水酸化物は、アルカリ硝酸塩と比較して、アルカリ溶融反応の効率に優れているため、有価金属のアルカリ塩を生成させるのに適している。よって、アルカリ化合物としては、アルカリ金属水酸化物及びアルカリ土類金属水酸化物からなる群より選択される少なくとも一種が好ましく、アルカリ金属水酸化物がより好ましい。
なお、アルカリ硝酸塩やアルカリ硫酸塩は、有価金属を廃材から効率的に溶出させるための酸化剤として用いてもよい。すなわち、アルカリ化合物としては、アルカリ過硫酸塩、アルカリ亜硝酸塩等の形態のアルカリ塩を用いることも可能である。
The alkali compound used in the melting step S20 is alkali metal hydroxide, alkali metal carbonate, alkali metal nitrate, alkali metal sulfate, alkali metal chloride, alkaline earth metal hydroxide, alkaline earth metal carbonate, alkali It is at least one selected from the group consisting of earth metal nitrates, alkaline earth metal sulfates and alkaline earth metal chlorides.
Alkali hydroxides and alkali nitrates have a feature that their melting point is lower than that of alkali carbonates and the like, so that the heating temperature for producing a molten salt can be lowered. Alkali hydroxides are more suitable for producing alkali salts of valuable metals because they are more efficient in alkali melting reactions than alkali nitrates. Therefore, the alkali compound is preferably at least one selected from the group consisting of alkali metal hydroxides and alkaline earth metal hydroxides, and more preferably alkali metal hydroxides.
In addition, you may use alkali nitrate and alkali sulfate as an oxidizing agent for making a valuable metal elute efficiently from a waste material. That is, as the alkali compound, alkali salts in the form of alkali persulfate, alkali nitrite or the like can be used.

アルカリ化合物をなすアルカリ金属は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等から選択することができる。アルカリ金属としては、取り扱いや入手容易性等の観点から、リチウム、ナトリウム及びカリウムからなる群より選択される少なくとも一種が好ましい。
また、アルカリ化合物をなすアルカリ土類金属は、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等から選択することができる。アルカリ土類金属としては、取り扱いや入手容易性等の観点から、マグネシウム及びカルシウムからなる群より選択される少なくとも一種が好ましい。
The alkali metal forming the alkali compound can be selected from lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium and the like. The alkali metal is preferably at least one selected from the group consisting of lithium, sodium and potassium from the viewpoints of handling and availability.
The alkaline earth metal forming the alkali compound can be selected from beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium and the like. The alkaline earth metal is preferably at least one selected from the group consisting of magnesium and calcium from the viewpoints of handling and availability.

混合された廃材とアルカリ化合物との加熱は、加熱温度をアルカリ化合物の融点付近に設定して行うことが好ましく、具体的には、加熱温度が、150℃以上350℃以下であることが好ましい。
加熱温度が150℃以上であれば、アルカリ化合物種を適切に選択することによって、酸化チタンを含んでなる廃材とアルカリ化合物とを十分に反応させることができる。他方、加熱温度を350℃程度以下の低温とすることによって、溶融工程S20における加熱コストを低減することができる。また、加熱温度が350℃程度以下の低温であれば、酸化チタンに対して意図しない熱履歴を与えなくて済むため、結晶性酸化チタンの製造に好適である。
Heating of the mixed waste material and the alkali compound is preferably performed by setting the heating temperature in the vicinity of the melting point of the alkali compound. Specifically, the heating temperature is preferably 150 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.
If heating temperature is 150 degreeC or more, the waste material and titanium compound containing titanium oxide can fully be made to react by selecting an alkali compound seed | species appropriately. On the other hand, by setting the heating temperature to a low temperature of about 350 ° C. or less, the heating cost in the melting step S20 can be reduced. Moreover, if the heating temperature is a low temperature of about 350 ° C. or lower, it is not necessary to give an unintended thermal history to titanium oxide, which is suitable for producing crystalline titanium oxide.

廃材とアルカリ化合物との加熱時間は、混合したアルカリ化合物が溶融する程度の時間であればよく、通常、30分以上3時間以下程度とすればよい。
加熱温度は、アルカリ化合物の融点付近であれば必ずしも融点を上回っていることまでは要しないが、アルカリ化合物の融点を20℃から50℃程度上回る温度に設定することが好ましい。
したがって、溶融工程S20における加熱温度を抑える観点からは、アルカリ化合物は、低温で溶融することが好ましい。アルカリ化合物を低温で溶融させる方法としては、融点が低温であるアルカリ化合物を単独で使用する方法や、複数種のアルカリ化合物を組み合わせて使用することによって凝固点(融点)降下させる方法を用いることできる。例えば、水酸化リチウム(融点;約460℃)を単独で使用する場合は、加熱温度を500℃程度とすればよく、水酸化カリウム(融点;約380℃)を単独で使用する場合は、加熱温度を420℃程度とすればよい。一方で、水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの等モル混合物(融点;約170℃)を使用する場合は、加熱温度を200℃程度とすればよい。
The heating time of the waste material and the alkali compound may be a time to the extent that the mixed alkali compound is melted, and is usually about 30 minutes to 3 hours.
The heating temperature is not necessarily required to exceed the melting point as long as it is in the vicinity of the melting point of the alkali compound, but it is preferable to set the heating temperature to a temperature that is about 20 ° C. to 50 ° C. higher than the melting point of the alkali compound.
Therefore, from the viewpoint of suppressing the heating temperature in the melting step S20, the alkali compound is preferably melted at a low temperature. As a method of melting the alkali compound at a low temperature, a method of using an alkali compound having a low melting point alone or a method of lowering a freezing point (melting point) by using a combination of a plurality of types of alkali compounds can be used. For example, when lithium hydroxide (melting point: about 460 ° C.) is used alone, the heating temperature may be about 500 ° C., and when potassium hydroxide (melting point: about 380 ° C.) is used alone, heating is performed. The temperature may be about 420 ° C. On the other hand, when an equimolar mixture of sodium hydroxide and potassium hydroxide (melting point: about 170 ° C.) is used, the heating temperature may be about 200 ° C.

アルカリ化合物の添加量は、触媒成分として含まれる金属の総質量の0.6倍以上10倍以下の質量とすることが好ましく、5倍以上10倍以下の質量とすることがより好ましい。
アルカリ化合物の添加量が触媒成分として含まれる金属の総質量の5倍以上10倍以下の質量であると、アルカリ溶融反応が良好な効率で進行するため、タングステン、モリブデン、バナジウム等の有価金属の分離回収を高収率で行うことができる。また、結晶性酸化チタンの製造に利用する酸化チタンの純度を向上させることができる。なお、アルカリ化合物の添加量は、触媒成分やアルカリ化合物の元素組成やその他の条件にも左右されるが、触媒成分として含まれる金属の総質量の10倍を超える量としても反応効率は大きくは向上しない傾向がある。
The addition amount of the alkali compound is preferably 0.6 to 10 times the total mass of the metal contained as the catalyst component, and more preferably 5 to 10 times the mass.
When the addition amount of the alkali compound is 5 to 10 times the total mass of the metal contained as the catalyst component, the alkali melting reaction proceeds with good efficiency, so that valuable metals such as tungsten, molybdenum, vanadium, etc. Separation and recovery can be performed in high yield. Moreover, the purity of the titanium oxide utilized for manufacture of crystalline titanium oxide can be improved. The amount of the alkali compound added depends on the elemental composition of the catalyst component and the alkali compound and other conditions. However, the reaction efficiency is large even if the amount exceeds 10 times the total mass of the metal contained as the catalyst component. There is a tendency not to improve.

アルカリ溶融反応では、例えば、触媒成分として含まれる酸化タングステン(WO)とアルカリ金属水酸化物(ROH)とが反応した場合には、次の反応式1に示すようにタングステン酸アルカリ金属塩(RWO)が生成される。
WO+2ROH→RWO+HO・・・(反応式1)
In the alkali melting reaction, for example, when tungsten oxide (WO 3 ) contained as a catalyst component reacts with an alkali metal hydroxide (ROH), an alkali metal tungstate (as shown in the following reaction formula 1) R 2 WO 4 ) is produced.
WO 3 + 2ROH → R 2 WO 4 + H 2 O (reaction formula 1)

アルカリ溶融反応の反応生成物には、このような反応に準じて生成するタングステン酸アルカリ塩、モリブデン酸アルカリ塩、バナジン酸アルカリ塩等をはじめとする有価金属の酸素酸アルカリ塩が可溶性成分(水可溶性成分)となって含まれている。その一方で、難反応性である酸化チタンは、一部がアルカリ化合物と反応してNaTi(OH)等の難水溶性のチタン酸アルカリ塩を生成し、残部が未反応のまま酸化チタンとして残留している。また、廃触媒に含まれていたケイ素酸化物やアルミニウム酸化物等は、一部がアルカリ化合物と反応してKAlSiOやNaAlSi20・9HO等の難水溶性のケイ酸アルミン酸アルカリ塩を生成している。これら酸化チタンや難水溶性のアルカリ塩は、不溶性成分(水不溶性成分)として、有価金属の水溶性アルカリ塩と共に反応生成物に含まれている。
そこで、溶融工程S20で得られた反応生成物を、続く分離工程S30に供することによって、水溶性の相違を利用した固液分離を行う。
In the reaction product of the alkali melting reaction, alkali metal oxyacids such as alkali tungstic acid, alkaline molybdate, and vanadic acid produced in accordance with such a reaction are soluble components (water Soluble component). On the other hand, titanium oxide, which is hardly reactive, partly reacts with an alkali compound to produce a slightly water-soluble alkali titanate such as Na 2 Ti 2 O 4 (OH) 2 , and the rest is unreacted. It remains as titanium oxide. In addition, silicon oxide, aluminum oxide, and the like contained in the waste catalyst partially react with an alkali compound to cause poorly water-soluble silica such as KAlSiO 4 or Na 5 Al 5 Si 5 O 20 · 9H 2 O. Acid alkali aluminate is produced. These titanium oxides and poorly water-soluble alkali salts are contained in the reaction product together with valuable metal water-soluble alkali salts as insoluble components (water-insoluble components).
Therefore, the reaction product obtained in the melting step S20 is subjected to the subsequent separation step S30, thereby performing solid-liquid separation utilizing the difference in water solubility.

