WO2015133769A1 - 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법 - Google Patents

가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법 Download PDF

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WO2015133769A1
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이진영
이후인
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한국지질자원연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a leaching method of a valuable metal contained in a denitrification catalyst using a pressurized leaching method.
  • Oil-based metals are excellent in electrical, chemical and physical properties, and occupy an important position as a material of the electronic industry as well as a field of the traditional jewelry industry, and the demand thereof is increasing. And is widely used in aerospace materials, petrochemicals, automobile catalysts, and industrial and commercial industries such as electric and medical industries where corrosion resistance is required. However, as a result of widespread use, the amount of industrial waste such as waste electronic scrap, petrochemical waste catalyst, automobile waste catalyst and the like is increasing rapidly. In addition, not only expensive precious metals such as gold, silver, platinum, palladium, rhodium, And a variety of valuable metals are contained therein. Therefore, much research has been conducted on how to recover these metals.
  • a selective reduction catalyst Selective Catalytic Reduction (SCR) which effectively removes nitrogen oxides (NOx) from exhaust devices such as power plants.
  • SCR Selective Catalytic Reduction
  • Such catalysts are generally used after 3 to 4 years of use and 2 to 3 times of regeneration, It becomes a waste catalyst.
  • the denitrification waste catalyst thus disposed contains a valuable metal such as vanadium (V) and tungsten (W) in the form of oxide.
  • V vanadium
  • W tungsten
  • the denitrification catalyst is simply disposed of, waste disposal costs are required and opportunities for securing resources through recovery of valuable metals such as vanadium and tungsten are lost, so that the valuable metal contained in the denitrification catalyst can be recovered Technology is required.
  • the soda-roasting process and the alkali atmospheric pressure leaching process are available for recovering the valuable metals contained in the denitrification catalyst, the soda roasting process has a problem that energy is excessively used and maintenance of the roasting facility is difficult, There is a problem in that the leaching rate of the metal is low.
  • the present invention is to provide a leaching method of a valuable metal contained in a denitrification catalyst using a pressurized leaching method capable of leaching a valuable metal from a denitration waste catalyst at a high leaching rate by a simple method.
  • the present invention provides a method for purifying exhaust gas, comprising the steps of: mixing a sodium salt solution into a denitrification catalyst to form a mixture; And a method of leaching vanadium and tungsten contained in the mixture by heating and stirring the mixture in an airtight pressurized reactor, to thereby leach out valuable metals contained in the denitrification catalyst by pressurized leaching .
  • the denitrification catalyst includes vanadium (V) and tungsten (W) in an oxide form.
  • the sodium salt may be at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide (NaOH), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) and sodium chlorate (NaClO 3 ), and the concentration of the sodium salt solution is 2 to 3M .
  • the denitrification waste catalyst and the sodium salt solution are mixed so that the solid solution ratio (weight (g) of the denitration waste catalyst / volume (mL) of the sodium salt solution) is 0.1 to 0.4.
  • the heating temperature is 225 to 250 ° C.
  • the pressure of the pressurized reactor is 20 to 80 atm.
  • the vanadium and tungsten are respectively leached in the form of NaVO 3 and Na 2 WO 4 .
  • the present invention provides a method for producing a denitrification catalyst, comprising the steps of: pulverizing and milling a denitrification catalyst; Mixing the crude crushed and finely pulverized denitrification catalyst with a sodium salt solution to form a mixture; And a method of leaching vanadium and tungsten contained in the mixture by adding the mixture to a closed pressure reactor and stirring the mixture while heating the mixture to leach out the valuable metal contained in the denitrification catalyst by pressurized leaching .
  • the present invention provides a method for producing a denitrification catalyst, comprising the steps of: pulverizing and milling a denitrification catalyst; Mixing the crude crushed and finely pulverized denitrification catalyst with a sodium salt solution to form a mixture; And a method of leaching vanadium and tungsten contained in the mixture by adding the mixture to a closed pressure reactor and stirring the mixture while heating the mixture to leach out the valuable metal contained in the denitrification catalyst by pressurized leaching .
