从SCR脱硝废催化剂中回收钼的试验研究

张 涛

(江苏龙净科杰环保技术有限公司，江苏 盐城 224000)

0 引 言

SCR(氨选择性催化还原)脱硝技术是目前脱除氮氧化物最有效、最成熟的技术[1-3]，已广泛应用在燃煤电厂、焦化、水泥、玻璃等行业，其技术核心是SCR脱硝催化剂[4-5]在还原剂氨的作用下与烟气中的NOx反应生成N2和H2O。长期使用后，会因烟气中的灰分、SO2、H2O、重金属等物质中毒[6-7]，脱硝性能逐渐下降直到失活，成为SCR脱硝废催化剂。SCR脱硝废催化剂中含有大量钒、钼(钨)、钛等有价金属，如填埋处理，会造成资源浪费和环境污染。因此，从SCR脱硝废催化剂中回收有价金属具有经济价值和环境保护意义。

湿法浸出钼具有浸出率高、成本低等优点，被广泛应用。常见的浸出剂有氨水、碳酸钠、氢氧化钠等，罗进爱等研究了氧压氨浸钼的工艺实验，最佳条件下钼的浸出率达到98.04%[8]。李彦龙等[9]以铜钼矿为原料，进行了煅烧-碳酸钠溶液浸出钼的研究，最高浸出率达到96.75%。刘锦锐等[10]研究NaOH溶液浸出工业氧化钼试验，加入助浸剂磷酸三钠效果最佳，钼浸出率达到98.89%，高于NaOH溶液对钼的浸出率的2.8%，说明加入助浸剂能强化钼的浸出过程，提高钼的浸出率。氨水作为浸出剂，成本低，最大好处是不带入其它杂质元素，本试验是以SCR脱硝废催化剂为原料，采用氨水-碳酸氢铵为浸出剂，湿法浸出SCR脱硝废催化剂中的有价金属钼的试验研究。

1 试验部分

1.1 试验原料

某燃煤电厂使用过的SCR脱硝废催化剂，主要金属组分为钒、钼、钛等；氨水，分析纯；碳酸氢铵，分析纯。

对SCR脱硝废催化剂表面清灰，用去离子水去除孔道内的中毒物质，干燥、粉粹、过筛后保存。用X射线荧光分析主要化学成分见表1。

表1 SCR脱硝废催化剂主要化学成分分析 %

1.2 试验方法

取10 g SCR脱硝废催化剂样品，置于250 mL烧杯中，安装在DF-101S型磁力搅拌水浴锅中，加入一定量的氨水-碳酸氢铵溶液，在一定的液固比、温度、反应时间及搅拌速度下进行浸出试验，待浸出反应结束后过滤得到浸出液和渣，浸出渣在恒温烘箱中100 ℃干燥10 h，用于测量钼的浸出率。在氨水-碳酸氢铵溶液中，三氧化钼发生的反应如下：

(1)

(2)

1.3 分析方法

将烘干后的浸出渣，压片，在日本理学ZSX型X射线荧光光谱仪检测钼元素含量，按式(3)计算钼的浸出率η：

(3)

式中：m1为SCR脱硝废催化剂的质量，g；w1为SCR脱硝废催化剂中钼的质量分数，%；m2为浸出渣的质量，g；w2为浸出渣中钼的质量分数，%。

2 试验结果与讨论

2.1 氨水浓度对钼浸出率的影响

在浸出液与SCR脱硝废催化剂液固比为5∶1，碳酸氢铵浓度为5 mol/L，浸出温度为80 ℃，搅拌速度为500 r/min，浸出时间为2 h的条件下考察氨水浓度对钼浸出影响，试验结果见图1。

从图1可以看出，钼的浸出率随着氨水浓度的增加而增大。氨水浓度为0时，钼浸出率仅有16.8%，主要发生反应是:(1)碳酸氢铵缓慢分解产生氨水，进而发生反应；(2)浸出SCR脱硝催化剂中的钼，因此浸出率相对较低。当氨水浓度从2 mol/L增加到10 mol/L时，钼浸出率由32.3%增加到最高的99.1%，主要是反应(1)和(2)同时发生反应生成钼酸铵。随后随着氨水浓度增加，钼浸出率增加缓慢。因此，确定较佳的氨水浓度为10 mol/L。

图1 氨水浓度对钼浸出率的影响

2.2 碳酸氢铵的浓度对钼浸出率的影响

为进一步提高钼的浸出率，在浸出液与SCR脱硝废催化剂液固比为5∶1，氨水浓度为10 mol/L，浸出温度为80 ℃，搅拌速度为500 r/min，浸出时间为2 h时，考察碳酸氢铵的浓度时钼浸出率的影响，试验结果见图2。

