JP3665918B2 - Treatment method for petroleum combustion ash - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石油系燃焼灰を湿式処理して、燃焼灰に含まれる有効成分(以下、有価物と称する)を効率よく回収する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
火力発電所において、高S重油や石油系燃料等を燃焼する際、燃焼に伴って発生する排煙中の二酸化硫黄(SO2)の一部が酸化されて硫黄ガス(SO3)になる。SO3は水分が存在すると硫酸ミストになり、集塵装置や煙道等の金属を腐食する。これを防止するため、一般的にアンモニア(NH3)を排ガスに注入し、SO3を反応させて硫安((NH4)2SO4)または酸性硫安(NH4HSO4)にして、燃焼灰と共に集塵装置で捕集する。したがって、捕集された燃焼灰の性状はアンモニウム(NH4+)及び硫酸根(SO4 2−)が主成分であり、これ以外にバナジウム(V)、ニッケル(Ni)及びマグネシウム(Mg)等を数%含有する。燃焼灰から上記した主要成分を有価物として回収する方法に関する特許は多数出願されている(例えば特開昭61−171582、特開昭61−171583、特開昭50−9570、特開昭62−298489、文献:化学工学56巻6号、P391、1992)。
【0003】
例えば燃焼灰を湿式処理する方法として、燃焼灰の水混合液に酸(またはアルカリ)及びヒドラジン(N2H4)のような還元剤を添加して溶解処理する方法、あるいは酸化加熱処理してVを5価にして晶析分離する方法等、特にバナジウムの分離回収を主体とした有価物の回収方法が多数提案されている。
【0004】
また、バナジウムを回収した後にニッケルの回収、pH11前後でのアンモニア回収及び石膏回収等の操作により燃焼灰中の有価物が回収可能である。しかし、上記のような有価物回収を含む灰の処理方法は、回収バナジウムの純度が低いこと、あるいはバナジウムの回収率が低いこと、あるいはシステムが複雑になり操作性、経済性に問題があること等の点で実機適用されるまでに至らないものが大部分である。
【0005】
本発明者等は、湿式脱硫装置との関連において燃焼灰の処理方法の研究を鋭意進めた結果、一旦バナジウムをニッケルとともに水酸化物として沈殿させ、沈殿物を分離回収して溶解しバナジウム濃度を高め、これを加熱、酸化処理してメタバナジン酸アンモニウムとして沈殿させることにより、バナジウムを高純度で回収する本発明に至ったものである。また、回収したアンモニアは系内で必要なpH調整用のアルカリ剤として有効に利用し、バナジウム及びアンモニアを回収した残りの液中の硫酸塩は、すべて石膏として回収して脱硫塔に供給することが本発明の主眼である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術による有価物の回収法、特にバナジウムの回収には、メタバナジン酸アンモニウムとしての晶析法、水酸化物としての沈殿法などがある。前者においては高純度のバナジウムを回収することが可能であるが、晶析のために70℃以上から室温程度まで除冷して晶析を行うために長い時間と大きな晶析槽が必要となり、かつ晶析で回収できないバナジウムを捕集するためには別の装置を要するという問題点がある。また、空気でバナジウムを酸化するのにスラリ中のバナジウム濃度が低い場合には、反応槽の容積が大きくなる問題がある。後者においては、システムが簡単であるという特徴はあるが、水酸化物として沈殿回収する際、ニッケル等が共沈するためにバナジウムの純度を高められない点に問題があった。
【0007】
本発明の目的は、石油系燃料の燃焼灰からバナジウムを回収する経済的なプロセスを提案することにある。また、バナジウムを回収した残りの成分を如何に効率よく処理するかが、実用化する上での大きな課題となる。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、燃焼灰を水溶液に酸及びまたは還元剤を加えて溶解させた後、pHを6前後に上げて水酸化物を沈殿させ、バナジウムとニッケルをスラリ中の他の成分と分離し、次に分離した沈殿物を濃縮させた後pH6〜9において加熱し空気を吹き込むことにより酸化処理し、更にpH5〜7(好ましくは6)にしてメタバナジン酸アンモニウムを沈殿させることによって達成される。特に空気を用いて酸化する場合、濃縮したスラリの攪拌を良くするため酸化用の空気を塔下部から供給して酸化すること、及びスラリを濃縮してバナジウムの濃度を高めることが重要となる。また、バナジウムを回収したあとの液に消石灰を加えてpHを上げ、これを加熱してアンモニアを回収した後、残りの溶液中の硫酸塩をすべて石膏として沈殿させてこのスラリ液を脱硫塔に供給することが、大きな特徴である。