  • the size of the crude crushed and finely pulverized denitrification catalyst is 50 to 150 ⁇ .
  • a simple process of mixing a denitrification catalyst containing vanadium (V) and tungsten (W) with a sodium salt solution and heating in a closed vessel is carried out so that vanadium and tungsten contained in the denitrification catalyst are converted into sodium oxide Can be leached into solution in the form of salts (NaVO 3 , Na 2 WO 4 ).
  • the leaching method of the valuable metal contained in the denitrification catalyst using the pressurized leaching method according to the present invention uses a lower heating temperature compared to the soda roasting process, so that the process cost is reduced and a valuable metal such as vanadium and tungsten Can be leached at 90% or more.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a leaching method of a valuable metal contained in a denitrification catalyst using a pressurized leaching method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a leaching method of a valuable metal contained in a denitrification catalyst using a pressurized leaching method according to another embodiment of the present invention.
  • 3A is a photograph showing a denitrification catalyst that has been coarsely pulverized in a leaching method of a valuable metal contained in a denitrification catalyst using a pressurized leaching method according to the present invention.
  • FIG. 3B is a photograph showing a denitrification catalyst that is pulverized in a leaching method of a valuable metal contained in a denitrification catalyst using a pressurized leaching method according to the present invention.
  • the present invention relates to a method for purifying a denitrification catalyst, comprising the steps of: mixing a denitrification catalyst and a sodium salt solution to form a mixture; And
  • the leaching method of the valuable metal contained in the denitrification catalyst using the pressurized leaching method according to the present invention is an effective method because the leachable metal can be leached at a high leaching rate in a simple process by recognizing the problems in the conventional leaching method.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a leaching method of a valuable metal contained in a denitrification catalyst using a pressurized leaching method according to the present invention.
  • the present invention will be described in detail with reference to Fig.
  • the leaching method of the valuable metal contained in the denitrification catalyst using the pressurized leaching method according to the present invention includes a step (S10) of mixing a denitrification catalyst and a sodium salt solution to form a mixture.
  • the denitrification waste catalyst is a waste catalyst discharged from a thermal power plant or the like, and may be in the form of a module, and includes vanadium (V) and tungsten (W) in oxide form (see Table 1 below).
  • the sodium salt is selected from the group consisting of sodium hydroxide (NaOH), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) and sodium chlorate (NaClO 3 ) , And the concentration of the sodium salt solution is preferably 2 to 3 M.
  • the concentration of the sodium salt solution is less than 2M, the leaching rate of tungsten is very low, about 60%.
  • the concentration of the sodium salt solution is more than 3M, the leaching rate of vanadium and tungsten does not increase significantly. 3M or less is appropriate.
  • the denitrification catalyst and the sodium salt solution are mixed so that the solid solution ratio (weight (g) of the denitration waste catalyst / volume (mL) of the sodium salt solution) becomes 0.1 to 0.4.
  • the solid-liquid ratio is less than 0.1, there is a problem that the amount of vanadium and tungsten contained in the denitrification catalyst is low and the amount of leaching is very low.
  • the solid-liquid ratio exceeds 0.4, the amount of vanadium and tungsten in the solution is large, Is chemically limited, it is appropriate that it is 40% or less in terms of process efficiency.
  • the leaching method of the valuable metal contained in the denitrification catalyst using the pressurized leaching method according to the present invention is characterized in that the mixture is placed in a closed pressure reactor and stirred while heating to thereby leach vanadium and tungsten contained in the mixture Step S11.
  • the heating temperature is preferably 225 to 250 ° C.
  • the leaching rate of vanadium is high, but the leaching rate of tungsten is low.
  • the temperature exceeds 250 ° C the leaching rate of vanadium and tungsten no longer increases. proper.
