從SCR脫硝廢催化劑中回收鉬的試驗研究

張 濤

(江蘇龍凈科杰環(huán)保技術有限公司，江蘇 鹽城 224000)

0 引 言

SCR(氨選擇性催化還原)脫硝技術是目前脫除氮氧化物最有效、最成熟的技術[1-3]，已廣泛應用在燃煤電廠、焦化、水泥、玻璃等行業(yè)，其技術核心是SCR脫硝催化劑[4-5]在還原劑氨的作用下與煙氣中的NOx反應生成N2和H2O。長期使用后，會因煙氣中的灰分、SO2、H2O、重金屬等物質中毒[6-7]，脫硝性能逐漸下降直到失活，成為SCR脫硝廢催化劑。SCR脫硝廢催化劑中含有大量釩、鉬(鎢)、鈦等有價金屬，如填埋處理，會造成資源浪費和環(huán)境污染。因此，從SCR脫硝廢催化劑中回收有價金屬具有經(jīng)濟價值和環(huán)境保護意義。

濕法浸出鉬具有浸出率高、成本低等優(yōu)點，被廣泛應用。常見的浸出劑有氨水、碳酸鈉、氫氧化鈉等，羅進愛等研究了氧壓氨浸鉬的工藝實驗，最佳條件下鉬的浸出率達到98.04%[8]。李彥龍等[9]以銅鉬礦為原料，進行了煅燒-碳酸鈉溶液浸出鉬的研究，最高浸出率達到96.75%。劉錦銳等[10]研究NaOH溶液浸出工業(yè)氧化鉬試驗，加入助浸劑磷酸三鈉效果最佳，鉬浸出率達到98.89%，高于NaOH溶液對鉬的浸出率的2.8%，說明加入助浸劑能強化鉬的浸出過程，提高鉬的浸出率。氨水作為浸出劑，成本低，最大好處是不帶入其它雜質元素，本試驗是以SCR脫硝廢催化劑為原料，采用氨水-碳酸氫銨為浸出劑，濕法浸出SCR脫硝廢催化劑中的有價金屬鉬的試驗研究。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

某燃煤電廠使用過的SCR脫硝廢催化劑，主要金屬組分為釩、鉬、鈦等；氨水，分析純；碳酸氫銨，分析純。

對SCR脫硝廢催化劑表面清灰，用去離子水去除孔道內的中毒物質，干燥、粉粹、過篩后保存。用X射線熒光分析主要化學成分見表1。

表1 SCR脫硝廢催化劑主要化學成分分析 %

1.2 試驗方法

取10 g SCR脫硝廢催化劑樣品，置于250 mL燒杯中，安裝在DF-101S型磁力攪拌水浴鍋中，加入一定量的氨水-碳酸氫銨溶液，在一定的液固比、溫度、反應時間及攪拌速度下進行浸出試驗，待浸出反應結束后過濾得到浸出液和渣，浸出渣在恒溫烘箱中100 ℃干燥10 h，用于測量鉬的浸出率。在氨水-碳酸氫銨溶液中，三氧化鉬發(fā)生的反應如下：

(1)

(2)

1.3 分析方法

將烘干后的浸出渣，壓片，在日本理學ZSX型X射線熒光光譜儀檢測鉬元素含量，按式(3)計算鉬的浸出率η：

(3)

式中：m1為SCR脫硝廢催化劑的質量，g；w1為SCR脫硝廢催化劑中鉬的質量分數(shù)，%；m2為浸出渣的質量，g；w2為浸出渣中鉬的質量分數(shù)，%。

2 試驗結果與討論

2.1 氨水濃度對鉬浸出率的影響

在浸出液與SCR脫硝廢催化劑液固比為5∶1，碳酸氫銨濃度為5 mol/L，浸出溫度為80 ℃，攪拌速度為500 r/min，浸出時間為2 h的條件下考察氨水濃度對鉬浸出影響，試驗結果見圖1。

從圖1可以看出，鉬的浸出率隨著氨水濃度的增加而增大。氨水濃度為0時，鉬浸出率僅有16.8%，主要發(fā)生反應是:(1)碳酸氫銨緩慢分解產生氨水，進而發(fā)生反應；(2)浸出SCR脫硝催化劑中的鉬，因此浸出率相對較低。當氨水濃度從2 mol/L增加到10 mol/L時，鉬浸出率由32.3%增加到最高的99.1%，主要是反應(1)和(2)同時發(fā)生反應生成鉬酸銨。隨后隨著氨水濃度增加，鉬浸出率增加緩慢。因此，確定較佳的氨水濃度為10 mol/L。

圖1 氨水濃度對鉬浸出率的影響

2.2 碳酸氫銨的濃度對鉬浸出率的影響

為進一步提高鉬的浸出率，在浸出液與SCR脫硝廢催化劑液固比為5∶1，氨水濃度為10 mol/L，浸出溫度為80 ℃，攪拌速度為500 r/min，浸出時間為2 h時，考察碳酸氫銨的濃度時鉬浸出率的影響，試驗結果見圖2。

