使用済みSCR脱硝触媒から有価金属をリサイクルする湿式製錬プロセスの開発

Scientific Reports volume 11、記事番号: 22131 (2021) この記事を引用

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1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

TiO2 ガラス繊維マトリックス中に酸化バナジウムと酸化タングステンを含む使用済み触媒は、埋め立て処分時に土壌に浸出すると、その金属酸化物の高い毒性により環境汚染の危険性があります。 金属の需要の増加と一次資源の継続的な枯渇により、環境的および経済的な理由から、使用済み触媒やその他の二次金属源のリサイクルと再処理の必要性が高まっています。 溶解したNaOHを使用した使用済みSCR触媒ソーダ焙煎プロセスと通常のNaOH乾式焙煎との比較、およびその後の水浸出におけるその影響の研究。 最適化後の理想的なパラメーターは、NaOH/使用済みSCR触媒の比率0.4を使用した溶液中973 Kで2時間の焙煎と、パルプ密度30%で298 Kで30分間の脱イオン水浸出です。 研究結果は、使用済みSCR触媒の処理中に焙煎温度と浸出時間を大幅に短縮し、95.4%のWと80.2%のV浸出効率の液が得られることを示しています。 ケイ素化合物は、有価金属と並んで浸出する主な不純物の 1 つであり、この研究では、浸出液の脱ケイ素後処理を回避する目的で、浸出するケイ素化合物を大幅に削減します。 提案されたプロセスの主な利点は、浸出温度に関係なく、より短時間でシリコン不純物を最小限に抑え、バナジウムとタングステンの浸出効率が向上することです。

2000 年代 (新千年紀) 以降、窒素酸化物による環境汚染に対する懸念の高まりは、さまざまな発生源 (固定および移動) から排出される NOx を最小限に抑えるための選択触媒還元 (SCR) 触媒の生産と需要の増加に直接影響しました。世界中で1、2、3。 したがって、SCR 触媒の生産量の増加により発生する触媒廃棄物の量も増加しています 4,5。 これまで、被毒により失活した使用済みSCR触媒は、活性が低下するまで再生・再利用されてきたが、その大部分は各国の規制に基づく指定廃棄物として埋め立て処分されていた6、7、8。 しかし、使用済み触媒の組成は、他の重金属と並んで非常に有毒な化合物である V2O5 の蓄積と浸出により、廃棄または埋設される際に別の環境上の脅威を抱えています。 さらに、失活した触媒は、As、Na、Ca、Fe、K の含有量が高く、化学毒性に対して脆弱であるため、新しい触媒担体として直接再処理することはできません 9,10,11。 最も一般的で効果的な触媒の 1 つは、V2O5 – WO3/TiO2 からなる SCR 触媒で、一般に Ti、W、V の含有量が非常に高いため、これらを回収して再利用することは経済的かつ環境的に実行可能な選択肢となります。 回収後に再製造された Ti、W、V は、新しい触媒の原料として、または他の産業の原料として使用できます4,12,13。 このため、使用済み触媒から原料を回収・再製造する技術開発研究が盛んに行われている14。 使用済みのSCR触媒からチタン、タングステン、バナジウムをリサイクルするためのさまざまな湿式冶金法が広く知られており、それらはソーダ焙焼15、加圧16または酸およびアルカリ浸出による浸出液の調製からなり、その後精製して価値のある触媒を得るというものである。溶液中の金属17．

ウーら。 (2016) アルカリ浸出イオン交換法による使用済み SCR 触媒 (ハニカム型) からのタングステンの再処理を研究しました。 粒径 74 μm の使用済み触媒サンプルを 3% の高液比および 70 °C の反応温度で 30 分間浸出させたところ、W および V がそれぞれ 91 wt% および 87 wt% 浸出されました。 浸出液は強塩基性陰イオン交換樹脂 (Amberlite IRA900) を使用して吸着され、高 pH 条件下で二価の WO4- が選択的に分離されました 18。 チョイら。 (2019、2018a) は、使用済み SCR 触媒と反応させるために Na2CO3 を使用したソーダ焙煎実験を実施しました。 Na2CO3 の量は 10 当量で、粒径 106 μm 未満の使用済み SCR 触媒を 1070 K で 120 分間焙焼しました。 この研究では、タングステンの浸出量の増加は、TiO2 アナターゼがルチルに相変化する速度とともに Na2CO3 添加の増加による CaWO4 生成の阻害に関連していることが判明しました。 これに対し、バナジウムの浸出量は炭酸ナトリウムの量には影響されず、実験の結果、約40％とほぼ一定の割合であった。 これは原料中に存在する CaO と反応してバナジウム酸カルシウムが生成するためと考えられ、原料中のカルシウム量を分析することで V の浸出能が求められた2,10,15。 ウーら。 (2018) シュウ酸を使用した V と Fe の選択的浸出と反応メカニズムを調査しました。 反応温度90℃、液比20mL/g、粒径75μm、濃度1.0mol/Lのシュウ酸を用いて180分間実験を行った結果、 V の 84% と Fe の 96% が浸出しました。 可溶性カチオン VO2+ および Fe3+ は、浸出反応における溶解および錯体形成プロセスを通じて還元されました。 V と Fe は、pH 0.33 で特定の形態の VOC2O4 および Fe(C2O4)2 として存在すると、高い浸出を引き起こすことが判明しました。これは、酸化還元反応により、VO2+、VO+ の溶解および錯体形成平衡が破壊されることを示しました。そしてFe3+。 タングステンとチタンの場合、溶解と錯化反応のみが起こり、浸出効率は溶解度によって妨げられました19。