回收廢催化劑中鎢鉬的分離及探討

盧基爵，梁 宏，盧輝洲

(1.東臺市創(chuàng)先鎢鉬材料有限公司，江蘇 東臺 224200)

(2.江蘇宏泰纖維科技有限公司，江蘇 東臺 224200)

0 引 言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國石油煉制及相關石化產(chǎn)能已成為僅次于美國的第二產(chǎn)業(yè)大國，依目前形勢還會不斷發(fā)展［1］。石油煉制和石化產(chǎn)業(yè)需用到大量催化劑，其中一部分同時含有鎢鉬，使用報廢后需回收其中的鎢、鉬等有價金屬。由于鎢鉬在元素周期表中為同族元素，有相近的物化性質，在工業(yè)上較難分離?；厥真u鉬復合廢催化劑時，分離含量相近的鎢鉬，作為工業(yè)生產(chǎn)需考慮技術經(jīng)濟性，簡化生產(chǎn)工藝流程，減少輔助材料消耗，提高鎢鉬回收率和分離率，降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)鎢鉬回收效益。

1 鎢鉬分離機理

多年來關于鎢鉬分離技術已經(jīng)有不少專家學者都在探討和研究，從已出版文獻資料可知，大多基于從鎢中去除少量鉬或從鉬中去除少量鎢為主。在回收含鎢鉬復合廢催化劑時，浸出液中鎢鉬含量相近，采用去雜的概念來處理可能增加生產(chǎn)成本和回收復雜性。借助工藝流程設置，利用鎢、鉬同多酸根在不同酸性條件下的物化差別來分離鎢鉬，寓分離于生產(chǎn)之中，可達到事半功倍的效果，符合工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟性。

1.1 鎢鉬酸根隨酸度變化溶解性的變化

將正鎢酸鹽溶液酸化時，正鎢酸根離子在不同酸度條件下聚合生成溶解性不同的鎢同多酸根離子［2］，見圖1。

圖1 鎢酸根隨pH 值變化及溶解性變化

將正鉬酸鹽溶液酸化時，正鉬酸根離子在不同酸度條件下聚合生成溶解性不同的鉬同多酸根離子［3］，見圖2。

圖2 鉬酸根隨pH 值變化及溶解性變化

比較圖1、圖2 可知，當pH=6.5 ～7 時，正鎢酸根離子轉化為仲鎢酸根離子活度下降，溶解性下降;而正鉬酸根離子轉化為仲鉬酸根離子活度上升，溶解性上升。當pH =3.6 ～4.2 時，正鎢酸根離子轉化為偏鎢酸根離子活度增強，溶解性增強;當pH=2～3 時，正鉬酸根離子轉化為四鉬酸根離子活度減弱，溶解性減弱。利用在某一區(qū)間pH 條件之下，鎢鉬同多酸根離子顯示出的溶解性逆向變化為工業(yè)分離鎢鉬提供了理論基礎。

1.2 仲鎢酸鈣沉淀富集鎢

查閱相關文獻資料及網(wǎng)上搜索，有仲鎢酸鈉和仲鎢酸銨溶解性的詳細介紹和數(shù)據(jù)，而仲鎢酸鈣溶解性無相關介紹，只能通過試驗來驗證。

含鎢鉬廢催化劑一般通過配堿焙燒，使鎢鉬轉化為鈉鹽以便從催化劑中浸出，為使試驗有可比性，配制相近溶液來模擬試驗。

1.2.1 溶液配制

分別稱取30 g 工業(yè)一級三氧化鎢和三氧化鉬溶于試劑級堿液中，調整pH =6.5 ～6.8，分別加蒸餾水至1 000 g，得含3%氧化鎢的仲鎢酸鈉溶液和3%氧化鉬的仲鉬酸鈉溶液，與回收含鎢鉬廢催化劑浸出液中鎢鉬含量相當。

稱取30 g AR 試劑碳酸鈣溶于AR 鹽酸中，加入蒸餾水至1 000 g，得含鈣1.2%氯化鈣溶液。

1.2.2 仲鎢酸鈣和仲鉬酸鈣沉淀試驗

在2 只250 mL 燒杯中分別移入50 mL 仲鎢酸鈉溶液和仲鉬酸鈉溶液，在攪拌下分別慢慢加入氯化鈣溶液，當加入第一滴時，仲鎢酸鈉溶液中立即出現(xiàn)沉淀，而仲鉬酸鈉溶液中并未出現(xiàn)沉淀，在攪拌下繼續(xù)滴加氯化鈣溶液，仲鎢酸鈉溶液中沉淀同步不斷增加，而仲鉬酸鈉溶液中直至加到30 滴以后才開始出現(xiàn)混濁現(xiàn)象，并未出現(xiàn)粒狀沉淀，靜置后仲鉬酸鈉溶液中的混濁物在燒杯內(nèi)壁析出薄層沉結物，即使攪拌也不成粒狀沉淀分散，重復試驗亦如此，說明仲鎢酸鈣溶解性比仲鉬酸鈣溶解性小得多。由于試驗條件和水平有限，難以確定仲鎢酸鈣和仲鉬酸鈣的溶解度，但可確認在水中仲鎢酸鈣的溶解性比仲鉬酸鈣的溶解性要小得多，作為工業(yè)生產(chǎn)可從鎢鉬混合溶液中用氯化鈣溶液沉淀富集鎢而分離鉬的設想。