【0009】
上記課題を達成する本発明の第1の手段は、石油系燃料を使用するボイラ等の排ガス流路内に設置された集塵機で捕集された燃焼灰を水溶液に溶解させてスラリとし、必要に応じて酸及びまたは還元剤を添加して燃焼灰を溶解処理し、不溶解物を分離除去した後の溶液から、バナジウムを分離する石油系燃焼灰の処理方法において、前記不溶解物を分離除去した後の溶液に、アルカリを加えてpHを6以上に調整してバナジウムとニッケルを水酸化物として沈殿させ、沈殿物を分離回収して再溶解し、この溶解液を加熱、酸化処理することによりバナジウムをメタバナジン酸アンモニウムの沈殿物として分離し回収することを特徴とする。また、不溶解物を脱硫装置へ供給することを特徴とする。
【0010】
上記課題を達成する本発明の第2の手段は、上記第1の手段において、前記不溶解物を分離除去した後の溶液にアルカリを加えてpHを6〜8に調整してバナジウムとニッケルを水酸化物として沈殿させ、沈殿物を濃縮分離した高濃度スラリ液であるバナジウム濃縮液を60℃以上に加温し、アンモニアの存在下でpHを6〜9として酸化処理しバナジウムをメタバナジン酸アンモニウムとして回収することを特徴とする。
【0011】
上記課題を達成する本発明の第3の手段は、上記第2の手段において、バナジウム濃縮液を酸化する際、スラリ液である前記バナジウム濃縮液に空気を吹き込むことで酸化処理することを特徴とする。
【0012】
上記課題を達成する本発明の第4の手段は、上記第2または第3の手段において、前記酸化処理後の溶液に酸を加えてpH5〜7にしてメタバナジン酸アンモニウム化合物を沈殿、沈殿物として溶液から分離することを特徴とする。
【0013】
上記課題を達成する本発明の第5の手段は、上記第4の手段において、バナジウムをメタバナジン酸アンモニウム化合物として沈殿分離した後の溶液を燃焼灰を溶解する灰溶解槽に戻すことを特徴とする。
【0014】
上記課題を達成する本発明の第6の手段は、上記第1の手段において、前記高濃度スラリ液を生成するためにバナジウムとニッケルを水酸化物として沈殿させた沈殿物に凝集剤を添加して沈殿物を凝集させて、水酸化バナジウム濃度を5,000ppm以上にすることを特徴とする。
【0015】
上記課題を達成する本発明の第7の手段は、上記第1〜6のいずれかの手段において、バナジウムを回収した後の溶液に、消石灰を添加して硫酸塩を石膏として沈殿させ加熱することによりアンモニアを分離回収した後、残りの石膏を含むスラリ液を脱硫装置へ供給することを特徴とする。
【0016】
上記課題を達成する本発明の第8の手段は、上記第1の手段において、前記不溶解物を分離除去した後の溶液に、アルカリを加えてpHを6〜11に調整してバナジウムとニッケルを水酸化物として沈殿させて分離し、分離した沈殿物を再溶解し、pHを4〜6に調整してバナジウムのみを沈殿させ、バナジウムを回収することを特徴とする。
【0017】
上記課題を達成する本発明の第9の手段は、上記第8の手段において、バナジウムを回収した後の溶液を燃焼灰を溶解処理する灰溶解槽に循環することを特徴とする。
【0018】
上記課題を達成する本発明の第10の手段は、上記第1〜9のいずれかの手段において、回収したアンモニアを系内で必要なpH調整用のアルカリ液として利用することを特徴とする。
【0019】
上記課題を達成する本発明の第11の手段は、上記第1〜8のいずれかの手段において、燃焼灰の水溶液に還元剤を加える方法として、排ガス中の硫黄酸化物から生成された亜硫酸含有液を添加することを特徴とする。すなわち、排ガス中の硫黄酸化物をアルカリ液を用いてpH5以上の条件で吸収させ、亜硫酸水を生成させて利用することを特徴とする。
【0020】
上記課題を達成する本発明の第12の手段は、上記第1の手段において、バナジウムとニッケルの水酸化物の沈殿物を含む溶液に凝集剤を添加してフロックを形成させて水酸化物を沈降分離することを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
石油系燃焼灰中の金属成分の化合物の存在状態は明確では無いが、次のように推定される。すなわち、大半が硫酸塩(VOSO4、NiSO4、MgSO4等)として存在し、一部は酸化物(V2O5、NiO、MgO等)となっている。更に一部は金属酸化物の複合体(例えばV2O5・MgO)となっていると推定される。したがって、燃焼灰に単に水を添加しても全て可溶化せず、何らかの前処理操作を要する。燃焼灰に希硫酸を添加すると金属酸化物の溶解が進む。バナジウムを水酸化物として回収しようとする場合は、灰に含まれる5価のバナジンを亜硫酸、ヒドラジンあるいはヒドロキシルアミンのような還元剤を添加して、4価バナジン酸イオン(VO2−)に還元する必要がある。