  • the agitation is preferably performed at 700 to 1200 rpm.
  • the agitation speed is less than 700 rpm, the denitrification catalyst is immersed in the lower portion of the pressurized reactor to lower the leaching rate of vanadium and tungsten. If the stirring rate exceeds 1200 rpm, the leaching rate of vanadium and tungsten no longer increases Therefore, in terms of energy efficiency, 1200 rpm or less is appropriate.
  • the present invention also relates to a process for the preparation of a catalyst for the removal of nitrogen oxides which is selected from the group consisting of sodium hydroxide (NaOH), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) and sodium chlorate (NaClO 3 ) in denitrification catalysts comprising vanadium (V) and tungsten Mixing at least one sodium salt solution to form a mixture; And a step of providing the mixture in a closed pressure reactor, followed by heating and stirring to leach vanadium and tungsten contained in the mixture in the form of NaVO 3 and Na 2 WO 4 , respectively.
  • the present invention provides a method for leaching a valuable metal contained in a metal.
  • the leaching method of the valuable metal contained in the denitrification catalyst using the pressurized leaching method according to the present invention comprises: (S20) a step of crushing and milling the denitrification catalyst; (S21) mixing a sodium salt solution with the crude crushed and finely pulverized denitrification catalyst to form a mixture; And a step (S22) of providing the mixture in a sealed pressure reactor and then stirring while heating to leach vanadium and tungsten contained in the mixture.
  • the denitrification waste catalyst may be pulverized and pulverized to a size of 50 to 150 ⁇ in order to increase the reaction efficiency with the sodium salt, to enlarge the process scale due to a large volume such as a module, and to facilitate the leaching process.
  • the sizes of the coarsely pulverized and denitrified denitrification catalysts are less than 50 ⁇ , there is a problem in that the process cost is increased for crushing to a small size.
  • the size is more than 150 ⁇ , the leaching rate of vanadium and tungsten is decreased .
  • FIG. 3A is a photograph showing a denitrification catalyst that has been coarsely pulverized in a leaching method for a valuable metal contained in a denitrification catalyst using a pressurized leaching method according to the present invention
  • FIG. 3B is a photograph showing the denitrification catalyst using a pressurized leaching method according to the present invention. Is a photograph showing a denitrification waste catalyst that has been pulverized in a leaching method of a valuable metal contained in the waste.
  • Example 1 Leaching of vanadium and tungsten contained in denitrification catalyst 1
  • Example 2 Leaching of vanadium and tungsten contained in denitrification catalyst 2
  • Vanadium and tungsten contained in the denitrification catalyst were leached in the same manner as in Example 1 except that the catalyst was heated to 250 ° C.
  • Example 3 Leaching of vanadium and tungsten contained in denitrification catalyst 3
  • Vanadium and tungsten contained in the denitrification catalyst were leached in the same manner as in Example 1, except that the denitrification catalyst was pulverized and pulverized to mix the denitrification catalyst having a size of 100 mu m with NaOH.
  • the leaching rate of vanadium and tungsten according to the heating temperature was analyzed in the leaching method of the valuable metal contained in the denitrification catalyst using the pressurized leaching method according to the present invention, and the results are shown in Table 2 below.
  • the experiment was performed by setting the solid ratio (S / L) of the denitrification catalyst and the 2M NaOH solution to 0.1.
  • the leaching rate of vanadium (V) was rather high at 87.4%, but the leaching rate of tungsten (W) was low at 64.7%.
  • the vanadium leaching rate was found to be about 90% or more.
  • the leaching rate of tungsten increased sharply compared with 200 ° C. Therefore, in order to increase the leaching rate of vanadium and tungsten, it is preferable to heat at a temperature ranging from 225 to 250 ° C.
  • the heating temperature was set to 250 ° C and the test liquid was adjusted to a solid ratio (S / L) of the denitrification catalyst to an NaOH solution of 0.2.