分離工程S30では、溶融工程S20で得られる反応生成物に水を添加して、タングステン酸アルカリ塩、モリブデン酸アルカリ塩、バナジン酸アルカリ塩といった有価金属のアルカリ塩を含んでなる水可溶性成分を、反応生成物に含まれていた酸化チタン等の水不溶性成分から分離する。水不溶性成分と水可溶性成分との分離は、反応生成物と水とを混合して反応生成物に含まれる水可溶性成分を水相に抽出した後、反応生成物に含まれていた水不溶性成分を濾過や遠心分離を利用して、水相から回収することにより行えばよい。
なお、分離工程S30は、水可溶性成分として分離されることが見込まれる有価金属やその他の不純物の量が少ない場合には、省略したり、簡易な水洗を行う工程等に置換したりすることができる。
回収された水不溶性成分は、続く酸処理工程S40に供される。一方、タングステン、モリブデン、バナジウム等の有価金属を含む水可溶性成分は、必要に応じて更に分離回収工程S70に供することができる。
In the separation step S30, water is added to the reaction product obtained in the melting step S20, and a water-soluble component containing an alkali salt of a valuable metal such as an alkali tungstate, an alkali molybdate, or an alkali vanadate, Separated from water-insoluble components such as titanium oxide contained in the reaction product. The water-insoluble component and water-soluble component are separated by mixing the reaction product and water, extracting the water-soluble component contained in the reaction product into the aqueous phase, and then the water-insoluble component contained in the reaction product. May be recovered from the aqueous phase using filtration or centrifugation.
The separation step S30 may be omitted or replaced with a simple water washing step or the like when the amount of valuable metals or other impurities expected to be separated as a water-soluble component is small. it can.
The recovered water-insoluble component is subjected to the subsequent acid treatment step S40. On the other hand, the water-soluble component containing valuable metals such as tungsten, molybdenum, vanadium can be further supplied to the separation and recovery step S70 as necessary.

図3は、酸処理工程、焼成工程の概略を示す工程図である。   FIG. 3 is a process diagram showing an outline of an acid treatment process and a firing process.

酸処理工程S40では、反応生成物に含まれていた水不溶性成分を酸と混合する。
反応生成物に含まれていた水不溶性成分と酸とを混合して反応させることによって、アルカリ溶融反応で生成した水難溶性アルカリ成分が溶解して液相に分配されることになる。そのため、不溶性成分(酸不溶性成分)である酸化チタンと可溶性成分(酸可溶性成分)であるチタン酸アルカリ塩、ケイ酸アルミン酸アルカリ塩等とを分離することが可能となる。
In the acid treatment step S40, the water-insoluble component contained in the reaction product is mixed with the acid.
By mixing and reacting the water-insoluble component and the acid contained in the reaction product, the poorly water-soluble alkali component generated by the alkali melting reaction is dissolved and distributed to the liquid phase. Therefore, it is possible to separate titanium oxide, which is an insoluble component (acid-insoluble component), and alkali titanate, alkali aluminate silicate, etc., which are soluble components (acid-soluble component).

混合する酸は、塩酸、硫酸、硝酸、過塩素酸、リン酸、ホウ酸、フッ化水素酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸等の無機酸の水溶液から選択することができる。酸としては、アルカリ成分の溶解性に優れる点で、塩酸、硫酸及び硝酸からなる群より選択される少なくとも一種が好ましい。塩酸、硫酸及び硝酸は、希薄溶液を用いることができるが、酸可溶性成分を確実に溶解させるために、例えば塩酸については5質量%以上の濃度とすることが好ましく、5質量%以上10質量%以下の濃度とすることがより好ましい。   The acid to be mixed can be selected from aqueous solutions of inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, perchloric acid, phosphoric acid, boric acid, hydrofluoric acid, hydrobromic acid and hydroiodic acid. As the acid, at least one selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid is preferable in that the solubility of the alkali component is excellent. Although dilute solutions can be used for hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid, in order to dissolve the acid-soluble component reliably, for example, hydrochloric acid is preferably at a concentration of 5% by mass or more, preferably 5% by mass to 10% by mass. More preferably, the concentration is as follows.

酸と混合する酸処理時間や酸処理温度は、水難溶性アルカリ成分を可溶化できる限り特に制限されるものではなく、例えば、酸処理時間については2時間から24時間、酸処理温度については常温として行うことができる。
酸処理によって、水難溶性アルカリ成分を酸と反応させて可溶化した後、酸処理された反応生成物に含まれる酸化チタン等の酸不溶性成分を酸可溶性成分から分離する。酸不溶性成分と酸可溶性成分との分離は、可溶化した酸可溶性成分を液相に分配させた後、濾過や遠心分離を利用して、酸不溶性成分を液相から回収することにより行えばよい。
回収された酸不溶性成分は、続く焼成工程S50に供される。なお、焼成工程S50に供する酸不溶性成分は、未分離の酸可溶性成分や酸を除去するために、水等により洗浄した後、乾燥させておくことが好ましい。このときの乾燥温度としては、80℃以上100℃以下の範囲が好ましい。
The acid treatment time and acid treatment temperature to be mixed with the acid are not particularly limited as long as the poorly water-soluble alkali component can be solubilized. For example, the acid treatment time is 2 to 24 hours, and the acid treatment temperature is normal temperature. It can be carried out.
By acid treatment, the poorly water-soluble alkali component is solubilized by reacting with an acid, and then an acid-insoluble component such as titanium oxide contained in the acid-treated reaction product is separated from the acid-soluble component. The acid-insoluble component and the acid-soluble component may be separated by distributing the solubilized acid-soluble component in the liquid phase and then collecting the acid-insoluble component from the liquid phase using filtration or centrifugation. .
The recovered acid-insoluble component is subjected to the subsequent firing step S50. The acid-insoluble component used in the firing step S50 is preferably washed with water or the like and then dried in order to remove unseparated acid-soluble components and acid. As a drying temperature at this time, the range of 80 degreeC or more and 100 degrees C or less is preferable.

焼成工程S50では、酸との混合で得られた不溶性成分を焼成して結晶性酸化チタンを生成する。
酸処理工程S40で得られた酸不溶性成分は、有価金属やケイ素やアルミニウムが分離されることによって、廃触媒に含まれていた酸化チタンを主成分とする組成になっている。一般に使用前の触媒に含まれる酸化チタンは、アナターゼ型の結晶性酸化チタンであるのに対し、使用後の廃触媒では、その大部分がルチル型に変態している。しかしながら、これら結晶性酸化チタンは、溶融工程S20においてアルカリ化合物と混合されることによって結晶性を失って、非晶質に変化していることが多い。
そこで、この焼成工程S50において、酸不溶性成分を加熱処理することによって、酸不溶性成分をなす非晶質の酸化チタンを焼成して結晶性酸化チタンとする。
In the firing step S50, the insoluble component obtained by mixing with the acid is fired to produce crystalline titanium oxide.
The acid insoluble component obtained in the acid treatment step S40 has a composition mainly composed of titanium oxide contained in the waste catalyst by separating valuable metals, silicon and aluminum. In general, titanium oxide contained in the catalyst before use is anatase type crystalline titanium oxide, whereas most of the spent catalyst after use is transformed into rutile type. However, these crystalline titanium oxides often lose their crystallinity when mixed with an alkali compound in the melting step S20 and change to amorphous.
Therefore, in this firing step S50, the acid-insoluble component is heat-treated, whereby the amorphous titanium oxide forming the acid-insoluble component is fired to form crystalline titanium oxide.

焼成における加熱温度は、400℃以上であることが好ましく、400℃以上700℃以下であることがより好ましく、500℃以上700℃以下であることがさらに好ましい。
加熱温度を400℃以上、好ましくは500℃以上とすることによって、酸不溶性成分をなす非晶質酸化チタンの結晶化が進むため、結晶性が良好な酸化チタンを製造することができる。その一方で、加熱温度を700℃以下とすれば、結晶化に要する加熱コストを低減することができる。
The heating temperature in firing is preferably 400 ° C. or higher, more preferably 400 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, and further preferably 500 ° C. or higher and 700 ° C. or lower.
By setting the heating temperature to 400 ° C. or higher, preferably 500 ° C. or higher, crystallization of amorphous titanium oxide forming an acid-insoluble component proceeds, so that titanium oxide with good crystallinity can be produced. On the other hand, if the heating temperature is 700 ° C. or lower, the heating cost required for crystallization can be reduced.

焼成における加熱温度は、製造しようとする結晶性酸化チタンの構造に応じて、さらに温度範囲を限定してもよい。
例えば、焼成における加熱温度を650℃以上の範囲(図3の加熱(1))とした場合には、ルチル型の結晶性酸化チタンを製造することができる。また、焼成における加熱温度を400℃以上600℃以下の範囲(図3の加熱(2))とした場合には、アナターゼ型の結晶性酸化チタンを製造することができる。
The heating temperature in firing may further limit the temperature range according to the structure of the crystalline titanium oxide to be produced.
For example, when the heating temperature in firing is in the range of 650 ° C. or higher (heating (1) in FIG. 3), rutile crystalline titanium oxide can be produced. Further, when the heating temperature in the baking is in the range of 400 ° C. or more and 600 ° C. or less (heating (2) in FIG. 3), anatase type crystalline titanium oxide can be produced.

以上の本実施形態に係る結晶性酸化チタンの製造方法によれば、酸化チタンを含んでなる廃材から効率よく回収された高純度の酸化チタンを利用して、結晶性酸化チタンを製造することができる。また、分離工程S30を経ることによって、結晶性酸化チタンの製造と並行して、廃材に含まれる有価金属の分離を一体的に行うことができる。そのため、廃材に含まれる酸化チタンやその他の有価金属を、資源循環適合的に有効利用することができる。さらには、製造と分離の一体化によって、工程全体のコストを抑えることが可能である。
また、このような方法を用いて製造された結晶性酸化チタンは、工程中において有価金属と分離された後に焼成されるため、製造コストが低廉でありながら、純度が良好である。また、熱履歴の影響が小さい工程を辿り、非晶質の状態を経て焼成されるため、廃材に含まれる酸化チタンの性状に依らず、より単相に近い結晶性酸化チタンとして製造され得る。例えば、ルチル型の結晶性酸化チタンは、着色料、塗料、顔料等としての用途があり、アナターゼ型の結晶性酸化チタンは、脱硝触媒等の触媒材料として有用である。製造された結晶性酸化チタンを利用して、酸化チタンを含んでなる触媒の再製造も行うことができる。
According to the method for producing crystalline titanium oxide according to the above-described embodiment, it is possible to produce crystalline titanium oxide using high-purity titanium oxide efficiently recovered from the waste material containing titanium oxide. it can. In addition, through the separation step S30, the valuable metal contained in the waste material can be integrally separated in parallel with the production of the crystalline titanium oxide. Therefore, titanium oxide and other valuable metals contained in the waste material can be effectively used in a resource circulation compatible manner. Furthermore, the cost of the entire process can be reduced by integrating manufacturing and separation.
In addition, the crystalline titanium oxide produced by using such a method is fired after being separated from the valuable metal in the process, so that the production cost is low but the purity is good. In addition, since it is fired through an amorphous state following a process having a small influence of thermal history, it can be produced as a crystalline titanium oxide closer to a single phase regardless of the properties of titanium oxide contained in the waste material. For example, rutile type crystalline titanium oxide has uses as a colorant, paint, pigment, and the like, and anatase type crystalline titanium oxide is useful as a catalyst material such as a denitration catalyst. A catalyst comprising titanium oxide can be remanufactured using the produced crystalline titanium oxide.