【0022】
図2は、燃焼灰を溶解・還元処理した後の、この溶液のバナジウム、ニッケル及びマグネシウムの水酸化物としての沈殿曲線を示したものである。曲線1はバナジウムの沈殿曲線を、曲線2はニッケルの沈殿曲線を、また曲線3はマグネシウムの沈殿曲線を、それぞれ示している。曲線3のマグネシウムはpH7まで沈殿しないが、4価のバナジウムイオンはpH4付近から水酸化物として沈殿し始め、pH6以上でほぼ定量的に水酸化物として回収することが可能である。
【0023】
一方、ニッケルイオンは純粋なニッケルイオンのみを含む溶液からニッケルを水酸化物として沈殿させる場合はpH7以上で沈殿し始めるのに対し、他の金属イオンが含まれるEP灰溶解液においてはpH5付近から沈殿を開始する。EP灰溶解液をpH6以上にするとバナジウムは99%以上沈殿分離されるが、ニッケルの沈殿量も増加する。pH5以上で水酸化物として回収した沈殿物はニッケルを含み、高純度のバナジウムが得られない。
【0024】
また、上記のpH6で生成させた沈殿物は含水率が高く、ろ過分離性が悪いため凝集剤を添加して沈降分離して沈殿物(スラリ)を回収する。凝集剤を用いて水酸化バナジウムのフロックを形成させて回収すると、得られた溶解液中のバナジウム濃度は容易に2倍以上に濃縮され、溶液中のバナジウム濃度は5,000ppm以上となる。この濃縮液にアンモニアを加えてpH6〜9の範囲で加熱し、更に酸化用の空気を気泡塔の下部から供給して、4価のバナジウムを5価に変えメタバナジン酸アンモニウムを生成させる。
【0025】
メタバナジン酸アンモニウムの溶液中の飽和濃度は、図3に示すように、pH6付近で最も低下する、すなわち、pH6付近で最も溶解度が低下する。従ってメタバナジン酸アンモニウムの分離は、図3の溶解度曲線から、液中のバナジウム濃度が最も低いpH6前後(pH5〜7)で行うと最も効率が高い。なお、アンモニウム塩(例えば(NH4)2SO4、NH4Cl等)の多量の添加は、メタバナジン酸アンモニウムの溶解度が低下してバナジウムの回収率向上が認められたが、回収操作が必要となり、プロセスが複雑になり望ましくない。なお、沈殿物中のニッケルはpH6にすることにより溶解するため、回収したメタバナジン酸アンモニウムの純度は98%以上になる。
【0026】
本発明では濃縮液からバナジウムを回収していることから、冷却に長時間を要する晶析操作をしなくても95%以上の高い回収率が得られ、大きな晶析槽は不要となる。なお、メタバナジン酸アンモニウムは水酸化物に比較して粒径が大きいので沈降速度は大きく分離されやすく、容易に回収される。さらに、メタバナジン酸アンモニウムを分離した溶液は水酸化物の沈殿槽に戻して繰り返し回収を行うことにより、バナジウムは全量処理することが可能となる。
【0027】
本発明は、下記の例によって更に詳細に説明されるが、下記の例で制限されるものではない。
【0028】
図1に本発明による第1の実施例を示す。本実施例の概要は以下の通りである。燃焼灰は灰溶解槽において、水と混合してスラリとし、酸及び還元剤を添加し可溶化する。これを分離槽2に送り、溶解しない末燃分、金属酸化物など固形物を分離する。固形物は脱硫塔に供給して処理する。固形物を分離されたあとのものが沈殿槽3に送られる。沈殿槽3では、NH3を加えてpH6〜8に調整され、バナジウム(V)、ニッケル(Ni)を主成分とする水酸化物を生成、沈殿させる。次いで、分離槽4でV、Niのスラリ液の中で上澄み液だけを分離する。分離槽4で沈降分離させたV、Niの水酸化物を、濃縮スラリとして溶液中のV濃度を5,000ppm以上に濃縮し、濃縮スラリ槽7に貯める。濃縮スラリ槽7に貯めた濃縮スラリを、さらに、酸化処理槽8に移し、酸化処理槽8においてNH3を加えてpH6〜9に調整し、60℃以上に保持しながら空気を供給し4価のバナジウムを5価に酸化する。酸化された濃縮スラリを沈殿槽9に送り、沈殿槽9で酸を加えてpH5〜7前後に調整し、メタバナジン酸アンモニウムNH4VO3を沈殿させる。これを分離槽10に移してここで沈殿物(メタバナジン酸アンモニウム)を回収し、回収後の液は灰溶解槽1にリサイクルされる。なお。分離槽4でV、Niの沈殿物を分離したあとの溶液は処理槽5に送られ、例えば消石灰(Ca(OH)2)を用いてpH11以上に調整後、加熱してアンモニア(NH3)を分離回収するとともに、硫酸根を石膏として沈殿させる。この石膏を含むスラリ液は、すべて脱硫吸収塔6に供給される。
【0029】
バナジウムの沈殿物は粒径が非常に小さいので通常の機械的方法では分離が困難であり、分離槽4において、凝集剤を添加してフロックを形成させることにより容易に沈降分離できる。この方法により、水酸化バナジウムの濃度が5,000ppm以上の濃縮スラリが容易に生成できる。
