废SCR脱硝催化剂碱浸液中钒的分离提取研究

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我国日益严格的NOx排放标准使得脱硝技术在燃煤电厂广泛使用,这导致我国每年都有大量的废SCR催化剂产生,对其进行合理的回收处置可以减少环境污染以及保护资源,从而带来良好的社会经济效益。本文针对废SCR催化剂实际工程处置中得到的碱性含钒溶液(p H=13~13.5)进行资源化回收利用研究,溶液中还含有硅、铝离子杂质,本文采用溶剂萃取法对钒进行萃取分离,针对碱性体系下钒选择性萃取分离的难题,提出了废SCR催化剂溶剂萃取的工艺路线,实现对废催化剂高效可循环的回收利用。首先,针对废SCR催化剂不同p H值的含钒溶液进行分离萃取研究,p H值的变化会导致钒存在形式以及OH-离子浓度的改变,进而影响不同萃取剂的萃取性能。碱性下钒以钒氧酸根离子存在,致使中性萃取剂不能通过配位键结合,只能以薄弱的氢键缔合的方式实现少量的萃取。胺类萃取剂由于较高OH-离子浓度无法实现溶剂化萃取,但伯胺N1923和叔胺TOA经过质子化改性为盐酸盐后,萃取效果明显提高,但盐酸盐不稳定碱性下会解离,并使得萃余液转变为酸性。季铵盐萃取剂通过延长碳链增大了相对分子质量,由此提升了钒萃取效果,但如引入苯环取代基反而会降低萃取效果。通过对不同萃取剂比较,进而确定季铵盐ALIQUAT 336作为萃取剂。其次探究了杂质离子的影响并优化萃取工艺条件,考察了萃取剂浓度、改良剂浓度、萃取原液p H值、萃取温度、萃取时间、萃取相比的影响规律,结果表明,萃取剂浓度<25%时提高其浓度能提升萃取效果,进一步增大钒萃取率逐渐趋于稳定。硅、铝离子在p H=13时分别以Si2O52-、Al O2-形式存在,与钒竞争萃取能力很小。在最佳萃取工艺条件下,ALIQUAT 336有机萃取体系对钒有较好的萃取效果,单级萃取率为76.34%,此时钒硅分离系数βV/Si=21.63,钒铝分离系数βV/Al=49.84,分离效果良好,可实现对钒选择性分离萃取。采用饱和容量法、等摩尔系列法和斜率法测定萃合比,结合FT-IR光谱图对钒萃取机理分析,结果表明,p H=13时钒以VO43-的形态被萃取,ALIQUAT 336/VO43-的萃合比为3,钒饱和萃取容量为8.0109g/L。最后研究了钒的反萃取工艺条件的影响以及V2O5产品的制备,并设计了的废SCR催化剂溶剂萃取的工艺路线。结合不同阴离子与萃取剂结合能力差异规律,采用1mol/L Na OH+1mol/L Na Cl溶液作反萃体系,在最佳反萃工艺条件下,反萃余液钒浓度为19.28g/L,p H=13.72,可以实现钒的富集。进行弱碱性铵盐沉钒,经过调p H→沉钒→焙烧流程制备了V2O5产品。沉钒过程添加的NH4Cl和反萃余液钒的摩尔比为5,沉钒率为99.46%,钒基本被沉淀下来。V2O5产品的XRD和XDF结果表明产品的纯度较高,为96.7%,略微含有Si杂质,含量为2.65%,实现对钒资源化回收利用。
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