圖2 碳酸氫銨的濃度對鉬浸出率的影響

由圖2可以看出，鉬的浸出率隨著碳酸氫銨濃度的增加而增大。當碳酸氫銨濃度為0時，鉬的浸出率僅為32.5%，是因為SCR脫硝廢催化劑中少量的MoO3與溶液中的氨水發(fā)生反應(1)。碳酸氫銨濃度增加到3 mol/L時，鉬浸出率為99.1%，此后浸出率趨于平穩(wěn)。綜合考慮，選取碳酸氫銨濃度為3 mol/L。

2.3 液固比對鉬浸出率的影響

在氨水濃度為10 mol/L，碳酸氫銨濃度為5 mol/L，浸出溫度為80 ℃，攪拌速度為500 r/min，浸出時間為2 h的條件下，研究浸出液與SCR脫硝廢催化劑不同液固比對鉬浸出率的影響，試驗結果見圖3。

圖3 液固比對鉬浸出率的影響

由圖3可以看出：隨著液固比增大，鉬浸出率明顯升高，因為隨著液固比的增加，浸出液用量增加，有利于浸出液和樣品充分混合反應，增大了反應接觸面積，浸出反應速率提高，更有利于鉬的浸出。綜合考慮浸出成本及效率，確定浸出液與SCR脫硝廢催化劑液固比以5∶1為宜。

2.4 溫度對鉬浸出率的影響

在浸出液與SCR脫硝廢催化劑液固比為5∶1，氨水濃度為10 mol/L，碳酸氫銨濃度為5 mol/L，攪拌速度為500 r/min，浸出時間為2 h條件下考察溫度對浸出效果的影響，結果見圖4。

圖4 溫度對鉬浸出率的影響

由圖4可見，溫度對鉬浸出率影響較大，在80 ℃之前，隨著溫度升高，鉬浸出率提高；溫度為80 ℃時，鉬浸出率達最高99.1%，之后進一步升高溫度，鉬浸出率反而降低，是因溫度升高，氨水和碳酸氫銨分解增加，浸出劑中濃度降低，導致鉬浸出率降低。因此，確定較佳浸出溫度為80 ℃。

2.5 浸出時間對鉬浸出率的影響

在浸出液與SCR脫硝廢催化劑液固比為5∶1，氨水濃度為10 mol/L，碳酸氫銨濃度為5 mol/L，攪拌速度為500 r/min，浸出溫度為80 ℃條件下考察浸出時間對鉬浸出率的影響，結果見圖5。

圖5 反應時間對鉬浸出率的影響

由圖5可見：隨著浸出時間的增長，鉬的浸出率快速提高，浸出2 h時，鉬浸出率達99.1%；之后在繼續(xù)反應，鉬浸出率增加緩慢，說明鉬浸出已基本達到最大浸出。因此，確定適宜的浸出時間為2 h。

2.6 攪拌速度對鉬浸出率的影響

在浸出液與SCR脫硝廢催化劑液固比為5∶1，氨水濃度為10 mol/L，碳酸氫銨濃度為5 mol/L，浸出溫度為80 ℃，浸出時間為2 h條件下考察攪拌速度對鉬浸出率的影響，結果見圖6。

圖6 攪拌速度對鉬浸出率的影響

由圖6可見：當攪拌速度為200 r/min時，攪拌速度過低，樣品不能與浸出液充分混合，阻礙浸出液與SCR脫硝廢催化劑中的鉬的化學反應進行，導致鉬浸出率僅為78.1%。隨著攪拌速度的增加，鉬浸出率逐漸增大，當攪拌速度為500 r/min時，鉬浸出率為99.1%。此后，增加攪拌速度，鉬的浸出率反而降低，是因為強傳質攪拌速度也加速部分氨揮發(fā)。因此，確定較佳攪拌速度為500 r/min。

2.7 綜合試驗

在單因素條件試驗的基礎上，進行綜合驗證試驗，試驗條件為氨水與SCR脫硝廢催化劑液固比為5∶1，氨水濃度為10 mol/L，碳酸氫銨濃度為5 mol/L，浸出溫度為80 ℃，攪拌速度為500 r/min，浸出時間為2 h。在此條件下，對SCR脫硝廢催化劑3次氨水-碳酸氫銨浸綜合試驗，結果見表2，鉬浸出率平均為99.1%。

表2 SCR脫硝廢催化劑主要化學成分浸出檢測結果 %

檢測溶液中鉬的含量為7.0 g/L，可通過蒸發(fā)濃縮結晶回收溶液中的鉬。說明氨水-碳酸氫銨能實現(xiàn)SCR脫硝廢催化劑中鉬的高效浸出，浸出結果較理想，為從SCR脫硝廢催化劑中回收鉬提供技術參考。

3 結 論

采用氨水-碳酸氫銨為浸出液，對SCR脫硝廢催化劑中的有價金屬鉬進行了濕法浸出的試驗研究。研究了液固比、氨水濃度、碳酸氫銨濃度、浸出溫度、浸出時間、攪拌速度對鉬浸出率的影響，得出以下結論：最佳鉬浸出的反應條件為浸出液SCR脫硝廢催化劑液固比為5∶1，氨水濃度為10 mol/L，碳酸氫銨濃度為3 mol/L，浸出溫度為80 ℃，攪拌速度為500 r/min，浸出時間為2 h，鉬浸出率為99.1%，實現(xiàn)了鉬的高效浸出。