【0030】
酸化処理槽8では、上記バナジウム濃縮スラリ液にアンモニアを加えてpH調整し、塔下部から供給される空気により酸化して、最終的にメタバナジン酸アンモニウム(NH4VO3)を生成させる。pHが8以上の高い条件ではNH4VO3の溶解度は大きいので、沈殿槽9で硫酸を加えてpHを低下させる。pH5〜7前後に調整すると図3に示すように溶解度(飽和溶液濃度)が下がり、溶液中のバナジウム濃度が低下するので、NH4VO3回収率は容易に90%以上を達成できる。
【0031】
処理槽5では、バナジウムが分離されたあとの液に消石灰を加えてpHを11前後にまで上げ、これを加熱することによりフリーとなったアンモニアを分離回収する。このアンモニアは系内で必要なpH調整剤として循環使用される。アンモニアを分離した石膏及びマグネシウムを含むスラリ液は、一括して脱硫吸収塔6に供給される。このような方法により、燃焼灰処理系で廃液の処理を必要としなくなる。また、このスラリ液の中には、未回収のアンモニア及びマグネシウムを含むので脱硫吸収塔6にこのスラリ液を供給すると、脱硫性能が向上ししかも回収した石膏の純度もスラリ液を供給しない場合と比べて変化しない特徴も有する。
【0032】
図4は、小型の気泡塔を用いた場合の、pH8、温度80℃の条件でのスラリ液中のバナジウム濃度と酸化時間の関係を示す。V濃度:3,000ppmの条件での酸化時間を1として酸化時間の比較を示すが、V濃度が増加すると酸化時間は短縮され、20,000ppmにまで濃縮すると酸化時間は約1/3にまで短縮される。したがって、バナジウム濃度を上げれば処理装置が小型化となり更にバナジウムの回収率が向上するので、高効率でバナジウムが回収できる。
【0033】
図5は、スラリ液の温度と酸化時間の関係を示す。スラリ液の温度が45℃の条件での酸化時間を1として酸化時間の比較を示すが、温度を上げると酸化時間は短縮される。スラリのV濃度を10,000ppmにまで濃縮させて、しかも酸化温度を80℃以上に設定すれば、酸化時間を大幅に低減できることが分かる。
【0034】
このように、水酸化物のバナジウムをメタバナジン酸アンモニウムとして、回収することが可能となる。
【0035】
図6には、バナジウム及びアンモニアを回収した液と同じ成分の模擬液を小型吸収塔に供給して脱硫テストを行い、得られた液ガス比:L/G(L/m3)と脱硫率の関係を示す。石灰石としては通常国内で使用されているものと同じ石灰石を用いたが、本実験条件で脱硫率:90%を得ようとすれば模擬液を添加した方(添加した図の(b)ではMg:5000ppm相当となる)が脱硫性能は高くなり、従来の添加しない場合に比べL/Gは約20%低減できると予想される。
【0036】
図7は、図6のもととなったテストで得られた石膏に含有する共存成分の割合と吸収液のpHの関係を示すグラフである。pHを4〜6に変化して、生成した石膏に含有する共存成分(金属成分)の割合をpH値ごとに示してある。いずれのpH値でも石膏中の各金属分は、0.2%以下であり、pH値は石膏純度にはほとんど影響を及ぼさないことが分かる。したがって、石膏を含むスラリ液を脱硫塔に供給しても、製品である石膏の純度には実質的な影響はないことが明らかとなった。
【0037】
図8は、本発明の第2の実施例として灰溶解に必要な還元剤として排ガス中の亜硫酸ガスを利用した場合の実施例を示す。排ガスをまずSO3生成塔11へ導き、ここで排ガス中の亜硫酸ガスを水に吸収させると、亜硫酸が生成される。この亜硫酸は灰溶解槽1に添加する還元剤として使用できる。しかし亜硫酸が生成されるとpHが下がり、排ガス中の酸素により酸化されて硫酸となるので望ましくない。そのため、吸収液としてアルカリ液、望ましくはアンモニア水を用いてpHが5以上の条件で吸収させると、生成した亜硫酸は排ガス中の酸素により酸化されることはない。このような方法により新たな還元剤を購入する必要が無くなる利点が生じる。灰溶解槽1以降の工程は前記第1の実施例と同じであり、説明は省略する。
【0038】
図9に本発明の第3の実施例を示す。本実施例において、燃焼灰は灰溶解槽1で溶解されて、分離槽2に送られ、分離槽2で不溶解分を分離した後、沈殿槽3に送られる。沈殿槽3では、アルカリ液を加えてpHを4〜11(好ましくは6〜11)に調整して、バナジウムとニッケルをすべて沈殿させる。次に、沈殿物のバナジウムとニッケルを溶解槽12に導き、例えば硫酸を添加して沈殿物を溶解させる。さらにバナジウムとニッケルを溶解した溶液を沈殿槽9に導き、アルカリ液、例えば水酸化ナトリウム、を添加してpHを4〜6に調整するとバナジウムだけが単独に回収できる。バナジウムを回収した後のニッケルを含む溶液は灰溶解槽1に循環させて使用することができる。
【0039】