2 回收廢催化劑中鎢鉬及分離的工藝流程設置(見圖3)

工藝流程的前段與單一含鎢或含鉬廢催化劑回收流程一樣，而后利用仲鎢酸鈣沉淀富集鎢，固液分離后鉬留在母液和洗水中，分兩條并行支流程分別回收生產(chǎn)仲鎢酸銨和四鉬酸銨，也可生產(chǎn)鎢酸鈉和鉬酸鈉。

圖3 回收廢催化劑中鎢鉬及分離工藝流程

3 生產(chǎn)實踐探討和改進

3.1 廢催化劑浸出前段的優(yōu)化

催化劑的載體大部分為單獨含鋁或含硅，也有為硅酸鋁的復合載體，加純堿焙燒使鎢鉬轉化為可溶性鈉鹽，同時載體與純堿反應生成可溶性鈉鹽耗用純堿，不同的焙燒方式及焙燒條件耗堿量也不同，難以計算方式確定，直接影響鎢鉬的浸出率和回收率。按不同純堿配比小樣試燒、浸出，分析渣中殘留鎢鉬量及浸出液pH 值來確定大批量配堿量。一般浸出固液比為1 ∶2 時，浸出液的pH=8.5 ～10，浸出渣中殘留鎢鉬可達到0.5%以下。pH ＜8.5 配堿量雖少，易引起渣中鎢鉬含量上升;pH ＞10 純堿過量進入溶液的硅鋁增多，浪費純堿并給浸出液凈化增加麻煩，多耗輔助材料，通常料堿比為4 ∶1 左右。

焙燒溫度和料層的翻動也對焙燒效果有影響，溫度在800 ～900 ℃，用回轉窯焙燒均勻穩(wěn)定，平板反射爐受人為因素影響較大，焙燒效果不穩(wěn)定。

3.2 浸出液凈化

浸出液凈化去硅鋁在技術上并不難，硅鋁在pH=8 左右的弱堿性條件下水解生成硅酸和氫氧化鋁析出，但由于進入浸出液的硅鋁較多，析出的凈化渣量也多，吸留夾帶鎢鉬，有時凈化渣中鎢鉬含量達到2%以上，影響鎢鉬回收率。加強洗滌可得到改善，在板框中壓洗時，框與框之間的差別較大，須通過卸渣打漿再壓洗，將渣中鎢鉬降到0.5%以下，前段鎢鉬回收率可達到94%以上，焙燒時有少量鎢鉬升華，致回收率偏低。

3.3 仲鎢酸鈣的合成

在處理一批FH—5 廢催化劑時，采用強酸蒸發(fā)分離鎢鉬測定浸出凈化液含WO37.92%、MoO32.36%，鎢鉬比為2.66%，溶液pH=8.0。合成時先加稀鹽酸調整浸出凈化液pH=6.5 ～6.8，按WO3含量換算過量5%摩爾量的近中性5%氯化鈣稀溶液體積，在攪拌下，噴淋加入氯化鈣溶液合成仲鎢酸鈣，分離沉淀后測定仲鎢酸鈣和母液中的鎢鉬含量，見表1。

數(shù)據(jù)建設包括制定和完善數(shù)據(jù)標準，進行數(shù)據(jù)治理和數(shù)據(jù)質量提升，建立數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)交換及監(jiān)控管理平臺，做好數(shù)據(jù)服務的應用及監(jiān)管等。

表1 合成前后料液中鎢鉬含量

從表1 數(shù)據(jù)可知，通過控制合成仲鎢酸鈣時氯化鈣的加入量，能有效沉淀富集鎢，而鉬留在母液中，為后繼生產(chǎn)切分，為兩條支流程分別回收生產(chǎn)鎢、鉬產(chǎn)品打下基礎。

合成時可不加鹽酸調節(jié)浸出凈化液的pH 值，而是直接加pH =5 的酸性氯化鈣溶液合成仲鎢酸鈣，同樣達到分離鎢鉬的效果，簡化了操作環(huán)節(jié)。