图2 碳酸氢铵的浓度对钼浸出率的影响

由图2可以看出，钼的浸出率随着碳酸氢铵浓度的增加而增大。当碳酸氢铵浓度为0时，钼的浸出率仅为32.5%，是因为SCR脱硝废催化剂中少量的MoO3与溶液中的氨水发生反应(1)。碳酸氢铵浓度增加到3 mol/L时，钼浸出率为99.1%，此后浸出率趋于平稳。综合考虑，选取碳酸氢铵浓度为3 mol/L。

2.3 液固比对钼浸出率的影响

在氨水浓度为10 mol/L，碳酸氢铵浓度为5 mol/L，浸出温度为80 ℃，搅拌速度为500 r/min，浸出时间为2 h的条件下，研究浸出液与SCR脱硝废催化剂不同液固比对钼浸出率的影响，试验结果见图3。

图3 液固比对钼浸出率的影响

由图3可以看出：随着液固比增大，钼浸出率明显升高，因为随着液固比的增加，浸出液用量增加，有利于浸出液和样品充分混合反应，增大了反应接触面积，浸出反应速率提高，更有利于钼的浸出。综合考虑浸出成本及效率，确定浸出液与SCR脱硝废催化剂液固比以5∶1为宜。

2.4 温度对钼浸出率的影响

在浸出液与SCR脱硝废催化剂液固比为5∶1，氨水浓度为10 mol/L，碳酸氢铵浓度为5 mol/L，搅拌速度为500 r/min，浸出时间为2 h条件下考察温度对浸出效果的影响，结果见图4。

图4 温度对钼浸出率的影响

由图4可见，温度对钼浸出率影响较大，在80 ℃之前，随着温度升高，钼浸出率提高；温度为80 ℃时，钼浸出率达最高99.1%，之后进一步升高温度，钼浸出率反而降低，是因温度升高，氨水和碳酸氢铵分解增加，浸出剂中浓度降低，导致钼浸出率降低。因此，确定较佳浸出温度为80 ℃。

2.5 浸出时间对钼浸出率的影响

在浸出液与SCR脱硝废催化剂液固比为5∶1，氨水浓度为10 mol/L，碳酸氢铵浓度为5 mol/L，搅拌速度为500 r/min，浸出温度为80 ℃条件下考察浸出时间对钼浸出率的影响，结果见图5。

图5 反应时间对钼浸出率的影响

由图5可见：随着浸出时间的增长，钼的浸出率快速提高，浸出2 h时，钼浸出率达99.1%；之后在继续反应，钼浸出率增加缓慢，说明钼浸出已基本达到最大浸出。因此，确定适宜的浸出时间为2 h。

2.6 搅拌速度对钼浸出率的影响

在浸出液与SCR脱硝废催化剂液固比为5∶1，氨水浓度为10 mol/L，碳酸氢铵浓度为5 mol/L，浸出温度为80 ℃，浸出时间为2 h条件下考察搅拌速度对钼浸出率的影响，结果见图6。

图6 搅拌速度对钼浸出率的影响

由图6可见：当搅拌速度为200 r/min时，搅拌速度过低，样品不能与浸出液充分混合，阻碍浸出液与SCR脱硝废催化剂中的钼的化学反应进行，导致钼浸出率仅为78.1%。随着搅拌速度的增加，钼浸出率逐渐增大，当搅拌速度为500 r/min时，钼浸出率为99.1%。此后，增加搅拌速度，钼的浸出率反而降低，是因为强传质搅拌速度也加速部分氨挥发。因此，确定较佳搅拌速度为500 r/min。

2.7 综合试验

在单因素条件试验的基础上，进行综合验证试验，试验条件为氨水与SCR脱硝废催化剂液固比为5∶1，氨水浓度为10 mol/L，碳酸氢铵浓度为5 mol/L，浸出温度为80 ℃，搅拌速度为500 r/min，浸出时间为2 h。在此条件下，对SCR脱硝废催化剂3次氨水-碳酸氢铵浸综合试验，结果见表2，钼浸出率平均为99.1%。

表2 SCR脱硝废催化剂主要化学成分浸出检测结果 %

检测溶液中钼的含量为7.0 g/L，可通过蒸发浓缩结晶回收溶液中的钼。说明氨水-碳酸氢铵能实现SCR脱硝废催化剂中钼的高效浸出，浸出结果较理想，为从SCR脱硝废催化剂中回收钼提供技术参考。

3 结 论

采用氨水-碳酸氢铵为浸出液，对SCR脱硝废催化剂中的有价金属钼进行了湿法浸出的试验研究。研究了液固比、氨水浓度、碳酸氢铵浓度、浸出温度、浸出时间、搅拌速度对钼浸出率的影响，得出以下结论：最佳钼浸出的反应条件为浸出液SCR脱硝废催化剂液固比为5∶1，氨水浓度为10 mol/L，碳酸氢铵浓度为3 mol/L，浸出温度为80 ℃，搅拌速度为500 r/min，浸出时间为2 h，钼浸出率为99.1%，实现了钼的高效浸出。