石油系燃料から生成した燃焼灰を以上の方法で処理することにより、有効成分であるバナジウム及びアンモニアを効率よく回収でき、しかも残りの液中の硫酸塩を石膏として沈殿させてこのスラリ液を脱硫塔に供給することによりこの系での排水処理も省略できる。また、同時に脱硫率も向上する利点がある。
【0040】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、石油系燃料灰からの有価物回収、特にバナジウムの回収操作が簡単になる。しかも高純度のバナジウムを高効率で回収できる点に大きな特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例であり、基本となるフローチャートである。
【図2】灰溶解液からのバナジウム、ニッケル及びマグネシウムの沈殿回収率を灰溶解液のpHに対応させて示すグラフである。
【図3】メタバナジン酸アンモニウムの溶解度(飽和溶液濃度)をpHに対応させて示すグラフである。
【図4】V濃度と酸化時間の関係を示すグラフである。
【図5】温度と酸化時間の関係を示すグラフである。
【図6】液ガス比と脱硫率の関係を示すグラフである。
【図7】バナジウム及びアンモニアを回収したあとの液と同じ成分の模擬液を吸収液として脱硫吸収塔で得られた石膏の金属成分と吸収液のpHの関係を示すグラフである。
【図8】本発明の第2の実施例を示すフローチャートである。
【図9】本発明の第3の実施例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 灰溶解槽
2 分離槽
3 沈殿槽
4 分離槽
5 処理槽
6 脱硫吸収塔
7 濃縮スラリ槽
8 酸化処理槽
9 沈殿槽
10 分離槽
11 SO3生成塔
12 溶解槽[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for efficiently recovering an active ingredient (hereinafter referred to as a valuable material) contained in combustion ash by wet-treating petroleum-based combustion ash.
[0002]
[Prior art]
When burning high-S heavy oil, petroleum-based fuel or the like in a thermal power plant, a part of sulfur dioxide (SO 2 ) in the flue gas generated by the combustion is oxidized to sulfur gas (SO 3 ). SO 3 becomes sulfuric acid mist when moisture is present, and corrodes metals such as dust collectors and flues. In order to prevent this, ammonia (NH 3 ) is generally injected into the exhaust gas, and SO 3 is reacted to form ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) or acidic ammonium sulfate (NH 4 HSO 4 ), and combustion ash Collect with a dust collector. Therefore, the characteristics of the collected combustion ash are mainly composed of ammonium (NH 4 +) and sulfate radical (SO 4 2 −). Besides this, vanadium (V), nickel (Ni), magnesium (Mg), etc. Is contained in several percent. A number of patents relating to methods for recovering the above main components from combustion ash as valuables have been filed (for example, JP-A 61-171582, JP-A 61-177153, JP-A 50-9570, JP-A 62-62). 298489, Literature: Chemical Engineering Vol.56, No.6, P391, 1992).
