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廢鈦基SCR脫硝催化劑回收處理研究現狀及發展趨勢
時間:2020-03-24 09:23:38

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摘要:催化劑作為選擇性催化還原(ive catalytic reduction, SCR)煙氣脫硝系統的重要核心部分,催化劑的消耗對于脫硝系統的運行成本有著重大影響。為此,主要介紹了回收廢棄脫硝催化劑的回收方法,包括固化處理法和化學處理法。其中著重介紹了化學處理中酸浸法、堿浸法以及焙燒法,分析總結了3種工藝各自的特點。并對未來關于廢催化劑的處理實現工業化提出了相應的意見。

1.引言

氮氧化物(NOx)是大氣環境的主要污染物之一,我國70%氮氧化物的排放都來自燃煤火力發電。選擇性催化還原脫硝技術,因其脫硝效率高(可達90%以上)、技術成熟,廣泛應用于我國燃煤電廠煙氣脫硝過程中,又以蜂窩式TiO2-V2O5-WO3/MoO3為主,其中以銳鈦型TiO2為載體,V2O5為活性組分,WO3或MoO3為活性和結構助劑[2]。煙氣脫硝系統經過長時間的運行,復雜的煙氣成分對SCR催化劑表面及活性物質產生負面的影響,導致催化劑效率下降甚至失活。催化劑失活主要分為可逆失活和不可逆失活兩個方面,如堵塞失活可以通過水洗再生工藝、酸洗再生工藝、堿洗再生工藝、熱再生工藝處理等恢復到原來活性的90%~100% [3]。如燒結、中毒、磨損等不可逆性失活無法再生,無法再生的催化劑將會廢棄。由于廢SCR脫硝催化劑中含有大量有價金屬氧化物,若直接堆放將會造成環境污染,同時也會造成資源的浪費[4]。另一方面從資源綜合利用角度考慮,廢SCR催化劑作為可再利用價值極高的二次資源,回收廢SCR催化劑對節約資源具有重要意義。

2. 廢脫硝催化劑的處理

預計到2020年將會有21,885.15 t的廢催化劑。因此,面對龐大的廢催化劑如何解決和利用已經迫在眉睫。廢SCR脫硝催化劑成分復雜,屬于多種金屬氧化物混合的固體材料,其中含有大量鈦和一定量的鎢、硅、鋁元素以及少量的釩元素。釩是造成土壤、大氣及水體污染的有毒有害物質,鈦作為新能源重要材料而鎢又是重要軍事原料,必須進行回收。目前針對廢棄SCR脫硝催化劑的無害化研究主要有兩種回收方法,即固化處理和化學處理從兩方面。

2.1. 固化處理回收法

固化處理是指利用物化法將有害的固體廢物與能聚結成固體惰性基材混合,從而使固體廢物被固定或包容在惰性固體基材中,以便后續加工利用。固化處理的工藝流程如圖1所示[10]。其中對SCR催化劑預處理包括除塵、破碎、研磨、清洗。然后添加固化劑固化,針對固化劑的種類不同固化又可分為水泥固化法、鐵礦粉固化、熱固性材料固化等。陳穎通[11]將廢催化劑磨成細粉與水泥、沙子和水混合并充分攪拌成混凝土,然后制作成澆注混凝土的模具。周昊等[12]對廢棄SCR煙氣脫硝催化劑進行破碎、研磨成粉末,催化劑粉末與鐵礦粉、熔劑、燃料、返礦和水混合,制粒得到燒結混合料用于高爐冶煉。固化處理雖然能處理廢催化劑但仍存在很多不足,不能完全無害化,某些貴重元素沒有進行有效回收及利用,造成二次污染和資源的浪費。

2.2. 化學處理回收法

化學處理回收是基于SCR催化劑中組成物質的化學性質的差別,利用化學反應改變組成,使組分達到分離富集的目的,從而回收有用組分。工藝流程如圖2所示[10]。其中化學處理過程包括以下幾個步驟:1) 原料制備:除去廢SCR催化劑表面灰塵、破碎、研磨、篩分處理;2) SCR催化劑鈉鹽焙燒:在一定溫度和氣氛條件下往廢SCR催化劑中加入鈉鹽(碳酸鈉、硫酸鈉等)進行焙燒,使廢SCR催化劑中的鎢、釩、鈦更易浸出;3) 浸出:根據所用溶劑的不同分為酸性浸出法和堿性浸出法,根據壓力高低分為高壓浸出法和低壓浸出法,根據通入溶液中氧化還原性質分為氧化浸出和還原浸出等。4) 固液分離:一般采用真空過濾法將廢SCR催化劑浸出液固液分離。5)凈化和精制:從稀溶液中提取、分離、富集目標組分。目前,對廢SCR催化劑回收常用離子交換法、有機溶劑萃取法和化學沉淀法[13]。


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