次に、本実施形態に係る脱硝触媒の再生方法について説明する。   Next, the regeneration method of the denitration catalyst according to this embodiment will be described.

本実施形態に係る脱硝触媒の再生方法は、廃材として脱硝触媒の廃触媒を使用した前記の結晶性酸化チタンの製造方法を利用して行われる。すなわち、本実施形態に係る脱硝触媒の再生方法では、結晶性酸化チタンの製造方法において実施される機械選別工程S10、溶融工程S20、分離工程S30、酸処理工程S40、焼成工程S50等に加えて、さらに触媒製造工程S60を経ることによって脱硝触媒を再生する。なお、この再生方法は、脱硝触媒の廃触媒から製造された結晶性酸化チタンを触媒の原料として使用する方法であって、実質的には、脱硝触媒の製造方法に相当するものである。   The method for regenerating a denitration catalyst according to the present embodiment is performed using the above-described method for producing crystalline titanium oxide using a denitration catalyst waste catalyst as a waste material. That is, in the denitration catalyst regeneration method according to the present embodiment, in addition to the machine selection step S10, the melting step S20, the separation step S30, the acid treatment step S40, the calcining step S50, etc. that are performed in the method for producing crystalline titanium oxide. Further, the denitration catalyst is regenerated by passing through the catalyst manufacturing step S60. This regeneration method uses a crystalline titanium oxide produced from a denitration catalyst waste catalyst as a raw material of the catalyst, and substantially corresponds to a production method of a denitration catalyst.

図4は、触媒製造工程の概略を示す工程図である。   FIG. 4 is a process diagram showing an outline of the catalyst production process.

触媒製造工程S60では、焼成工程S50で生成した結晶性酸化チタンと、タングステン、モリブデン及びバナジウムからなる群より選択される少なくとも一種の金属からなる金属化合物とを混合し、焼成して脱硝触媒を製造する。なお、結晶性酸化チタンは、脱硝触媒の触媒担体の原料、タングステンやモリブデンやバナジウムの金属化合物は触媒活性成分の原料としてそれぞれ用いられるが、触媒製造工程S60においては、触媒原料の選択を除いて、従来から知られている一般的な脱硝触媒の製造方法を採用することが可能である。   In the catalyst manufacturing step S60, the crystalline titanium oxide produced in the firing step S50 and a metal compound made of at least one metal selected from the group consisting of tungsten, molybdenum and vanadium are mixed and fired to produce a denitration catalyst. To do. Crystalline titanium oxide is used as a raw material for a catalyst carrier of a denitration catalyst, and a metal compound of tungsten, molybdenum, or vanadium is used as a raw material for a catalytic active component. However, in the catalyst manufacturing step S60, the selection of the catalyst raw material is excluded. Thus, it is possible to employ a conventional method for producing a general denitration catalyst known in the art.

脱硝触媒の触媒活性成分を担持する触媒担体の原料としては、焼成工程S50で加熱温度を400℃以上600℃以下の範囲とすることにより生成するアナターゼ型の結晶性酸化チタンを用いることが好ましい。比表面積が比較的大きいアナターゼ型の結晶性酸化チタンを触媒担体とすることによって高い触媒活性を得ることができる。
一方で、触媒活性成分としては、酸化バナジウム、好ましくはさらに酸化タングステン及び酸化モリブデンの少なくとも一方を、結晶性酸化チタンに担持させることが好ましい。そこで、触媒活性成分の原料としては、タングステン、モリブデン又はバナジウムを含んでなる金属化合物が用いられる。このような金属化合物としては、触媒活性成分となる金属酸化物自体、又は、加熱酸化によりこれら金属酸化物に変換される加熱分解性の金属化合物が挙げられる。具体的には、酸化バナジウムの原料の金属化合物としては、五酸化二バナジウム、メタバナジン酸アンモニウム、シュウ酸バナジウム、硫酸バナジウム等が挙げられる。また、酸化タングステンの原料の金属化合物としては、三酸化タングステン、タングステン酸、メタタングステン酸アンモニウム、パラタングステン酸アンモニウム等が挙げられる。また、酸化モリブデンの原料の金属化合物としては、三酸化モリブデン、モリブデン酸、パラモリブデン酸アンモニウム等が挙げられる。これらの金属化合物は、後記する分離回収工程S70で回収された有価金属で組成される金属化合物であってよく、あるいは新規原料として調達されたものであってもよい。
As a raw material for the catalyst carrier supporting the catalytically active component of the denitration catalyst, it is preferable to use anatase type crystalline titanium oxide produced by setting the heating temperature in the range of 400 ° C. to 600 ° C. in the firing step S50. High catalytic activity can be obtained by using anatase-type crystalline titanium oxide having a relatively large specific surface area as a catalyst carrier.
On the other hand, as the catalytically active component, it is preferable to support vanadium oxide, preferably at least one of tungsten oxide and molybdenum oxide, on crystalline titanium oxide. Therefore, a metal compound containing tungsten, molybdenum or vanadium is used as a raw material for the catalytically active component. Examples of such a metal compound include a metal oxide itself serving as a catalytically active component, or a heat-decomposable metal compound that is converted into these metal oxides by heat oxidation. Specifically, examples of the metal compound as a raw material of vanadium oxide include divanadium pentoxide, ammonium metavanadate, vanadium oxalate, and vanadium sulfate. Examples of the metal compound as a raw material of tungsten oxide include tungsten trioxide, tungstic acid, ammonium metatungstate, and ammonium paratungstate. In addition, examples of the metal compound as a raw material of molybdenum oxide include molybdenum trioxide, molybdic acid, and ammonium paramolybdate. These metal compounds may be metal compounds composed of valuable metals recovered in the separation and recovery step S70 described later, or may be procured as new raw materials.

脱硝触媒の製造では、例えば、触媒担体となる結晶性酸化チタンと触媒活性成分となる金属化合物とを水等の分散媒と共に混合し、必要に応じて石英ゾルや無機繊維等の添加剤を加え、混練してペースト状とする。そして、このペーストをラス状、ハニカム状等の形状を有する触媒支持基材上に成型し、乾燥、焼成することによって脱硝触媒の成型品が製造される。焼成は、酸化ガス雰囲気の下で行うことが好ましく、焼成温度は、例えば、300℃以上600℃以下の範囲が好適である。   In the production of a denitration catalyst, for example, crystalline titanium oxide serving as a catalyst carrier and a metal compound serving as a catalytically active component are mixed with a dispersion medium such as water, and additives such as quartz sol and inorganic fibers are added as necessary. Kneaded to make a paste. Then, the paste is molded on a catalyst support base having a lath shape, honeycomb shape or the like, dried and fired to produce a denitration catalyst molded product. The firing is preferably performed in an oxidizing gas atmosphere, and the firing temperature is preferably in the range of 300 ° C. or more and 600 ° C. or less, for example.

以上の本実施形態に係る脱硝触媒の再生方法によれば、酸化チタンを含んでなる廃材から回収された酸化チタンを有効に利用して脱硝触媒を再製造することができる。特に、溶融工程S20における加熱温度を150℃以上350℃以下とすれば、低加熱コストで、純度が高く結晶状態の良好な酸化チタンを用いて脱硝触媒を再生することができる。また、焼成工程S50における加熱温度を500℃以上600℃以下とした場合には、触媒担体の原料となる酸化チタンの表面積がより増大するため、再生される脱硝触媒の触媒活性を向上させることができる。そのため、灰分等の吸着による被毒を洗浄等で解消する触媒再生方法と比較して、資源廃棄量の低減と高触媒活性の回復とを両立した方法となる。   According to the denitration catalyst regeneration method according to the present embodiment described above, the denitration catalyst can be remanufactured by effectively using titanium oxide recovered from the waste material containing titanium oxide. In particular, if the heating temperature in the melting step S20 is 150 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, the denitration catalyst can be regenerated using titanium oxide having high purity and good crystal state at low heating cost. In addition, when the heating temperature in the firing step S50 is set to 500 ° C. or more and 600 ° C. or less, the surface area of titanium oxide as a raw material for the catalyst carrier is further increased, so that the catalytic activity of the regenerated denitration catalyst can be improved. it can. Therefore, as compared with a catalyst regeneration method that eliminates poisoning due to adsorption of ash or the like by washing or the like, it is a method that achieves both a reduction in the amount of resources discarded and a recovery of high catalyst activity.

本実施形態に係る結晶性酸化チタンの製造方法及び脱硝触媒の再生方法は、さらに、分離回収工程S70を備える構成とすることができる。分離回収工程S70は、分離工程S30の後に行われる工程であり、分離工程S30で酸化チタンと分離された有価金属をさらに分離して回収する工程である。脱硝触媒の再生方法にあっては、分離工程S30の後且つ触媒製造工程S60の前に行われるものとし、回収される金属化合物を触媒原料として触媒製造工程S60に供するように行う。   The method for producing crystalline titanium oxide and the method for regenerating a denitration catalyst according to the present embodiment can further include a separation and recovery step S70. The separation and recovery step S70 is a step performed after the separation step S30, and is a step of further separating and recovering the valuable metal separated from the titanium oxide in the separation step S30. In the regeneration method of the denitration catalyst, it is performed after the separation step S30 and before the catalyst production step S60, and the recovered metal compound is used as a catalyst raw material for the catalyst production step S60.

図5は、分離回収工程の概略を示す工程図である。   FIG. 5 is a process diagram showing an outline of the separation and recovery process.

分離回収工程S70では、分離工程S30において水相に抽出されたタングステン、モリブデン、バナジウム等の有価金属のアルカリ塩を含んでなる水可溶性成分から、これらの有価金属を固体として分離回収する。なお、分離回収は、必ずしも金属元素種別に完全に行うことを要するものでなく、例えばバナジウムのように比較的多量に含まれる金属元素のみを分離対象として行うものでもよい。   In the separation and recovery step S70, these valuable metals are separated and recovered as solids from the water-soluble components containing alkali salts of valuable metals such as tungsten, molybdenum and vanadium extracted in the aqueous phase in the separation step S30. The separation / recovery is not necessarily performed completely for each metal element type, and may be performed only on a metal element contained in a relatively large amount, such as vanadium.

分離回収の方法は、一般的な化学的又は物理的分離方法によることができるが、沈殿分離によるのが好適である。例えば、水可溶性成分を含む濾液や上清等の水相をpH6以上8以下に調整すると、塩化アンモニウム等のアンモニウム塩の添加によって、メタバナジン酸アンモニウムの沈殿が生成する。この沈殿を分離回収することによって、バナジウムをタングステン及びモリブデンから分別することができる。   The separation / recovery method may be a general chemical or physical separation method, but is preferably a precipitation separation. For example, when an aqueous phase such as a filtrate or a supernatant containing a water-soluble component is adjusted to pH 6 or more and 8 or less, precipitation of ammonium metavanadate is generated by adding an ammonium salt such as ammonium chloride. By separating and recovering the precipitate, vanadium can be separated from tungsten and molybdenum.