[0003]
For example, as a method for wet-treating combustion ash, a method of adding a reducing agent such as acid (or alkali) and hydrazine (N 2 H 4 ) to a water mixture of combustion ash and dissolving it, or oxidizing heat treatment A number of methods for recovering valuable materials mainly including separation and recovery of vanadium have been proposed, such as a method of crystallization separation with V being pentavalent.
[0004]
Moreover, after recovering vanadium, valuable materials in the combustion ash can be recovered by operations such as nickel recovery, ammonia recovery around pH 11 and gypsum recovery. However, the ash treatment method including the recovery of valuable materials as described above has a low purity of recovered vanadium, a low recovery rate of vanadium, or a complicated system and a problem in operability and economy. Most of them do not reach the point where they are applied to actual devices.
[0005]
As a result of earnestly proceeding with research on a method for treating combustion ash in the context of a wet desulfurization apparatus, the present inventors once precipitated vanadium as a hydroxide together with nickel, separated and recovered the precipitate, dissolved, and adjusted the vanadium concentration. The present invention recovers vanadium with high purity by increasing the temperature and heating and oxidizing it and precipitating it as ammonium metavanadate. The recovered ammonia is effectively used as an alkaline agent for pH adjustment necessary in the system, and all the sulfates in the remaining liquid from which vanadium and ammonia have been recovered are recovered as gypsum and supplied to the desulfurization tower. Is the main point of the present invention.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described conventional methods for recovering valuable materials, particularly recovery of vanadium, include a crystallization method as ammonium metavanadate and a precipitation method as a hydroxide. In the former, it is possible to recover high-purity vanadium, but it takes a long time and a large crystallization tank to perform crystallization by removing from 70 ° C. or more to room temperature for crystallization, In addition, there is a problem that another device is required to collect vanadium that cannot be recovered by crystallization. Further, when vanadium concentration in the slurry is low in order to oxidize vanadium with air, there is a problem that the volume of the reaction tank becomes large. The latter has a feature that the system is simple, but there is a problem in that the purity of vanadium cannot be increased because nickel or the like coprecipitates during precipitation collection as a hydroxide.
[0007]
The object of the present invention is to propose an economical process for recovering vanadium from the combustion ash of petroleum-based fuels. In addition, how to efficiently treat the remaining components from which vanadium has been recovered is a major issue for practical use.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The above purpose is to dissolve combustion ash by adding acid and / or a reducing agent to an aqueous solution, then raising the pH to around 6 to precipitate hydroxide, and separating vanadium and nickel from other components in the slurry. Then, the separated precipitate is concentrated, heated at
[0009]
The first means of the present invention for achieving the above object is to dissolve the combustion ash collected by a dust collector installed in an exhaust gas flow path such as a boiler using petroleum-based fuel into an aqueous solution to make a slurry. In accordance with the method for treating petroleum-based combustion ash in which acid and / or a reducing agent is added to dissolve the combustion ash and the insoluble matter is separated and removed from the solution after separating the vanadium, the insoluble matter is separated and removed. After adding the alkali to the solution, the pH is adjusted to 6 or more to precipitate vanadium and nickel as hydroxides, the precipitate is separated and recovered and redissolved, and the solution is heated and oxidized. To separate and recover vanadium as a precipitate of ammonium metavanadate . Moreover, an insoluble matter is supplied to a desulfurization apparatus.
[0010]
A second means of the present invention for achieving the above object is that in the first means, an alkali is added to the solution after the insoluble matter is separated and removed to adjust the pH to 6 to 8 to add vanadium and nickel. A vanadium concentrate, which is a high-concentration slurry liquid that is precipitated as a hydroxide and concentrated and separated, is heated to 60 ° C. or higher, and oxidized to pH 6-9 in the presence of ammonia to convert vanadium to ammonium metavanadate. It is characterized by collect | recovering as.
[0011]
A third means of the present invention for achieving the above object is characterized in that, in the second means, the vanadium concentrate is oxidized by blowing air into the vanadium concentrate as a slurry when oxidizing the vanadium concentrate. To do.