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Abstract

본 발명은 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 탈질 폐촉매에 나트륨염 용액을 혼합하여 혼합물을 형성시키는 단계; 및 상기 혼합물을 밀폐된 가압반응기에 구비한 후 가열하고 교반하여 상기 혼합물에 함유된 바나듐 및 텅스텐을 침출시키는 단계를 포함하는 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법에 관한 것이다.

Description

가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법
본 발명은 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법에 관한 것이다.
유가금속은 전기, 화학 및 물리적 성질이 우수하여 전통적인 보석산업의 영역뿐 아니라 전자공업의 소재로서 중요한 위치를 차지하고 있으며 그 수요가 증가하고 있다. 그리고 고온에서 화학적 성질이 안정하여 항공재료 및 석유화학과 자동차 촉매에 널리 사용되며 내식성이 요구되는 전기·의료 산업 등 공업 및 상업용으로 광범위하게 사용되고 있다. 그러나, 광범위한 사용에 따라 폐전자기기 스크랩, 석유화학 폐촉매, 자동차 폐촉매 등과 같이 산업폐기물의 발생량도 급증하고 있으며, 폐기처리시 금, 은, 백금, 팔라듐, 로듐 등 고가의 귀금속뿐만 아니라 구리를 비롯한 다양한 유가금속들이 함유되어 있어 이들을 회수할 수 있는 방법에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
한편, 발전소 등의 배기장치에는 질소산화물(NOx)를 효과적으로 제거하는 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction; SCR)가 있으며, 이러한 촉매는 통상 3~4년의 사용 및 2~3회의 재생 이후 폐기되어 탈질 폐촉매가 된다. 이렇게 폐기되는 탈질 폐촉매에는 바나듐(V), 텅스텐(W)과 같은 유가금속이 산화물의 형태로 포함되어 있는데, 바나듐 산화물(V2O5)의 경우 대략 1~3중량% 포함되어 있고, 텅스텐 산화물(WO3)의 경우 대략 7~10중량% 포함되어 있다. 따라서, 탈질 폐촉매를 그냥 폐기하게 되면 폐기물 처리비용이 소요될 뿐만 아니라, 이들 바나듐, 텅스텐과 같은 유가금속의 회수를 통한 자원 확보의 기회가 상실되므로, 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속을 회수할 수 있는 기술이 요구된다. 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속을 회수하는 기술로는 소다배소 공정, 알칼리 상압 침출 공정 등이 있으나, 소다배소 공정은 에너지가 과다 사용되고 배소설비 유지관리가 힘든 문제가 있으며, 알칼리 상압 침출 공정은 유가금속의 침출율이 낮은 문제가 있다.
이와 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0124030호(2010.11.26. 공개)에 개시되어 있는 자동차 폐 촉매로부터 백금족 금속의 침출방법이 있다.
따라서, 본 발명은 간단한 방법으로 탈질 폐촉매로부터 높은 침출율로 유가금속을 침출시킬 수 있는 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 탈질 폐촉매에 나트륨염 용액을 혼합하여 혼합물을 형성시키는 단계; 및 상기 혼합물을 밀폐된 가압반응기에 구비한 후 가열하고 교반하여 상기 혼합물에 함유된 바나듐 및 텅스텐을 침출시키는 단계를 포함하는 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법을 제공한다.
이때, 상기 탈질 폐촉매는 산화물 형태의 바나듐(V) 및 텅스텐(W) 등을 포함한다.
상기 나트륨염은 수산화나트륨(NaOH), 탄산나트륨(Na2CO3) 및 염소산나트륨(NaClO3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있고, 상기 나트륨염 용액의 농도는 2 ~ 3M인 것을 특징으로 한다.
상기 탈질 폐촉매와 나트륨염 용액은 고액비(탈질 폐촉매의 중량(g)/나트륨염 용액의 부피(mL))가 0.1 ~ 0.4가 되게 혼합되는 것을 특징으로 한다.