バナジン酸塩の沈殿を回収した液相は、タングステンとモリブデンとを回収するための、更なる沈殿分離に供することができる。例えば、メタバナジン酸アンモニウム沈殿を回収した液相に、塩化カルシウムを添加し、適宜pHを調整することによって、タングステン酸カルシウム及びモリブデン酸カルシウムの沈殿が生成する。この沈殿を固液分離することによって、タングステン及びモリブデンを回収することができる。あるいは、メタバナジン酸アンモニウム沈殿を回収した液相について、pH8以上10以下程度に調整し、硫化水素ナトリウム等を添加してチオモリブデン酸塩を生成させた後に、pH2以上3以下程度となるように酸処理すると三硫化モリブデンの沈殿が生成する。この沈殿を分離回収することによって、さらにタングステンとモリブデンとを分別することができる。   The liquid phase from which the vanadate precipitate was recovered can be subjected to further precipitation separation to recover tungsten and molybdenum. For example, calcium tungstate and calcium molybdate precipitates are formed by adding calcium chloride to the liquid phase from which ammonium metavanadate precipitates are collected and adjusting the pH appropriately. Tungsten and molybdenum can be recovered by solid-liquid separation of the precipitate. Alternatively, the liquid phase from which the ammonium metavanadate precipitate is collected is adjusted to pH 8 or more and 10 or less, and after adding sodium hydrogen sulfide or the like to generate thiomolybdate, the acid is adjusted to pH 2 or more and 3 or less. The treatment produces a precipitate of molybdenum trisulfide. By separating and collecting the precipitate, tungsten and molybdenum can be further separated.

分離回収工程S70においては、水可溶性成分として含まれているタングステン、モリブデン、バナジウム等の有価金属は、所望の金属化合物に変換した上で回収することができる。例えば、沈殿として回収されたメタバナジン酸アンモニウムは、触媒製造工程S60における原料の金属化合物として直接使用できる点で好適であるが、熱分解させることによって五酸化二バナジウムに変換してもよい。また、タングステン酸カルシウム、モリブデン酸カルシウム等は、熱濃硝酸等で煮沸洗浄することによってモリブデン酸やタングステン酸等に変換してもよい。さらに、これらモリブデン酸、タングステン酸、三硫化モリブデン等は、加熱酸化させることによって酸化モリブデンや酸化タングステンに変換してもよい。   In the separation and recovery step S70, valuable metals such as tungsten, molybdenum, and vanadium contained as water-soluble components can be recovered after being converted into a desired metal compound. For example, ammonium metavanadate recovered as a precipitate is suitable in that it can be directly used as a starting metal compound in the catalyst production step S60, but may be converted to divanadium pentoxide by thermal decomposition. Further, calcium tungstate, calcium molybdate and the like may be converted into molybdic acid, tungstic acid and the like by boiling and washing with hot concentrated nitric acid or the like. Furthermore, these molybdic acid, tungstic acid, molybdenum trisulfide, and the like may be converted into molybdenum oxide or tungsten oxide by thermal oxidation.

以上の分離回収工程S70を備える結晶性酸化チタンの製造方法によれば、結晶性酸化チタンの製造と並行して、廃材に含まれる有価金属の分離回収を一体的に行うことができる。そのため、廃材に含まれる有価金属を資源循環適合的に有効利用することができ、さらには、製造と分離回収の一体化によって、工程全体のコストを抑えることが可能である。分離回収される有価金属は、超硬工具等の素材となる超合金の材料等としても使用することができる。
また、以上の分離回収工程S70を備える脱硝触媒の再生方法によれば、脱硝触媒の廃触媒から分離回収された有価金属に由来するタングステンやモリブデンやバナジウムの金属化合物を、触媒活性成分の原料として触媒製造工程S60において使用することができる。そのため、廃触媒に含まれる有価金属を資源循環適合的に利用して脱硝触媒を再製造することが可能となる。
According to the method for producing crystalline titanium oxide including the separation and recovery step S70 described above, separation and collection of valuable metals contained in the waste material can be performed integrally with the production of crystalline titanium oxide. For this reason, valuable metals contained in the waste material can be effectively used in a resource circulation compatible manner, and furthermore, the cost of the entire process can be suppressed by integrating production and separation / recovery. The valuable metal separated and recovered can also be used as a superalloy material or the like as a material for a cemented carbide tool or the like.
Moreover, according to the regeneration method of the denitration catalyst provided with the above separation / recovery step S70, a metal compound of tungsten, molybdenum or vanadium derived from valuable metals separated and recovered from the waste catalyst of the denitration catalyst is used as a raw material of the catalyst active component It can be used in the catalyst production step S60. For this reason, it is possible to remanufacture the denitration catalyst by utilizing valuable metals contained in the waste catalyst in a resource circulation compatible manner.

以下、本発明の実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using the Example of this invention, the technical scope of this invention is not limited to this.

本発明に係る結晶性酸化チタンの製造方法を用いて、酸化チタンを含んでなる廃材から結晶性酸化チタンを製造すると共に、廃材に含まれる有価金属の回収を行った。
酸化チタンを含んでなる廃材としては、酸化チタン(TiO)を80質量%、酸化タングステン(WO)を8質量%、酸化モリブデン(MoO)を0.5質量%、五酸化二バナジウム(V)を1.5質量%、酸化アルミニウム(Al)を4質量%、二酸化ケイ素(SiO)を6質量%含む組成である脱硝触媒の廃触媒を用いた。この脱硝触媒は、ステンレス製の触媒支持基材上に塗布された後に焼結されており、板状触媒の形態に成型された成型品である。
Using the method for producing crystalline titanium oxide according to the present invention, crystalline titanium oxide was produced from a waste material containing titanium oxide, and valuable metals contained in the waste material were recovered.
The waste material comprising titanium oxide, 80 wt% of titanium oxide (TiO 2), 8 wt% tungsten oxide (WO 3), 0.5 wt% of molybdenum oxide (MoO 3), vanadium pentoxide ( A waste catalyst of a denitration catalyst having a composition containing 1.5% by mass of V 2 O 5 ), 4% by mass of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and 6% by mass of silicon dioxide (SiO 2 ) was used. This denitration catalyst is a molded product that is applied to a catalyst support base made of stainless steel and then sintered, and is formed into a plate-like catalyst.

はじめに、廃触媒を機械選別工程S10に供した。廃触媒は、ショットブラストによって触媒支持基材から機械的に分離することによって、粉末状の廃材として回収した。続いて、得られた粉末状の廃材を溶融工程S20に供した。廃材とアルカリ化合物とは、使用するアルカリ化合物の組成及び添加量、並びに加熱温度を変えた次の実施例1〜15を各別に実施してそれぞれアルカリ溶融反応させた。   First, the spent catalyst was subjected to the machine sorting step S10. The waste catalyst was recovered as a powdery waste material by mechanical separation from the catalyst support substrate by shot blasting. Subsequently, the obtained powdery waste material was subjected to a melting step S20. The waste materials and the alkali compounds were subjected to alkali fusion reactions by carrying out the following Examples 1 to 15 in which the composition and amount of the alkali compound used and the heating temperature were changed.

[実施例1]
実施例1では、アルカリ化合物として、水酸化リチウム(LiOH)と水酸化ナトリウム(NaOH)とを質量比で0.2:0.8となるように用いた。この質量比は、モル比に換算すると約5:12に相当している。
アルカリ化合物は、総添加量が1kgとなるようにあらかじめ濃度を調整してアルカリ化合物水溶液とし、このアルカリ化合物水溶液8kgを1kgの廃材に加え、2時間に亘って撹拌することによって均質化した。続いて、得られた混合物をアルミナ製蒸発皿に投入して、80℃〜100℃で15時間乾燥させた。そして、乾燥した混合物を擂潰機を用いて混合し、大気中において、加熱温度250℃で5時間に亘って加熱することによって、アルカリ溶融反応の反応生成物を得た。
[Example 1]
In Example 1, lithium hydroxide (LiOH) and sodium hydroxide (NaOH) were used as the alkali compounds so that the mass ratio was 0.2: 0.8. This mass ratio corresponds to about 5:12 in terms of molar ratio.
The alkali compound was homogenized by adjusting the concentration in advance so that the total addition amount was 1 kg to obtain an alkaline compound aqueous solution, adding 8 kg of this alkaline compound aqueous solution to 1 kg of waste material, and stirring for 2 hours. Subsequently, the obtained mixture was put into an alumina evaporating dish and dried at 80 ° C. to 100 ° C. for 15 hours. The dried mixture was mixed using a crusher and heated in the atmosphere at a heating temperature of 250 ° C. for 5 hours to obtain a reaction product of an alkali melting reaction.

得られた反応生成物は、分離工程S30に供した。反応生成物に20Lの水を添加した後、3時間に亘って撹拌し、反応生成物に含まれる水可溶性成分を水相に抽出した。続いて、濾過を行うことによって、反応生成物に含まれていた水可溶性成分と水不溶性成分とを固液分離し、濾液と残渣のそれぞれを回収した。   The obtained reaction product was subjected to separation step S30. After adding 20 L of water to the reaction product, the reaction product was stirred for 3 hours, and water-soluble components contained in the reaction product were extracted into the aqueous phase. Subsequently, by filtration, the water-soluble component and the water-insoluble component contained in the reaction product were subjected to solid-liquid separation, and the filtrate and the residue were recovered.

アルカリ溶融反応の反応生成物に含まれていた水可溶性成分が抽出された濾液は、分離回収工程S70に供した。pH調整剤を添加することによって濾液をpH7に調整したところ、ケイ素、アルミニウム、チタン、アルカリ等を含有する複合酸化物の沈殿が生じたため、濾過を行うことによってこの複合酸化物の沈殿を除去した。続いて、250gの塩化アンモニウム(NHCl)を添加して30分間撹拌を行い、メタバナジン酸アンモニウムの沈殿を生成させた。そして、この沈殿を濾別し、50mLの2wt%塩化アンモニウム水溶液と、50mLの水とをそれぞれ用いて洗浄して、バナジン酸塩を回収した。 The filtrate from which the water-soluble component contained in the reaction product of the alkali melting reaction was extracted was subjected to the separation and recovery step S70. When the filtrate was adjusted to pH 7 by adding a pH adjuster, a composite oxide containing silicon, aluminum, titanium, alkali, etc. was precipitated, and thus the composite oxide precipitate was removed by filtration. . Subsequently, 250 g of ammonium chloride (NH 4 Cl) was added and stirred for 30 minutes to form a precipitate of ammonium metavanadate. Then, the precipitate was separated by filtration and washed with 50 mL of a 2 wt% aqueous ammonium chloride solution and 50 mL of water, respectively, to recover the vanadate.