[0012]
The fourth means of the present invention for achieving the above object is that in the second or third means, an acid is added to the solution after the oxidation treatment to adjust the pH to 5 to 7, and the ammonium metavanadate compound is precipitated and precipitated. It is characterized by being separated from the solution.
[0013]
A fifth means of the present invention for achieving the above object is characterized in that, in the above fourth means, the solution after precipitation separation with vanadium as an ammonium metavanadate compound is returned to an ash dissolution tank for dissolving combustion ash. .
[0014]
According to a sixth means of the present invention for achieving the above object, a flocculant is added to a precipitate obtained by precipitating vanadium and nickel as a hydroxide in order to produce the high-concentration slurry liquid. The precipitate is aggregated to make the vanadium hydroxide concentration 5,000 ppm or more.
[0015]
A seventh means of the present invention for achieving the above object is the method according to any one of the above first to sixth aspects, wherein slaked lime is added to the solution after recovering vanadium, and sulfate is precipitated as gypsum and heated. After the ammonia is separated and recovered by the above, the slurry liquid containing the remaining gypsum is supplied to the desulfurization apparatus.
[0016]
The eighth means of the present invention for achieving the above object is that in the first means, the solution after separating and removing the insoluble matter is adjusted to
[0017]
A ninth means of the present invention for achieving the above object is characterized in that, in the above eighth means, the solution after recovering vanadium is circulated to an ash dissolution tank for dissolving combustion ash.
[0018]
A tenth means of the present invention for achieving the above object is characterized in that, in any one of the above first to ninth means, the recovered ammonia is used as an alkaline liquid for pH adjustment necessary in the system.
[0019]
The eleventh means of the present invention for achieving the above object is the method of adding a reducing agent to the aqueous solution of combustion ash in any one of the above first to eighth means, containing sulfurous acid generated from sulfur oxides in exhaust gas. A liquid is added. That is, it is characterized in that sulfur oxides in exhaust gas are absorbed under the condition of
[0020]
According to a twelfth means of the present invention for achieving the above object, in the first means, a floc is formed by adding a flocculant to a solution containing a precipitate of vanadium and nickel hydroxide to form a hydroxide. It is characterized by sedimentation.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The existence state of the compound of the metal component in the petroleum combustion ash is not clear, but is estimated as follows. That is, most of them exist as sulfates (VOSO 4 , NiSO 4 , MgSO 4, etc.), and some are oxides (V 2 O 5 , NiO, MgO, etc.). Further, it is presumed that a part is a metal oxide composite (for example, V 2 O 5 .MgO). Therefore, even if water is simply added to the combustion ash, it is not completely solubilized and some kind of pretreatment operation is required. When dilute sulfuric acid is added to the combustion ash, dissolution of the metal oxide proceeds. When recovering vanadium as a hydroxide, pentavalent vanazine contained in ash is reduced to tetravalent vanadate ion (VO 2- ) by adding a reducing agent such as sulfurous acid, hydrazine or hydroxylamine. There is a need to.
[0022]
FIG. 2 shows a precipitation curve as vanadium, nickel, and magnesium hydroxide of this solution after the combustion ash is dissolved and reduced.
[0023]
On the other hand, nickel ions start to precipitate at
[0024]
In addition, since the precipitate generated at
[0025]
As shown in FIG. 3, the saturation concentration of the ammonium metavanadate solution in the solution decreases most around
[0026]
In the present invention, since vanadium is recovered from the concentrated solution, a high recovery rate of 95% or more can be obtained without performing a crystallization operation that requires a long time for cooling, and a large crystallization tank is not required. In addition, since ammonium metavanadate has a larger particle size than the hydroxide, the sedimentation rate is large and it is easily separated and easily recovered. Furthermore, the solution from which ammonium metavanadate has been separated is returned to the hydroxide precipitation tank and repeatedly collected, whereby the vanadium can be completely treated.
[0027]
The present invention is illustrated in more detail by the following examples, but is not limited by the following examples.