상기 가열시 온도는 225 ~ 250 ℃인 것을 특징으로 하고, 상기 가열로 인해 밀폐된 가압반응기의 압력은 20 ~ 80 atm인 것을 특징으로 한다.
상기 바나듐과 텅스텐은 각각 NaVO3와 Na2WO4의 형태로 침출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 탈질 폐촉매를 조분쇄하고 미분쇄하는 단계; 상기 조분쇄 및 미분쇄된 탈질 폐촉매에 나트륨염 용액을 혼합하여 혼합물을 형성시키는 단계; 및 상기 혼합물을 밀폐된 가압반응기에 구비한 후 가열하면서 교반하여 상기 혼합물에 함유된 바나듐 및 텅스텐을 침출시키는 단계를 포함하는 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 탈질 폐촉매를 조분쇄하고 미분쇄하는 단계; 상기 조분쇄 및 미분쇄된 탈질 폐촉매에 나트륨염 용액을 혼합하여 혼합물을 형성시키는 단계; 및 상기 혼합물을 밀폐된 가압반응기에 구비한 후 가열하면서 교반하여 상기 혼합물에 함유된 바나듐 및 텅스텐을 침출시키는 단계를 포함하는 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법을 제공한다.
상기 조분쇄 및 미분쇄된 탈질 폐촉매의 크기는 50 ~ 150 ㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 종래 폐촉매로부터 유가금속을 회수하는 방법 중 하나인 소다배소 공정에서의 에너지 과다사용과 배소설비의 유지관리가 힘든 문제와 알칼리 상압 침출 공정에서는 유가금속의 침출율을 낮은 문제를 인지하고, 바나듐(V) 및 텅스텐(W)을 포함하는 탈질 폐촉매를 나트륨염 용액과 혼합한 후 밀폐된 용기에서 가열하는 간단한 공정을 수행하여, 탈질 폐촉매에 함유된 바나듐과 텅스텐을 산화나트륨염(NaVO3, Na2WO4)의 형태로 용액 내에 침출시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법은 소다배소 공정에 비해 낮은 가열 온도를 이용함으로써, 공정 비용이 적게 들고 간단한 방법으로 바나듐과 텅스텐과 같은 유가금속을 90% 이상으로 침출시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법을 나타낸 순서도이다.
도 3a은 본 발명에 따른 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법에서 조분쇄된 탈질 폐촉매를 나타낸 사진이다.
도 3b는 본 발명에 따른 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법에서 미분쇄된 탈질 폐촉매를 나타낸 사진이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 탈질 폐촉매와 나트륨염 용액을 혼합하여 혼합물을 형성시키는 단계; 및
상기 혼합물을 밀폐된 가압반응기에 구비한 후 가열하면서 교반하여 상기 혼합물에 함유된 바나듐 및 텅스텐을 침출시키는 단계를 포함하는 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법을 제공한다.
본 발명에 따른 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법은 종래 침출방법에서 나타나는 문제점을 인지하여 간단한 공정으로 높은 침출율로 유가금속을 침출시킬 수 있어 효과적인 방법이다.
도 1은 본 발명에 따른 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법을 나타낸 순서도이다. 이하, 도 1을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법은 탈질 폐촉매와 나트륨염 용액을 혼합하여 혼합물을 형성시키는 단계(S10)를 포함한다.
이때, 상기 탈질 폐촉매는 화력발전설비 등에서 배출된 폐촉매로서, 모듈의 형태일 수 있고, 산화물 형태의 바나듐(V) 및 텅스텐(W)을 포함한다(하기 표 1 참고).
본 발명에 따른 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법에서 상기 나트륨염은 수산화나트륨(NaOH), 탄산나트륨(Na2CO3) 및 염소산나트륨(NaClO3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있고, 상기 나트륨염 용액의 농도는 2 ~ 3M인 것이 바람직하다. 상기 나트륨염 용액의 농도가 2M 미만인 경우에는 텅스텐의 침출율이 60% 정도로 매우 낮은 문제가 있고, 3M을 초과하는 경우에는 농도 상승에 대한 바나듐과 텅스텐의 침출율이 크게 증가하지 않으므로 공정 효율의 측면에서 3M 이하가 적절하다.