一方、沈殿が濾別されて残った濾液については、80gの塩化カルシウム(CaCl)を添加して10分間撹拌を行い、タングステン酸カルシウム及びモリブデン酸カルシウムの沈殿を生成させた。そして、この沈殿を濾別し、1Lの熱濃硝酸中において30分間煮沸した後、塩化アンモニウム水溶液と水とをそれぞれ用いて洗浄して、100℃で乾燥し、モリブデン酸塩とタングステン酸塩の混合物を回収した。 On the other hand, with respect to the filtrate remaining after the precipitate was filtered off, 80 g of calcium chloride (CaCl 2 ) was added and stirred for 10 minutes to generate precipitates of calcium tungstate and calcium molybdate. The precipitate was filtered off, boiled in 1 L of hot concentrated nitric acid for 30 minutes, washed with an aqueous ammonium chloride solution and water, dried at 100 ° C., and molybdate and tungstate. The mixture was collected.

回収されたバナジン酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩のそれぞれは、蛍光X線分析(X-ray Fluorescence Analysis;XRF)に供して組成を確認し、抽出されたバナジウム、モリブデン及びタングステンの各元素の質量を求めた。また、濾液については、誘導結合プラズマ発光分析(Inductively Coupled Plasma−Atomic Emission Spectrometry;ICP−AES)に供して組成を確認した。そして、有価金属として回収された各元素について、廃材に含まれていた質量に対する抽出率(質量%)を算出した。
その結果、有価金属の抽出率は、タングステンについては94.9%、モリブデンについては95.0%、バナジウムについては90.1%であった。
Each of the recovered vanadate, molybdate, and tungstate is subjected to X-ray Fluorescence Analysis (XRF) to confirm the composition, and extracted vanadium, molybdenum, and tungsten elements. The mass of was determined. Moreover, about the filtrate, it used for the inductively coupled plasma emission spectrometry (Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry; ICP-AES), and confirmed the composition. And about each element collect | recovered as a valuable metal, the extraction rate (mass%) with respect to the mass contained in the waste material was computed.
As a result, the extraction rate of valuable metals was 94.9% for tungsten, 95.0% for molybdenum, and 90.1% for vanadium.

[実施例2]
実施例2では、アルカリ化合物として、水酸化ナトリウム(NaOH)と水酸化カリウム(KOH)とを質量比で0.42:0.58となるように用いた。この質量比は、モル比に換算すると約1:1に相当している。
実施例2は、溶融工程における加熱温度を200℃とし、その他の条件については実施例1と同様にして行った。
その結果、有価金属の抽出率は、タングステンについては99.9%、モリブデンについては96.3%、バナジウムについては97.3%であった。
[Example 2]
In Example 2, sodium hydroxide (NaOH) and potassium hydroxide (KOH) were used as the alkali compounds so that the mass ratio was 0.42: 0.58. This mass ratio corresponds to about 1: 1 when converted to a molar ratio.
In Example 2, the heating temperature in the melting step was 200 ° C., and the other conditions were the same as in Example 1.
As a result, the extraction rate of valuable metals was 99.9% for tungsten, 96.3% for molybdenum, and 97.3% for vanadium.

[実施例3]
実施例3では、アルカリ化合物として、水酸化ナトリウム(NaOH)と水酸化カリウム(KOH)とを質量比で0.74:0.26となるように用いた。この質量比は、モル比に換算すると約4:1に相当している。
実施例3は、溶融工程における加熱温度を250℃とし、その他の条件については実施例2と同様にして行った。
その結果、有価金属の抽出率は、タングステンについては96.5%、モリブデンについては94.5%、バナジウムについては93.9%であった。
[Example 3]
In Example 3, sodium hydroxide (NaOH) and potassium hydroxide (KOH) were used as the alkali compounds so that the mass ratio was 0.74: 0.26. This mass ratio corresponds to about 4: 1 in terms of molar ratio.
In Example 3, the heating temperature in the melting step was 250 ° C., and the other conditions were the same as in Example 2.
As a result, the extraction rate of valuable metals was 96.5% for tungsten, 94.5% for molybdenum, and 93.9% for vanadium.

[実施例4]
実施例4では、アルカリ化合物として、水酸化ナトリウム(NaOH)と水酸化カリウム(KOH)とを質量比で0.42:0.58となるように用いた。
実施例4は、1kgの廃材に、アルカリ化合物の総添加量が0.8kgとなるように濃度を調製したアルカリ化合物を加えてアルカリ溶融反応させ、その他の条件については実施例2と同様にして行った。
その結果、有価金属の抽出率は、タングステンについては99.4%、モリブデンについては92.5%、バナジウムについては97.7%であった。
[Example 4]
In Example 4, sodium hydroxide (NaOH) and potassium hydroxide (KOH) were used as the alkali compounds so that the mass ratio was 0.42: 0.58.
In Example 4, an alkali compound whose concentration was adjusted so that the total amount of alkali compound added was 0.8 kg was added to 1 kg of waste material to cause an alkali melting reaction, and the other conditions were the same as in Example 2. went.
As a result, the extraction rate of valuable metals was 99.4% for tungsten, 92.5% for molybdenum, and 97.7% for vanadium.

[実施例5]
実施例5では、アルカリ化合物として、水酸化ナトリウム(NaOH)と水酸化カリウム(KOH)とを質量比で0.42:0.58となるように用いた。
実施例5は、1kgの廃材に、アルカリ化合物の総添加量が0.6kgとなるように濃度を調製したアルカリ化合物を加えてアルカリ溶融反応させ、その他の条件については実施例2と同様にして行った。
その結果、有価金属の抽出率は、タングステンについては98.0%、モリブデンについては90.3%、バナジウムについては95.3%であった。
[Example 5]
In Example 5, sodium hydroxide (NaOH) and potassium hydroxide (KOH) were used as the alkali compounds so that the mass ratio was 0.42: 0.58.
In Example 5, an alkali compound whose concentration was adjusted so that the total addition amount of the alkali compound was 0.6 kg was added to 1 kg of waste material to cause an alkali melting reaction, and the other conditions were the same as in Example 2. went.
As a result, the extraction rate of valuable metals was 98.0% for tungsten, 90.3% for molybdenum, and 95.3% for vanadium.

[実施例6]
実施例6では、アルカリ化合物として、水酸化ナトリウム(NaOH)と水酸化カリウム(KOH)とを質量比で0.42:0.58となるように用いた。
実施例6は、溶融工程における加熱温度を170℃とし、その他の条件については実施例2と同様にして行った。
その結果、有価金属の抽出率は、タングステンについては98.5%、モリブデンについては95.0%、バナジウムについては97.1%であった。
[Example 6]
In Example 6, as the alkali compound, sodium hydroxide (NaOH) and potassium hydroxide (KOH) were used in a mass ratio of 0.42: 0.58.
In Example 6, the heating temperature in the melting step was set to 170 ° C., and the other conditions were the same as in Example 2.
As a result, the extraction rate of valuable metals was 98.5% for tungsten, 95.0% for molybdenum, and 97.1% for vanadium.

[実施例7]
実施例7では、アルカリ化合物として、水酸化ナトリウム(NaOH)と水酸化カリウム(KOH)とを質量比で0.42:0.58となるように用いた。
実施例7は、溶融工程における加熱温度を150℃とし、その他の条件については実施例2と同様にして行った。
その結果、有価金属の抽出率は、タングステンについては99.0%、モリブデンについては90.0%、バナジウムについては96.4%であった。
[Example 7]
In Example 7, sodium hydroxide (NaOH) and potassium hydroxide (KOH) were used as the alkali compounds so that the mass ratio was 0.42: 0.58.
In Example 7, the heating temperature in the melting step was 150 ° C., and the other conditions were the same as in Example 2.
As a result, the extraction rate of valuable metals was 99.0% for tungsten, 90.0% for molybdenum, and 96.4% for vanadium.

[実施例8]
実施例8では、アルカリ化合物として、水酸化ナトリウム(NaOH)と水酸化カリウム(KOH)と水酸化リチウム(LiOH)とを質量比で0.34:0.46:0.20となるように用いた。この質量比は、モル比に換算すると約1:1:1に相当している。
実施例8は、1kgの廃材に、アルカリ化合物の総添加量が1kgとなるように濃度を調製したアルカリ化合物を加えてアルカリ溶融反応させ、溶融工程における加熱温度を170℃とし、その他の条件については実施例2と同様にして行った。
その結果、有価金属の抽出率は、タングステンについては99.7%、モリブデンについては90.8%、バナジウムについては95.9%であった。
[Example 8]
In Example 8, sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), and lithium hydroxide (LiOH) are used as the alkali compound so that the mass ratio is 0.34: 0.46: 0.20. It was. This mass ratio corresponds to about 1: 1: 1 in terms of molar ratio.
In Example 8, an alkali compound whose concentration was adjusted so that the total amount of alkali compound added was 1 kg was added to 1 kg of waste material to cause an alkali melting reaction, the heating temperature in the melting step was 170 ° C., and other conditions Was carried out in the same manner as in Example 2.
As a result, the extraction rate of valuable metals was 99.7% for tungsten, 90.8% for molybdenum, and 95.9% for vanadium.

[実施例9]
実施例9では、アルカリ化合物として、水酸化ナトリウム(NaOH)と水酸化カリウム(KOH)と硝酸ナトリウム(NaNO)とを質量比で0.34:0.46:0.20となるように用いた。この質量比は、モル比に換算すると約4:4:1に相当している。
実施例9は、1kgの廃材に、アルカリ化合物の総添加量が1kgとなるように濃度を調製したアルカリ化合物を加えてアルカリ溶融反応させ、溶融工程における加熱温度を150℃とし、その他の条件については実施例2と同様にして行った。
その結果、有価金属の抽出率は、タングステンについては99.4%、モリブデンについては93.3%、バナジウムについては98.0%であった。
[Example 9]
In Example 9, sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), and sodium nitrate (NaNO 3 ) are used as alkali compounds so that the mass ratio is 0.34: 0.46: 0.20. It was. This mass ratio corresponds to about 4: 4: 1 in terms of molar ratio.
In Example 9, an alkali compound whose concentration was adjusted so that the total amount of the alkali compound added was 1 kg was added to 1 kg of waste material to cause an alkali melting reaction, the heating temperature in the melting step was 150 ° C., and other conditions Was carried out in the same manner as in Example 2.
As a result, the extraction rate of valuable metals was 99.4% for tungsten, 93.3% for molybdenum, and 98.0% for vanadium.