[0028]
FIG. 1 shows a first embodiment according to the present invention. The outline of the present embodiment is as follows. The combustion ash is mixed with water to make a slurry in an ash dissolution tank, and is solubilized by adding an acid and a reducing agent. This is sent to the
[0029]
Since the vanadium precipitate has a very small particle size, it is difficult to separate it by a normal mechanical method. In the
[0030]
In the
[0031]
In the
[0032]
FIG. 4 shows the relationship between the vanadium concentration in the slurry and the oxidation time under the conditions of
[0033]
FIG. 5 shows the relationship between the temperature of the slurry and the oxidation time. The oxidation time is compared with the oxidation time under the condition that the temperature of the slurry is 45 ° C. being 1. However, when the temperature is raised, the oxidation time is shortened. It can be seen that if the V concentration of the slurry is concentrated to 10,000 ppm and the oxidation temperature is set to 80 ° C. or higher, the oxidation time can be greatly reduced.
[0034]
In this way, it is possible to recover the vanadium hydroxide as ammonium metavanadate.
[0035]
FIG. 6 shows a desulfurization test in which a simulated liquid having the same components as the liquid from which vanadium and ammonia were recovered was supplied to a small absorption tower. The obtained liquid gas ratio: L / G (L / m 3 ) and desulfurization rate The relationship is shown. As limestone, the same limestone that is usually used in Japan was used. However, in order to obtain a desulfurization rate of 90% under the present experimental conditions, a simulation solution was added (in the added figure, (b) Mg : Equivalent to 5000 ppm), the desulfurization performance becomes high, and it is expected that L / G can be reduced by about 20% compared to the case where conventional addition is not performed.
[0036]
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the ratio of the coexisting components contained in the gypsum obtained in the test based on FIG. 6 and the pH of the absorbing solution. The ratio of the coexisting component (metal component) contained in the generated gypsum by changing the pH to 4 to 6 is shown for each pH value. At any pH value, each metal content in the gypsum is 0.2% or less, and it can be seen that the pH value hardly affects the gypsum purity. Therefore, it has been clarified that even if the slurry liquid containing gypsum is supplied to the desulfurization tower, there is no substantial influence on the purity of the gypsum product.
[0037]
FIG. 8 shows an embodiment in which sulfurous acid gas in exhaust gas is used as a reducing agent necessary for ash dissolution as a second embodiment of the present invention. First, the exhaust gas is led to the SO 3 generation tower 11 where sulfurous acid gas in the exhaust gas is absorbed by water to generate sulfurous acid. This sulfurous acid can be used as a reducing agent added to the
[0038]
FIG. 9 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the combustion ash is dissolved in the
[0039]
By treating the combustion ash generated from petroleum-based fuel with the above method, vanadium and ammonia, which are the active ingredients, can be efficiently recovered, and the sulfate in the remaining liquid is precipitated as gypsum to desulfurize this slurry liquid. By supplying to the tower, waste water treatment in this system can be omitted. At the same time, the desulfurization rate is improved.
[0040]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, the recovery of valuable materials from petroleum fuel ash, in particular, the operation of recovering vanadium is simplified. Moreover, it has a great feature in that highly pure vanadium can be recovered with high efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a basic flowchart of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the precipitation recovery rate of vanadium, nickel and magnesium from the ash solution corresponding to the pH of the ash solution.
FIG. 3 is a graph showing the solubility (saturated solution concentration) of ammonium metavanadate corresponding to pH.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between V concentration and oxidation time.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between temperature and oxidation time.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the liquid gas ratio and the desulfurization rate.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the metal component of gypsum obtained in the desulfurization absorption tower and the pH of the absorbing solution using a simulated solution having the same components as the solution after recovering vanadium and ammonia as the absorbing solution.
FIG. 8 is a flowchart showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart showing a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1
Claims (13)
前記不溶解物を分離除去した後の溶液に、アルカリを加えてpHを6以上に調整してバナジウムとニッケルを水酸化物として沈殿させ、該沈殿物を分離回収して再溶解し、この溶解液を加熱、酸化処理することにより前記バナジウムをメタバナジン酸アンモニウムの沈殿物として分離し回収することを特徴とする石油系燃焼灰の処理方法。Combustion ash collected by a dust collector installed in an exhaust gas flow path of a boiler or the like using petroleum-based fuel is dissolved in an aqueous solution to form a slurry. If necessary, acid and / or a reducing agent is added to form combustion ash In the method for treating petroleum-based combustion ash, in which vanadium is separated from the solution after dissolution treatment and separation and removal of insoluble matter,
Wherein the solution after separating and removing insolubles, by adding an alkali was adjusted to 6 or more pH vanadium and nickel precipitated as hydroxide, and re-dissolved by separating and recovering the precipitate, the dissolution A method for treating petroleum combustion ash, wherein the vanadium is separated and recovered as a precipitate of ammonium metavanadate by heating and oxidizing the liquid .
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