또한, 상기 탈질 폐촉매와 나트륨염 용액은 고액비(탈질 폐촉매의 중량(g)/나트륨염 용액의 부피(mL))가 0.1 ~ 0.4가 되게 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 고액비가 0.1 미만인 경우에는 탈질 폐촉매에 함유된 바나듐과 텅스텐의 양이 적어 침출되는 양 또한 매우 낮은 문제가 있고, 0.4를 초과하는 경우에는 용액 내 바나듐과 텅스텐의 양은 많으나 나트륨염과 반응하는 양이 화학적으로 한정되어 있으므로 공정 효율의 측면에서 40% 이하인 것이 적절하다.
다음으로, 본 발명에 따른 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법은 상기 혼합물을 밀폐된 가압반응기에 구비한 후 가열하면서 교반하여 상기 혼합물에 함유된 바나듐 및 텅스텐을 침출시키는 단계(S11)를 포함한다.
상기 가열시 온도는 225 ~ 250 ℃인 것이 바람직하다. 상기 가열시 온도가 225 ℃ 미만인 경우에는 바나듐의 침출율은 높으나, 텅스텐의 침출율은 낮은 문제가 있고, 250 ℃를 초과하는 경우에는 바나듐과 텅스텐의 침출율이 더 이상 증가하지 않으므로 250 ℃ 이하인 것이 적절하다.
상기 가열 공정으로 인해 밀폐된 가압반응기에는 20 ~ 80 atm의 압력이 형성되어 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속과 나트륨염 용액의 반응 속도는 증가하며 이로 인해 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속인 바나듐과 텅스텐의 침출율은 증가하게 된다.
또한, 상기 교반은 700 ~ 1200 rpm으로 수행되는 것이 바람직하다. 상기 교반 속도가 700 rpm 미만인 경우에는 탈질 폐촉매가 가압반응기 하부에 침적되어 바나듐과 텅스텐의 침출율이 저하되는 문제가 있고, 1200 rpm을 초과하는 경우에는 바나듐과 텅스텐의 침출율이 더 이상 증가하지 않으므로 에너지 효율의 측면에서 1200 rpm 이하인 것이 적절하다.
상기 밀폐된 가압반응기에서의 가열 및 교반 공정으로 인해 상기 혼합물에 함유된 바나듐은 하기 반응식 1과 3에서와 같이 NaVO3의 형태로 용액 내에 침출되고, 텅스텐은 하기 반응식 2와 4에서와 같이 Na2WO4 형태로 침출된다. 반응식 1 및 2는 나트륨 염으로 Na2CO3를 사용한 경우이고, 반응식 3 및 4는 나트륨염으로 NaOH를 사용한 경우이다.