[実施例10]
実施例10では、アルカリ化合物として、水酸化ナトリウム(NaOH)と水酸化カリウム(KOH)と水酸化カルシウム(Ca(OH))とを質量比で0.34:0.46:0.20となるように用いた。この質量比は、モル比に換算すると約1:1:3に相当している。
実施例10は、1kgの廃材に、アルカリ化合物の総添加量が1kgとなるように濃度を調製したアルカリ化合物を加えてアルカリ溶融反応させ、溶融工程における加熱温度を150℃とし、その他の条件については実施例2と同様にして行った。
その結果、有価金属の抽出率は、タングステンについては98.8%、モリブデンについては92.8%、バナジウムについては97.6%であった。
[Example 10]
In Example 10, as an alkali compound, sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), and calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) were used in a mass ratio of 0.34: 0.46: 0.20. Used to be. This mass ratio corresponds to about 1: 1: 3 in terms of molar ratio.
In Example 10, an alkali compound whose concentration was adjusted so that the total amount of alkali compound added was 1 kg was added to 1 kg of waste material to cause an alkali melting reaction, the heating temperature in the melting step was 150 ° C., and other conditions Was carried out in the same manner as in Example 2.
As a result, the extraction rate of valuable metals was 98.8% for tungsten, 92.8% for molybdenum, and 97.6% for vanadium.

[実施例11]
実施例11では、アルカリ化合物として、水酸化マグネシウム(Mg(OH))と炭酸カルシウム(CaCO)とを質量比で0.8:0.2となるように用いた。この質量比は、モル比に換算すると約7:1に相当している。
実施例11は、1kgの廃材に、アルカリ化合物の総添加量が1kgとなるように濃度を調製したアルカリ化合物を加えてアルカリ溶融反応させ、溶融工程における加熱温度を250℃とし、その他の条件については実施例2と同様にして行った。
その結果、有価金属の抽出率は、タングステンについては94.5%、モリブデンについては95.0%、バナジウムについては93.6%であった。
[Example 11]
In Example 11, magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ) and calcium carbonate (CaCO 3 ) were used as the alkali compound so that the mass ratio was 0.8: 0.2. This mass ratio corresponds to about 7: 1 in terms of molar ratio.
In Example 11, a 1 kg waste material is added with an alkali compound whose concentration is adjusted so that the total addition amount of the alkali compound is 1 kg to cause an alkali melting reaction, the heating temperature in the melting step is 250 ° C., and other conditions Was carried out in the same manner as in Example 2.
As a result, the extraction rate of valuable metals was 94.5% for tungsten, 95.0% for molybdenum, and 93.6% for vanadium.

[実施例12]
実施例12では、アルカリ化合物として、水酸化ナトリウム(NaOH)と硫酸ナトリウム(NaSO)とを質量比で0.95:0.05となるように用いた。
実施例12は、1kgの廃材に、アルカリ化合物の総添加量が1kgとなるように濃度を調製したアルカリ化合物を加えてアルカリ溶融反応させ、溶融工程における加熱温度を300℃とし、その他の条件については実施例1と同様にして行った。
その結果、有価金属の抽出率は、タングステンについては98.1%、モリブデンについては96.6%、バナジウムについては97.2%であった。
[Example 12]
In Example 12, sodium hydroxide (NaOH) and sodium sulfate (Na 2 SO 4 ) were used as the alkali compound so that the mass ratio was 0.95: 0.05.
In Example 12, an alkali compound whose concentration was adjusted so that the total amount of alkali compound added was 1 kg was added to 1 kg of waste material to cause an alkali melting reaction, the heating temperature in the melting step was set to 300 ° C., and other conditions Was carried out in the same manner as in Example 1.
As a result, the extraction rate of valuable metals was 98.1% for tungsten, 96.6% for molybdenum, and 97.2% for vanadium.

[実施例13]
実施例13では、アルカリ化合物として、水酸化ナトリウム(NaOH)を単独で用いた。
実施例13は、1kgの廃材に、アルカリ化合物の総添加量が1kgとなるように濃度を調製したアルカリ化合物を加え、溶融工程における加熱温度を350℃とし、その他の条件については実施例1と同様にして行った。
その結果、有価金属の抽出率は、タングステンについては97.2%、モリブデンについては95.3%、バナジウムについては93.5%であった。
[Example 13]
In Example 13, sodium hydroxide (NaOH) was used alone as the alkali compound.
In Example 13, an alkali compound whose concentration was adjusted so that the total amount of alkali compound added was 1 kg was added to 1 kg of waste material, the heating temperature in the melting step was 350 ° C., and other conditions were the same as in Example 1. The same was done.
As a result, the extraction rate of valuable metals was 97.2% for tungsten, 95.3% for molybdenum, and 93.5% for vanadium.

[実施例14]
実施例14では、アルカリ化合物として、炭酸ナトリウム(NaCO)と炭酸リチウム(LiCO)とを質量比で0.65:0.35となるように用いた。この質量比は、モル比に換算すると約4:3に相当している。
実施例14は、1kgの廃材に、アルカリ化合物の総添加量が1kgとなるように濃度を調製したアルカリ化合物を加えてアルカリ溶融反応させ、溶融工程における加熱温度を550℃とし、その他の条件については実施例1と同様にして行った。
その結果、有価金属の抽出率は、タングステンについては62.6%、モリブデンについては54.1%、バナジウムについては57.8%であった。
[Example 14]
In Example 14, sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) were used as the alkali compound so that the mass ratio was 0.65: 0.35. This mass ratio corresponds to about 4: 3 in terms of molar ratio.
In Example 14, an alkali compound whose concentration was adjusted so that the total amount of alkali compound added was 1 kg was added to 1 kg of waste material to cause an alkali melting reaction, the heating temperature in the melting step was 550 ° C., and other conditions Was carried out in the same manner as in Example 1.
As a result, the extraction rate of valuable metals was 62.6% for tungsten, 54.1% for molybdenum, and 57.8% for vanadium.

[実施例15]
実施例15では、アルカリ化合物として、硝酸リチウム(LiNO)と硝酸カリウム(KNO)とを質量比で0.2:0.8となるように用いた。この質量比は、モル比に換算すると約2:5に相当している。
実施例15は、1kgの廃材に、アルカリ化合物の総添加量が1kgとなるように濃度を調製したアルカリ化合物を加えてアルカリ溶融反応させ、溶融工程における加熱温度を150℃とし、その他の条件については実施例1と同様にして行った。
その結果、有価金属の抽出率は、タングステンについては6.5%、モリブデンについては0.8%、バナジウムについては0.1%であった。
[Example 15]
In Example 15, lithium nitrate (LiNO 3 ) and potassium nitrate (KNO 3 ) were used as the alkali compound so that the mass ratio was 0.2: 0.8. This mass ratio corresponds to about 2: 5 when converted to a molar ratio.
In Example 15, an alkali compound whose concentration was adjusted so that the total addition amount of the alkali compound was 1 kg was added to 1 kg of waste material to cause an alkali melting reaction, the heating temperature in the melting step was 150 ° C., and other conditions Was carried out in the same manner as in Example 1.
As a result, the extraction rate of valuable metals was 6.5% for tungsten, 0.8% for molybdenum, and 0.1% for vanadium.

以上の実施例1〜15における、アルカリ化合物の組成及び添加量、並びに加熱温度を、有価金属の抽出率(%)と共に次の表1に示す。   The composition and addition amount of the alkali compound and the heating temperature in Examples 1 to 15 are shown in the following Table 1 together with the extraction rate (%) of the valuable metal.

Figure 2015086119
Figure 2015086119

表1に示すように、低温で溶融するアルカリ化合物を単独で用いた実施例13、複数種のアルカリ化合物を組み合わせて使用した実施例1〜12では、溶融工程S20における加熱温度を低温としたにもかかわらず、有価金属の抽出率が十分に確保されることが確認された。よって、実施例1〜13に示されるような条件によれば、溶融工程S20における加熱コストを低減することができることになる。また、結晶性酸化チタンの製造に使用する酸化チタンを、高温に晒すことなく、他の有価金属から高純度で分離することが可能である。
溶融工程S20におけるアルカリ化合物の添加量に関しては、アルカリ化合物の添加量の質量比が0.6である実施例5においても、有価金属の抽出率は90%以上となった。よって、アルカリ化合物の添加量が触媒成分として含まれる金属の総質量の0.6倍以上程度あれば、有価金属の抽出率を十分に確保できることが確認された。なお、アルカリ化合物の添加量をより増加させた場合には、有価金属の抽出率は更に増大した。
一方で、アルカリ炭酸塩を用いた実施例14や、アルカリ硝酸塩を用いた実施例15においては、有価金属の抽出率は低調であった。
As shown in Table 1, in Example 13 in which an alkali compound that melts at a low temperature alone was used, and in Examples 1 to 12 in which a plurality of types of alkali compounds were used in combination, the heating temperature in the melting step S20 was set to a low temperature. Nevertheless, it was confirmed that the extraction rate of valuable metals is sufficiently secured. Therefore, according to the conditions as shown in Examples 1 to 13, the heating cost in the melting step S20 can be reduced. Further, it is possible to separate the titanium oxide used for the production of crystalline titanium oxide with high purity from other valuable metals without being exposed to a high temperature.
Regarding the addition amount of the alkali compound in the melting step S20, also in Example 5 where the mass ratio of the addition amount of the alkali compound is 0.6, the extraction rate of the valuable metal was 90% or more. Therefore, it was confirmed that if the amount of alkali compound added is about 0.6 times or more of the total mass of metals contained as the catalyst component, the extraction rate of valuable metals can be sufficiently secured. In addition, when the addition amount of the alkali compound was further increased, the extraction rate of valuable metals further increased.
On the other hand, in Example 14 using an alkali carbonate and Example 15 using an alkali nitrate, the extraction rate of valuable metals was low.

次に、アルカリ溶融反応の反応生成物に含まれていた水不溶性成分を、酸処理工程S40に供した。酸処理工程S40において水不溶性成分と混合する酸については、その濃度条件を予め別途検討した。   Next, the water-insoluble component contained in the reaction product of the alkali melting reaction was subjected to the acid treatment step S40. Concentration conditions for the acid mixed with the water-insoluble component in the acid treatment step S40 were separately examined in advance.

