氮氧化物(NOx)是大气污染物的主要成分之一,现阶段NOx的大量排放导致的环境污染已经在大气污染物中占到了很大比重。在我国70%的氮氧化物排放来自于煤炭的直接燃烧,而电厂又是用煤大户,如何有效控制NOx的排放成为了我国乃至全球关注的另一个焦点。目前治理NOx技术领域中,选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction,SCR)以其较高的运行可靠性、无副产物、系统装置简单等优点,得到了大面积的应用。
烟气中高浓度的粉尘会冲刷催化剂并使其中毒,导致催化剂失活的原因很多,研究催化剂失活对催化理论和实践均有重要意义。****的废弃SCR脱硝催化剂中含有钒等有价金属,直接丢弃会造成环境污染,其中钒是稀有金属,在自然界中分散而不集中,富集钒矿不多,提取和分离比较困难。近几年随着科技的发展,对钒需求量每年约增长5%,致使钒价不断上扬。因此,从废弃SCR脱硝催化剂中回收V2O5既能避免对环境的污染,又能节约宝贵的资源。
就目前SCR脱硝催化剂而言,不论催化剂是蜂窝式、板式还是其他形式,其成分都是相似的,有TiO2、V2O5、WO3等物质组成。其中WO3或MoO3占5%~10%,V2O5占1%~5%,TiO2占绝大部分。在理想状态下,催化剂将在无限长的时间内降低氮氧化物的排放。但是在实际的SCR装置运行过程中,总会由于烟气中的碱金属、砷、催化剂的烧结、催化剂孔的堵塞、催化剂的腐蚀以及水蒸气的凝结和硫酸盐、硫铵盐的沉积等原因使催化剂活性降低或中毒,寿命缩短。
决定失活催化剂是否再生主要取决于催化剂失活原因和再生难易程度。像积炭、积灰或金属沉积物等引起的失活较容易进行再生,而****性中毒及烧结引起的失活就难以进行再生或根本无法再生。对于失活催化剂的处理,首先应判定失活催化剂的各项性能是否还有再生价值或再生价值高低,如再生潜力很小,再生后催化剂活性、选择性、耐磨性等特性无法到达理想高度,增加再生环节只会带来更大的经济、人力、物力的浪费。如催化剂再生潜力较大,再生后催化剂特性能够到达理想高度,再生后能够维持一定时间的运行,能够明显为企业因更换催化剂减少很大的经济开支,再生应该是企业的****考虑。
如催化剂失活程度较大,经检测后判定为无法再生或无再生价值,就要进行废弃催化剂的处理。随着SCR工艺的广泛应用,废弃催化剂的数量将越来越多。现在大量应用的是以氧化钛为基体的催化剂,倘若对这些废弃催化剂不加处置而随意堆置的话,一方面会占用大量的土地资源,增加企业的成本;另一方面催化剂在使用过程中所吸附的一些有毒、有害物质进入到自然环境,特别是水体,给环境带来严重危害;第三方面,废弃催化剂丢弃,其中所含有的各种有价金属资源没能得到回收利用,造成有效资源的巨大浪费。所以,开展废催化剂的回收利用既可以变废为宝,化害为益,还可以解决相应的一些列潜在的环境污染问题,从而带来可观的经济效益和社会效益。
废钒催化剂钒氧化物提取工艺
SCR脱硝催化剂经使用后,其中的钒主要以V2O5和VOSO4形式存在,后者所占比例有时可达40%~60%。这主要取决于催化剂在转化器中所处位置和使用时间的长短,废钒催化剂中的VOSO4可溶于水,而V2O5难溶于水,但却易于强酸或强碱。从废钒催化剂中提取V2O5有多种方法,虽然其工艺流程和操作条件不尽相同,但关键但步骤水钒但浸出和从浸出液中沉淀出V2O5来,具有代表性的有以下几种方法。
(1)还原浸出——氧化沉钒法。该法将废钒催化剂加水加热煮沸,并加入二氧化硫或亚硫酸钠还原,使V2O5还原成四价钒呈硫酸钒酰形态进入溶液,然后加入氧化剂氯酸钾氧化沉钒。
(2)酸性浸出——氧化沉钒法。用盐酸或硫酸溶液升温浸出,同时加入氧化剂氯酸钾氧化四价钒为五价钒,V2O5的浸出率可达95%~98%,再用碱溶液调节pH值,煮沸溶液得到V2O5沉淀。
(3)碱性浸出——沉钒法。由于V2O5为二性氧化物,可采用酸液浸取液可采取碱液加以浸取回收。用NaOH或碳酸钠溶液在90℃下浸出,溶液过滤后调整pH值1.6~1.8,煮沸得到V2O5沉淀。碱浸法V2O5的回收率与酸法相当,但通常碱法回收的V2O5纯度不如酸法。
(4)高温活化法。将废钒催化剂直接进行高温活化,焙烧时不加任何添加剂,然后用碳酸氢钠浸出,同时加入少量氯酸钾氧化溶液中四价钒为五价钒,过滤、浓缩浸出液,再加入氯化铵使钒以偏钒酸铵形式沉淀,干燥、煅烧得到五氧化二钒产品。
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