廢鈦基SCR脫硝催化劑回收處理研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

大氣網(wǎng)訊:摘要：催化劑作為選擇性催化還原(ive catalytic reduction, SCR)煙氣脫硝系統(tǒng)的重要核心部分，催化劑的消耗對于脫硝系統(tǒng)的運(yùn)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(xué)處理法。其中著重介紹了化學(xué)處理中酸浸法、堿浸法以及焙燒法，分析總結(jié)了3種工藝各自的特點(diǎn)。并對未來關(guān)于廢催化劑的處理實現(xiàn)工業(yè)化提出了相應(yīng)的意見。

1.引言

氮氧化物(NOx)是大氣環(huán)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(fā)電。選擇性催化還原脫硝技術(shù)，因其脫硝效率高(可達(dá)90%以上)、技術(shù)成熟，廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)助劑[2]。煙氣脫硝系統(tǒng)經(jīng)過長時間的運(yùn)行，復(fù)雜的煙氣成分對SCR催化劑表面及活性物質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面的影響，導(dǎo)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(fù)到原來活性的90%~100% [3]。如燒結(jié)、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(huán)境污染，同時也會造成資源的浪費(fèi)[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(jié)約資源具有重要意義。

2. 廢脫硝催化劑的處理

預(yù)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(jīng)迫在眉睫。廢SCR脫硝催化劑成分復(fù)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(zhì)，鈦作為新能源重要材料而鎢又是重要軍事原料，必須進(jìn)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(xué)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(jié)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(xù)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(yù)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(xì)粉與水泥、沙子和水混合并充分?jǐn)嚢璩苫炷粒缓笾谱鞒蓾沧⒒炷恋哪＞?。周昊等[12]對廢棄SCR煙氣脫硝催化劑進(jìn)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(jié)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(jìn)行有效回收及利用，造成二次污染和資源的浪費(fèi)。

2.2. 化學(xué)處理回收法

化學(xué)處理回收是基于SCR催化劑中組成物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)的差別，利用化學(xué)反應(yīng)改變組成，使組分達(dá)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(xué)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(jìn)行焙燒，使廢SCR催化劑中的鎢、釩、鈦更易浸出；3) 浸出：根據(jù)所用溶劑的不同分為酸性浸出法和堿性浸出法，根據(jù)壓力高低分為高壓浸出法和低壓浸出法，根據(jù)通入溶液中氧化還原性質(zhì)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(biāo)組分。目前，對廢SCR催化劑回收常用離子交換法、有機(jī)溶劑萃取法和化學(xué)沉淀法[13]。