図6は、酸処理工程における酸濃度とアルカリ残存量との関係を示す図である。
図6の横軸は、酸処理工程S40において水不溶性成分に加えた塩酸濃度(wt%)、縦軸は、酸処理工程S40の後、残渣中に残存していたアルカリ残存量(%)を表わしている。アルカリ残存量(%)は、各アルカリ元素毎の元素質量の分率を算出したものである。
図6に示す実施例4に係る残渣では、元素分析の結果確認されたカリウム及びナトリウムの総質量は、水不溶性成分の残渣全質量あたりそれぞれ20質量%、4質量%程度であったところ、ナトリウムについては、塩酸濃度が2.5%以上、カリウムについては、塩酸濃度が5%以上のときに、アルカリ残存量がそれぞれ0.4%程度以下にまで低減された。
したがって、以上の結果から、酸処理工程S40における酸濃度は、5%塩酸相当以上とすることが好ましいことが分かる。10%塩酸では、アルカリ残存量は略0%となり、アルカリ塩の残存は確認されなかった。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the acid concentration and the remaining alkali amount in the acid treatment step.
The horizontal axis of FIG. 6 represents the concentration of hydrochloric acid (wt%) added to the water-insoluble component in the acid treatment step S40, and the vertical axis represents the residual amount of alkali (%) remaining in the residue after the acid treatment step S40. It represents. The remaining amount of alkali (%) is the fraction of element mass for each alkali element.
In the residue according to Example 4 shown in FIG. 6, the total mass of potassium and sodium confirmed as a result of elemental analysis was about 20% by mass and 4% by mass, respectively, with respect to the total mass of the residue of the water-insoluble component. For potassium, when the hydrochloric acid concentration was 2.5% or more, and for potassium, the residual alkali amount was reduced to about 0.4% or less when the hydrochloric acid concentration was 5% or more.
Therefore, it can be seen from the above results that the acid concentration in the acid treatment step S40 is preferably equivalent to or higher than 5% hydrochloric acid. With 10% hydrochloric acid, the remaining alkali amount was approximately 0%, and no remaining alkali salt was confirmed.

そこで、分離工程S30で回収された水不溶性成分からなる残渣を水洗し、乾燥させて粉末状とした後、10%塩酸と混合して15時間に亘って酸処理して、アルカリ塩を十分に溶解させた。そして、酸処理後、濾過を行うことによって、酸不溶性成分からなる残渣を回収し、水洗して乾燥させることで粉末状にした。
こうして回収された酸処理前の水不溶性成分の残渣粉末と、酸処理後の酸不溶性成分の残渣粉末とを、それぞれ粉末X線回折測定に供した。
Therefore, the residue consisting of the water-insoluble component recovered in the separation step S30 is washed with water, dried to a powder, mixed with 10% hydrochloric acid and acid-treated for 15 hours, and the alkali salt is sufficiently removed. Dissolved. And after acid treatment, the residue which consists of an acid insoluble component was collect | recovered by filtering, and it was made into powder form by washing with water and drying.
The recovered residual powder of the water-insoluble component before acid treatment and the residual powder of the acid-insoluble component after acid treatment were each subjected to powder X-ray diffraction measurement.

図7は、分離工程で回収された水不溶性成分のX線回折スペクトルの一例を示す図である。
分離工程S30で回収された水不溶性成分の残渣は、図7に示す実施例4に係る残渣が示すように、2θ=10°〜15°付近、2θ=25°〜40°付近、及び2θ=55°〜70°付近を中心にハローパターンを呈した。また、KAlSiO(図中、▲で表わす。)、NaAlSi20・9HO(図中、◆で表わす。)等のケイ酸アルミン酸アルカリ塩やNaTi(OH)(図中、■で表わす。)等のチタン酸アルカリ塩や、その他の複合酸化物アルカリ塩に相当するピークを示すと共に、ルチル型の酸化チタン(図中、●で表わす。)に相当するピークを微弱ながら示した。
FIG. 7 is a diagram showing an example of an X-ray diffraction spectrum of a water-insoluble component recovered in the separation step.
The residue of the water-insoluble component recovered in the separation step S30 is 2θ = 10 ° to 15 °, 2θ = 25 ° to 40 °, and 2θ = as shown by the residue according to Example 4 shown in FIG. A halo pattern was exhibited around 55 ° to 70 °. Further, alkali silicate aluminates such as KAlSiO 4 (represented by ▲ in the figure), Na 5 Al 5 Si 5 O 20 · 9H 2 O (represented by ♦ in the figure) and Na 2 Ti 2 O 4 A peak corresponding to alkali salt of titanic acid such as (OH) 2 (indicated by ■ in the figure) or other complex oxide alkaline salt is shown, and rutile type titanium oxide (indicated by ● in the figure). The peak corresponding to is shown weakly.

図8は、酸処理工程で回収された酸不溶性成分のX線回折スペクトルの一例を示す図である。
酸処理工程S40で回収された酸不溶性成分の残渣は、図8に示す実施例4に係る残渣が示すように、2θ=20°〜40°付近を中心にハローパターンを示すと共に、ルチル型の酸化チタン(図中、●で表わす。)に相当するピークを示した。その一方で、各種アルカリ塩に相当するピークは消失していた。実施例4に係る残渣では、カリウム及びナトリウムの元素含有率は、残渣全質量あたり24質量%程度であったものが、0.4質量%程度にまで減少し、不純物として残存していたケイ素、アルミニウム、マグネシウム、鉄、炭素等の元素含有率についても同様に減少していた。これに対して、チタンの元素含有率は、残渣全質量あたり82質量%程度となっており、チタンの純度は向上していた。
FIG. 8 is a diagram showing an example of an X-ray diffraction spectrum of the acid-insoluble component recovered in the acid treatment step.
The residue of the acid-insoluble component recovered in the acid treatment step S40 shows a halo pattern centering around 2θ = 20 ° to 40 ° as shown by the residue according to Example 4 shown in FIG. A peak corresponding to titanium oxide (represented by ● in the figure) was shown. On the other hand, peaks corresponding to various alkali salts disappeared. In the residue according to Example 4, the element content of potassium and sodium was about 24% by mass with respect to the total mass of the residue, but decreased to about 0.4% by mass, and silicon remained as an impurity, Similarly, the content of elements such as aluminum, magnesium, iron, and carbon was also decreased. On the other hand, the elemental content of titanium was about 82% by mass with respect to the total mass of the residue, and the purity of titanium was improved.

これらの解析の結果から、酸処理工程S40で回収された酸不溶性成分の残渣は、主に非晶質の酸化チタンからなるものであり、非晶質の酸化チタンに少量のルチル型の酸化チタンが混在した組成であるものと判断された。   From the results of these analyses, the residue of the acid-insoluble component recovered in the acid treatment step S40 is mainly composed of amorphous titanium oxide, and a small amount of rutile-type titanium oxide is added to amorphous titanium oxide. It was judged to have a mixed composition.

次に、酸処理工程S40で回収された酸不溶性成分の残渣を焼成して結晶性酸化チタンを生成した。
焼成は、加熱時間を4時間として、加熱温度が300℃から650℃の範囲に含まれる複数の温度条件の下で行った。そして、回収された酸化チタン粉末を粉末X線回折測定に供した。
Next, the residue of the acid-insoluble component recovered in the acid treatment step S40 was baked to produce crystalline titanium oxide.
Firing was performed under a plurality of temperature conditions including a heating time of 4 hours and a heating temperature in the range of 300 ° C to 650 ° C. The recovered titanium oxide powder was subjected to powder X-ray diffraction measurement.

図9は、焼成工程で回収された酸化チタンのX線回折スペクトルの一例を示す図である。
加熱温度を500℃に設定して焼成した酸化チタンは、図9に示すように、アナターゼ型の酸化チタン(図中、○で表わす。)に相当する強いピークを示した。図8に示すような焼成前のX線回折スペクトルと比較すると、ルチル型の酸化チタン(図中、●で表わす。)に相当するピークは僅かに残存していたものの、非晶質の酸化チタンを示すハローパターンは減少していた。加熱温度500℃では、アナターゼ型の結晶構造を示すピークの積分強度(I)とルチル型の結晶構造を示すピークの積分強度(I)との積分強度比(I/I)は、48.1であった。また、加熱温度を400℃に設定して焼成した酸化チタンにおいても、500℃においてと同様に、アナターゼ型の結晶構造を示すピークが確認され、非晶質の酸化チタンを示すハローパターンが減少していた。加熱温度400℃では、積分強度比(I/I)は、24.0であった。
FIG. 9 is a diagram showing an example of an X-ray diffraction spectrum of titanium oxide recovered in the firing step.
As shown in FIG. 9, the titanium oxide fired at a heating temperature of 500 ° C. showed a strong peak corresponding to anatase-type titanium oxide (indicated by ◯ in the figure). Compared with the X-ray diffraction spectrum before firing as shown in FIG. 8, a peak corresponding to rutile type titanium oxide (indicated by ● in the figure) remained slightly, but amorphous titanium oxide. The halo pattern indicating decreased. At a heating temperature of 500 ° C., the integrated intensity ratio (I A / I R ) between the integrated intensity (I A ) of the peak showing the anatase type crystal structure and the integrated intensity (I R ) of the peak showing the rutile type crystal structure is 48.1. In addition, in titanium oxide fired at a heating temperature of 400 ° C., a peak indicating anatase-type crystal structure was confirmed and the halo pattern indicating amorphous titanium oxide was reduced, as in 500 ° C. It was. At a heating temperature of 400 ° C., the integrated intensity ratio (I A / I R ) was 24.0.

図9に示すようなアナターゼ型の結晶構造を示すピークは、加熱温度が400℃から600℃の範囲に含まれる条件で焼成した酸化チタンにおいて認められた。よって、焼成工程における加熱温度を400℃以上600℃以下とすることによって、アナターゼ型の結晶構造を主相とした結晶性酸化チタンを製造することができることが確認された。
その一方で、加熱温度を300℃に設定して焼成した酸化チタンでは、非晶質の酸化チタンを示すハローパターンが残存し、アナターゼ型の結晶構造を示すピークは確認されなかった。
他方、加熱温度を650℃以上に設定して焼成した酸化チタンでは、ルチル型の結晶構造を示すピークが中心となり、アナターゼ型の結晶構造を示すピークは少なく、非晶質の酸化チタンを示すハローパターンは確認されなかった。よって、焼成工程における加熱温度を650℃以上とすることによって、ルチル型の結晶構造を主相とした結晶性酸化チタンを製造することができることが確認された。
The peak showing the anatase type crystal structure as shown in FIG. 9 was observed in the titanium oxide fired under the condition where the heating temperature was in the range of 400 ° C. to 600 ° C. Therefore, it was confirmed that crystalline titanium oxide having an anatase type crystal structure as a main phase can be produced by setting the heating temperature in the firing step to 400 ° C. or more and 600 ° C. or less.
On the other hand, in titanium oxide fired at a heating temperature of 300 ° C., a halo pattern indicating amorphous titanium oxide remained, and no peak indicating an anatase type crystal structure was confirmed.
On the other hand, in titanium oxide fired at a heating temperature set to 650 ° C. or higher, the peak indicating the rutile crystal structure is the center, the peak indicating the anatase crystal structure is small, and the halo indicating amorphous titanium oxide. The pattern was not confirmed. Therefore, it was confirmed that by setting the heating temperature in the firing step to 650 ° C. or higher, crystalline titanium oxide having a rutile crystal structure as a main phase can be produced.