3.4 仲鎢酸鈣酸解氨溶生產(chǎn)仲鎢酸銨

類同經(jīng)典白鎢法生產(chǎn)仲鎢酸銨［4］，只要控制好酸解溫度在80 ℃以上，游離酸達到100 g/L 以上，強化洗滌，所得鎢酸直接去氨溶，經(jīng)沉淀過濾，蒸氨結晶控制好終點母液比重，在母液比重1.08 左右出料能使大部分鉬留在母液中，所得仲鎢酸銨鉬含量小于0.015%，能滿足一般鎢合金生產(chǎn)原料質量要求。本段鎢回收率可達96%。

3.5 含鉬母液配制交前液

浸出凈化液經(jīng)合成仲鎢酸鈣分離得到的含鉬母液仍含有少量鎢，仲鎢酸鈣酸解分離的強酸性母液及洗水也含有少量鎢，將兩種母液合在一起，利用酸解廢酸調降合成母液的pH 值，為進一步分離鎢鉬起了保險作用。配制交前液須確保pH≤1，可使兩種母液中的鎢以鎢酸沉淀下來，在沉淀時間達到24 h以上，交前液中鎢含量可降到0.05 g/L 以下使交前液中的鎢在進入鉬回收流程前得到二次分離。實際沉淀的鎢酸中也有少量鉬酸，須定期清理，轉入酸解鎢酸工序再分離鎢鉬。

3.6 離子交換吸附富集鉬及鎢鉬分離

離子交換吸附鉬的效果相當好，回收率可達99%以上，但交前液中仍有少量細顆粒鎢酸和游離鎢被樹脂截留和吸附，常規(guī)解吸酸沉得四鉬酸銨中鎢可達0.1%以上。

通過加強負載樹脂的反洗可去除被截留的細顆粒鎢酸，同時控制解吸劑氨濃度，將解吸液按pH 值分段，pH≤7 的前段解吸液進行分步酸沉，先將解吸液加硝酸至pH=3.6 ～3.8，陳化24 h 使其中的鎢酸根離子轉化為偏鎢酸離子難以酸沉，然后酸沉得四鉬酸銨可使鎢含量降至0.04%以下，pH ＞7 的解吸液轉入下一輪配制解吸劑，可減少耗氨量和耗硝酸量，降低生產(chǎn)成本，改善生產(chǎn)環(huán)境。酸沉母液根據(jù)鎢鉬含量轉入浸出液或配制交前液。本段鉬回收率可達97%以上。

4 小 結

回收廢催化劑中鎢鉬，在保證浸出率的基礎上，合理按排工藝流程，細化操作，進行鎢鉬分離，能降低生產(chǎn)成本，保證產(chǎn)品質量和回收率。

(1)配堿焙燒、浸出的效果決定鎢鉬的回收率，以小樣試燒浸出確定配堿，料堿比4 ∶1 左右，焙燒溫度800 ～900 ℃，強化浸出洗滌，可使前段鎢鉬回收率達到94%以上。

(2)通過合成仲鎢酸鈣富集鎢，讓鉬留在母液中分離鎢鉬，使鎢鉬比由2.66 上升到154.87，鎢的富集率達98.6%，且耗用輔助材料少。

(3)采用類同經(jīng)典白鎢法酸解仲鎢酸鈣，氨溶、結晶仲鎢酸銨，工藝成熟，結晶母液比重控制在1.08左右，產(chǎn)品鉬含量小于0.015%，質量能滿足一般鎢合金原料要求。

(4)由仲鎢酸鈣合成母液加酸解母液配制交前液，既利用廢酸，又在鎢鉬分離過程二次分離鎢鉬，起到保險作用，提高了鎢鉬分離效果。

(5)離子交換吸附鉬回收率可達99%以上，控制解吸劑含氨量5%以下，改進解吸液截取依據(jù)，pH≤7的解吸液分步酸沉可使四鉬酸銨中鎢含量小于0.04%，pH ＞7 的解吸液轉入下輪配制解吸劑，可減少液氨和硝酸用量。

(6)回收分離廢催化劑中的鎢鉬，前段焙燒浸出回收率偏低，僅有94%左右，后段鎢、鉬成品回收率約96% ～97%，鎢鉬總回收率可達90%以上。

［1］ 杜澤學.未來中國煉油工業(yè)對鉬－鎢催化劑需求的展望［J］.中國鉬業(yè)，2009，33(2):1－4.

［2］ 陳家鏞，楊守志，柯家駿，等. 濕法冶金手冊［M］. 北京:冶金工業(yè)出版社，2005:876－879.

［3］ 張啟修，趙秦生. 鎢鉬冶金［M］. 北京:冶金工業(yè)出版社，2007:36－40.

［4］ 莫似浩.鎢冶煉的原理和工藝［M］.北京:輕工業(yè)出版社，1984:104－121.