[반응식 1]
V2O5(s) + Na2CO3(s) = 2NaVO3(s) + CO2(g)
[반응식 2]
WO3(s) + Na2CO3(s) = NaWO4(s) + CO2(g)
[반응식 3]
V2O5(s) + 2NaOH = 2NaVO3(s) + H2O(g)
[반응식 4]
WO3(s) + 2NaOH = Na2WO4(s) + H2O(g)
또한, 본 발명은 산화물 형태의 바나듐(V) 및 텅스텐(W)을 포함하는 탈질 폐촉매에 수산화나트륨(NaOH), 탄산나트륨(Na2CO3) 및 염소산나트륨(NaClO3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 나트륨염 용액을 혼합하여 혼합물을 형성시키는 단계; 및 상기 혼합물을 밀폐된 가압반응기에 구비한 후 가열하고 교반하여 상기 혼합물에 함유된 바나듐 및 텅스텐을 각각 NaVO3와 Na2WO4의 형태로 침출시키는 단계를 포함하는 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법을 제공한다.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법을 나타낸 순서도이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법은 탈질 폐촉매를 조분쇄하고 미분쇄하는 단계(S20); 상기 조분쇄 및 미분쇄된 탈질 폐촉매에 나트륨염 용액을 혼합하여 혼합물을 형성시키는 단계(S21); 및 상기 혼합물을 밀폐된 가압반응기에 구비한 후 가열하면서 교반하여 상기 혼합물에 함유된 바나듐 및 텅스텐을 침출시키는 단계(S22)를 포함한다. 이때, 상기 탈질 폐촉매는 나트륨염과의 반응 효율을 증가시키고, 모듈과 같은 큰 체적으로 인한 공정 규모의 대형화 및 침출 공정의 용이함을 위해 50 ~ 150 ㎛ 크기로 조분쇄 및 미분쇄될 수 있다. 상기 조분쇄 및 미분쇄된 탈질 폐촉매의 크기가 50 ㎛ 미만인 경우에는 작은 크기로 분쇄하기 위해 공정 비용이 증가하는 문제가 있고, 150 ㎛를 초과하는 경우에는 바나듐과 텅스텐의 침출율이 저하되는 문제가 있다.
도 3a은 본 발명에 따른 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법에서 조분쇄된 탈질 폐촉매를 나타낸 사진이고, 도 3b는 본 발명에 따른 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법에서 미분쇄된 탈질 폐촉매를 나타낸 사진이다.
실시예 1: 탈질 폐촉매에 함유된 바나듐과 텅스텐의 침출 1
삼천 화력발전 본부에서 배출된 탈질 폐촉매 100g을 2.0M 농도의 NaOH 용액 1L와 혼합하여 고액비가 0.1이 되게 하였다. 상기 탈질 폐촉매와 NaOH 용액의 혼합물을 1L급의 가압반응기에 구비한 후 가압반응기를 완전히 밀폐시켰다. 밀폐된 가압반응기를 225 ℃로 가열하면서 1000 rpm으로 교반하여 2시간 동안 침출시켰다. 하기 표 1은 탈질 폐촉매에 함유된 성분 및 함량을 나타낸 것이다.
표 1
성분 Al2O3 WO3 V2O5 TiO2 CaO MgO SiO2 MoO3 Fe2O3
함량(중량%) 5.57 7.73 1.23 70.9 2.45 0.55 9.80 0.10 0.77
실시예 2: 탈질 폐촉매에 함유된 바나듐과 텅스텐의 침출 2
250 ℃로 가열한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탈질 폐촉매에 함유된 바나듐과 텅스텐을 침출시켰다.
실시예 3: 탈질 폐촉매에 함유된 바나듐과 텅스텐의 침출 3
탈질 폐촉매를 조분쇄하고 미분쇄하여 100 ㎛ 크기의 탈질 폐촉매를 NaOH와 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탈질 폐촉매에 함유된 바나듐과 텅스텐을 침출시켰다.
실험예 1: 침출시 가열 온도에 따른 침출율 분석
본 발명에 따른 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법에서 가열 온도 변화에 따른 바나듐 및 텅스텐의 침출율을 분석하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
가열 온도에 따른 침출율을 분석하기 위해, 탈질 폐촉매와 2M NaOH 용액의 고액비(S/L)를 0.1로 하여 실험을 수행하였다.