次に、脱硝触媒に含まれていた酸化チタン及び製造された結晶性酸化チタンのBET比表面積を測定した。
BET比表面積は、表面積分析機「NOVA−1200」(Quantachrome社製)を用いて、窒素ガスを吸着ガスとした定容法に基づいて計測した。
Next, the BET specific surface area of the titanium oxide contained in the denitration catalyst and the produced crystalline titanium oxide was measured.
The BET specific surface area was measured based on a constant volume method using nitrogen gas as an adsorbed gas, using a surface area analyzer “NOVA-1200” (manufactured by Quantachrome).

BET比表面積の測定の結果、使用前の脱硝触媒におけるBET比表面積は100m/gであり、使用済み脱硝触媒におけるBET比表面積は22m/gであった。また、酸処理工程で回収された酸化チタンにおけるBET比表面積は更に17.5m/gに低下していた。
これに対して、焼成工程において加熱温度を500℃に設定して焼成した酸化チタンにおけるBET比表面積は46m/gに増大していた。また、加熱温度を400℃に設定して焼成した酸化チタンにおけるBET比表面積は40m/gに増大していた。
よって、アルカリ化合物と混合されることによって非晶質となって、BET比表面積が大幅に低下した酸化チタンが、400℃以上、好ましくは500℃以上の加熱温度による焼成工程を経ることで、比表面積が回復した結晶性酸化チタンに再生されることが分かる。
As a result of measuring the BET specific surface area, the BET specific surface area in the denitration catalyst before use was 100 m 2 / g, and the BET specific surface area in the used denitration catalyst was 22 m 2 / g. Moreover, the BET specific surface area in the titanium oxide recovered in the acid treatment step was further reduced to 17.5 m 2 / g.
On the other hand, the BET specific surface area in the titanium oxide baked by setting the heating temperature to 500 ° C. in the baking step was increased to 46 m 2 / g. Moreover, the BET specific surface area in the titanium oxide baked by setting the heating temperature to 400 ° C. was increased to 40 m 2 / g.
Therefore, the titanium oxide having become amorphous by being mixed with an alkali compound and having a significantly reduced BET specific surface area is subjected to a firing step at a heating temperature of 400 ° C. or higher, preferably 500 ° C. or higher. It can be seen that it is regenerated to crystalline titanium oxide whose surface area has been recovered.

S10 機械選別工程
S20 溶融工程
S30 分離工程
S40 酸処理工程
S50 焼成工程
S60 触媒製造工程
S70 分離回収工程
1 廃触媒(廃材)
2 触媒支持基材
3 酸化チタン
4 酸化タングステン
5 酸化モリブデン
6 酸化バナジウム
7 石英ゾル
8 無機繊維
9 煤塵
S10 Machine selection step S20 Melting step S30 Separation step S40 Acid treatment step S50 Firing step S60 Catalyst production step S70 Separation and recovery step 1 Waste catalyst (waste material)
2 catalyst support substrate 3 titanium oxide 4 tungsten oxide 5 molybdenum oxide 6 vanadium oxide 7 quartz sol 8 inorganic fiber 9 dust

Claims (14)

酸化チタンを含んでなる廃材と、アルカリ水酸化物、アルカリ炭酸塩、アルカリ硝酸塩からなる群より選択される少なくとも一種のアルカリ化合物とを混合及び加熱する工程、
前記加熱により生成した反応生成物に含まれていた不溶性成分を酸と混合する工程、
前記酸との混合で得られた不溶性成分を焼成して結晶性酸化チタンを生成する工程、
を含むことを特徴とする結晶性酸化チタンの製造方法。
Mixing and heating the waste material comprising titanium oxide and at least one alkali compound selected from the group consisting of alkali hydroxide, alkali carbonate, and alkali nitrate;
Mixing an insoluble component contained in the reaction product generated by the heating with an acid;
Calcination of the insoluble component obtained by mixing with the acid to produce crystalline titanium oxide,
A method for producing crystalline titanium oxide, comprising:
酸化チタン、並びに、タングステン、モリブデン及びバナジウムからなる群より選択される少なくとも一種の金属の酸化物を含んでなる廃材と、アルカリ水酸化物、アルカリ炭酸塩及びアルカリ硝酸塩からなる群より選択される少なくとも一種のアルカリ化合物とを混合及び加熱する工程、
前記加熱により生成した反応生成物に水を添加して、タングステン、モリブデン及びバナジウムからなる群より選択される少なくとも一種の金属のアルカリ塩を含んでなる可溶性成分を、前記反応生成物に含まれていた不溶性成分から分離する工程、
前記可溶性成分が分離された不溶性成分を酸と混合する工程、
前記酸との混合で得られた不溶性成分を焼成して結晶性酸化チタンを生成する工程、
を含むことを特徴とする結晶性酸化チタンの製造方法。
Waste material comprising at least one metal oxide selected from the group consisting of titanium oxide and tungsten, molybdenum and vanadium, and at least selected from the group consisting of alkali hydroxide, alkali carbonate and alkali nitrate Mixing and heating a kind of alkali compound,
Water is added to the reaction product produced by the heating, and the reaction product contains a soluble component comprising an alkali salt of at least one metal selected from the group consisting of tungsten, molybdenum and vanadium. Separating from insoluble components,
Mixing an insoluble component separated from the soluble component with an acid;
Calcination of the insoluble component obtained by mixing with the acid to produce crystalline titanium oxide,
A method for producing crystalline titanium oxide, comprising:
前記焼成における加熱温度が、400℃以上600℃以下であり、
生成される前記結晶性酸化チタンが、アナターゼ型である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の結晶性酸化チタンの製造方法。
The heating temperature in the firing is 400 ° C. or more and 600 ° C. or less,
The method for producing crystalline titanium oxide according to claim 1 or 2, wherein the produced crystalline titanium oxide is of anatase type.
前記焼成における加熱温度が、650℃以上であり、
生成される前記結晶性酸化チタンが、ルチル型である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の結晶性酸化チタンの製造方法。
The heating temperature in the firing is 650 ° C. or higher,
The method for producing crystalline titanium oxide according to claim 1, wherein the produced crystalline titanium oxide is a rutile type.
前記アルカリ化合物が、アルカリ金属水酸化物及びアルカリ土類金属水酸化物からなる群より選択される少なくとも一種である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の結晶性酸化チタンの製造方法。
The production of crystalline titanium oxide according to claim 1 or 2, wherein the alkali compound is at least one selected from the group consisting of alkali metal hydroxides and alkaline earth metal hydroxides. Method.
前記アルカリ化合物が、リチウム、ナトリウム及びカリウムからなる群より選択される少なくとも一種のアルカリ金属を含んでなる
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の結晶性酸化チタンの製造方法。
The method for producing crystalline titanium oxide according to claim 1 or 2, wherein the alkali compound comprises at least one alkali metal selected from the group consisting of lithium, sodium and potassium.
前記混合される酸が、塩酸、硫酸及び硝酸からなる群より選択される少なくとも一種である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の結晶性酸化チタンの製造方法。
The method for producing crystalline titanium oxide according to claim 1 or 2, wherein the mixed acid is at least one selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid.
前記混合及び加熱する工程における加熱温度が、150℃以上350℃以下である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の結晶性酸化チタンの製造方法。
The method for producing crystalline titanium oxide according to claim 1 or 2, wherein a heating temperature in the mixing and heating step is 150 ° C or higher and 350 ° C or lower.
前記廃材が、使用済みの脱硝触媒である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の結晶性酸化チタンの製造方法。
The method for producing crystalline titanium oxide according to claim 1 or 2, wherein the waste material is a used denitration catalyst.
前記混合及び加熱する工程に先立って、前記使用済みの脱硝触媒を触媒支持基材から分離する工程
を含むことを特徴とする請求項9に記載の結晶性酸化チタンの製造方法。
The method for producing crystalline titanium oxide according to claim 9, further comprising a step of separating the used denitration catalyst from the catalyst support substrate prior to the mixing and heating step.
酸化チタン、並びに、タングステン、モリブデン及びバナジウムからなる群より選択される少なくとも一種の金属の酸化物を含んでなる使用済みの脱硝触媒と、アルカリ水酸化物、アルカリ炭酸塩及びアルカリ硝酸塩からなる群より選択される少なくとも一種のアルカリ化合物とを混合及び加熱する工程、
前記加熱により生成した反応生成物に水を添加して、タングステン、モリブデン及びバナジウムからなる群より選択される少なくとも一種の金属のアルカリ塩を含んでなる可溶性成分を、前記反応生成物に含まれていた不溶性成分から分離する工程、
前記可溶性成分が分離された不溶性成分を酸と混合する工程、
前記酸との混合で得られた不溶性成分を焼成して結晶性酸化チタンを生成する工程、
生成した前記結晶性酸化チタンと前記金属からなる金属化合物とを混合し、焼成して脱硝触媒を製造する工程、
を含むことを特徴とする脱硝触媒の再生方法。
A used denitration catalyst comprising titanium oxide, and an oxide of at least one metal selected from the group consisting of tungsten, molybdenum and vanadium; and a group consisting of alkali hydroxide, alkali carbonate and alkali nitrate Mixing and heating at least one selected alkali compound;
Water is added to the reaction product produced by the heating, and the reaction product contains a soluble component comprising an alkali salt of at least one metal selected from the group consisting of tungsten, molybdenum and vanadium. Separating from insoluble components,
Mixing an insoluble component separated from the soluble component with an acid;
Calcination of the insoluble component obtained by mixing with the acid to produce crystalline titanium oxide,
A step of mixing the produced crystalline titanium oxide and a metal compound composed of the metal and calcining to produce a denitration catalyst,
A method for regenerating a denitration catalyst comprising:
さらに、
前記金属のアルカリ塩を含んでなる可溶性成分から前記金属を分離回収する工程
を含み、
生成した前記結晶性酸化チタンと分離回収された前記金属からなる金属化合物とを混合し、焼成して脱硝触媒を製造する
ことを特徴とする請求項11に記載の脱硝触媒の再生方法。
further,
Separating and recovering the metal from a soluble component comprising the alkali salt of the metal,
The method for regenerating a denitration catalyst according to claim 11, wherein the produced crystalline titanium oxide and the metal compound composed of the separated and recovered metal are mixed and calcined to produce a denitration catalyst.
前記焼成における加熱温度が、400℃以上600℃以下であり、
生成される前記結晶性酸化チタンが、アナターゼ型である
ことを特徴とする請求項11に記載の脱硝触媒の再生方法。
The heating temperature in the firing is 400 ° C. or more and 600 ° C. or less,
The method for regenerating a denitration catalyst according to claim 11, wherein the produced crystalline titanium oxide is of anatase type.
前記混合及び加熱する工程における加熱温度が、150℃以上350℃以下である
ことを特徴とする請求項11に記載の脱硝触媒の再生方法。
The method for regenerating a denitration catalyst according to claim 11, wherein a heating temperature in the mixing and heating step is 150 ° C or higher and 350 ° C or lower.
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