표 2
온도(℃) 175 200 225 250
V 침출율(%) 75.4 87.4 89.7 90.2
W 침출율(%) 32.5 64.7 95.7 97.6
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 가열시 온도가 200 ℃ 이하인 경우에는 바나듐(V)의 침출율은 87.4%로 다소 높게 나타났으나, 텅스텐(W)의 침출율은 64.7%로 낮았다. 한편, 225 ℃ 및 250 ℃에서는 바나듐 침출율이 약 90% 이상으로 나타났고, 특히 텅스텐의 침출율이 200 ℃와 비교하면 급격히 상승한 것을 알 수 있다. 따라서, 바나듐과 텅스텐의 침출율을 높이기 위해서는 225 ~ 250 ℃의 온도범위에서 가열하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
실험예 2: 나트륨염 용액의 농도에 따른 침출율 분석
본 발명에 따른 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법에서 나트륨염 용액의 농도에 따른 바나듐 및 텅스텐의 침출율을 분석하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
나트륨염 용액의 농도에 따른 침출율을 분석하기 위해 가열 온도를 250 ℃로 하고, 탈질 폐촉매와 NaOH 용액의 고액비(S/L)를 0.2로 하여 실험을 수행하였다.
표 3
NaOH 농도(M) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
V 침출율(%) 81.5 92.4 91.7 90.3 90.1
W 침출율(%) 59.7 63.2 92.4 95.7 98.6
상기 표 3에 나타난 바와 같이, NaOH 농도가 증가할수록 바나듐(V)과 텅스텐(W)의 침출율은 증가하였으며, 특히 NaOH 농도가 3.0M인 경우에는 바나듐과 텅스텐의 침출율이 각각 90.1% 및 98.6%로 가장 높았다. 따라서, 탈질 폐촉매와 나트륨염 용액의 고액비가 증가할수록 나트륨염 용액이 더 필요하므로, 높은 농도의 나트륨염 용액이 필요한 것을 알 수 있다.

Claims (11)

  1. 탈질 폐촉매에 나트륨염 용액을 혼합하여 혼합물을 형성시키는 단계; 및
    상기 혼합물을 밀폐된 가압반응기에 구비한 후 가열하고 교반하여 상기 혼합물에 함유된 바나듐 및 텅스텐을 침출시키는 단계를 포함하는 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탈질 폐촉매는 산화물 형태의 바나듐(V) 및 텅스텐(W)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나트륨염은 수산화나트륨(NaOH), 탄산나트륨(Na2CO3) 및 염소산나트륨(NaClO3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나트륨염 용액의 농도는 2 ~ 3M인 것을 특징으로 하는 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탈질 폐촉매와 나트륨염 용액은 고액비(탈질 폐촉매의 중량(g)/나트륨염 용액의 부피(mL))가 0.1 ~ 0.4가 되게 혼합되는 것을 특징으로 하는 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가열시 온도는 225 ~ 250 ℃인 것을 특징으로 하는 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가압반응기의 압력은 20 ~ 80 atm인 것을 특징으로 하는 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 바나듐과 텅스텐은 각각 NaVO3와 Na2WO4의 형태로 침출되는 것을 특징으로 하는 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법.
  9. 산화물 형태의 바나듐(V) 및 텅스텐(W)을 포함하는 탈질 폐촉매에 수산화나트륨(NaOH), 탄산나트륨(Na2CO3) 및 염소산나트륨(NaClO3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 나트륨염 용액을 혼합하여 혼합물을 형성시키는 단계; 및
    상기 혼합물을 밀폐된 가압반응기에 구비한 후 가열하고 교반하여 상기 혼합물에 함유된 바나듐 및 텅스텐을 각각 NaVO3와 Na2WO4의 형태로 침출시키는 단계를 포함하는 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법.
  10. 탈질 폐촉매를 조분쇄하고 미분쇄하는 단계;
    상기 조분쇄 및 미분쇄된 탈질 폐촉매에 나트륨염 용액을 혼합하여 혼합물을 형성시키는 단계; 및
    상기 혼합물을 밀폐된 가압반응기에 구비한 후 가열하면서 교반하여 상기 혼합물에 함유된 바나듐 및 텅스텐을 침출시키는 단계를 포함하는 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 조분쇄 및 미분쇄된 탈질 폐촉매의 크기는 50 ~ 150 ㎛인 것을 특징으로 하는 가압침출법을 이용한 탈질 폐촉매에 함유된 유가금속의 침출방법.
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