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废弃SCR催化剂中有价金属回收的基础研究

2020-12-03阅读(425)

废弃SCR催化剂中有价金属回收的基础研究

论文摘要

在“金山银山不如绿水青山”的大环境趋势下,选择性催化还原脱硝工艺技术（SCR）具有高的脱硝效率、好的选择还原性和受烟气的组成成分影响小等优点,而被全世界广泛应用,其中SCR催化剂主要由V、W和Ti等贵金属氧化物组成,使用寿命一般在35年,废弃后如不加以妥善处理,将会对环境造成严重污染和资源浪费,为此处理SCR工艺产生的废弃SCR催化剂将是构建和谐社会、实现重化工工业绿色发展的重大问题之一。目前我国废SCR催化剂多作填埋处理,这不仅会造成土地资源的浪费和环境污染,而且会使有价贵金属流失。为开发废SCR催化剂回收利用技术,实现废催化剂的无害化处置及其贵金属资源化利用;本研究在分析工业脱硝方法及废SCR催化剂的无害化处理原理的基础上,通过热力学计算,创新性地提出回收废SCR催化剂中主要的V、W和Ti金属的火法冶金方法。即把国内某火电厂的废SCR催化剂（钒钛系）与碳、铁和石灰等原料混合、造球、干燥后,装入DHL-400型直流电弧炉中熔化、还原,在高温熔融状态下变成Fe-V-W系合金和高钛渣,冷却、分离后的Fe-V-W系合金和高钛渣将分别用于合金钢的冶炼和钛白工业。另外,在实现上述废SCR催化剂无害化、资源化处理的过程中发现:废催化剂的粉体物理特性是直流电弧炉加料、熔融还原过程中的重要工艺参数,因此,进行了废SCR粉体物性的测定试验。本研究测定的废SCR催化剂粉体物性参数主要有休止角、崩溃角、差角、平板角、分散度、松装密度和振实密度等,并归纳整理、分析以上物性参数随SCR催化剂颗粒直径的变化规律。为工业化处理废SCR催化剂（如废弃SCR催化剂在厂房内的堆积,运输过程中使用运输工具的选择,熔炼厂房内的上料方式,高位料仓的设计）提供了基础试验数据;也为以废SCR催化剂为原料冶炼高钛渣和铁合金的直流电弧炉设计提供实验研究数据。对高危废弃物-废SCR催化剂的再资源化利用具有潜在的价值;对建设生态型和谐社会具有较大意义。把废SCR催化剂、炭粉和铁粉按一定比例混合、造球,并用直流电弧炉熔化还原成高温熔融的Fe-V-W系合金和高钛渣液相,经冷却、渣/铁分离后,用SEM、XRD等分析手段检测渣/铁两相试样的化学成分与物相,用实验数据研究废SCR催化剂再回收利用的理论基础问题,探讨其碳热还原/熔融分离行为和机理。结果表明,废SCR催化剂中有价金属的回收率随C/O、温度、碱度和时间等条件而变。回收废SCR催化剂中有价金属元素的最佳工业参数为:熔池温度为1650℃、C/O为1.0、碱度为1.0、熔融时间为10min。即可顺利地实现含V、W的铁合金与高钛渣的完全分离。在此条件下Fe、V、W和TiO2的回收率分别达到99%,97%,92%和94%水平。这对于开发废SCR催化剂的回收再利用技术,构建和谐社会、实现资源可持续发展具有重大的现实意义和经济价值。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景
  •   1.2 烟气脱硝的主要方法
  •     1.2.1 低氮燃烧技术
  •     1.2.2 烟气脱硝的主要方法
  •   1.3 SCR催化剂的研究
  •     1.3.1 SCR催化剂的使用状况
  •     1.3.2 SCR催化剂的脱硝原理
  •     1.3.3 SCR催化剂失活与再生
  •     1.3.4 废SCR催化剂的处理方法
  •   1.4 课题的研究内容及意义
  • 第二章 实验方法及过程
  •   2.1 实验原料
  •   2.2 废SCR催化剂粉体物理特性测定过程
  •     2.2.1 废SCR催化剂粉体物理特性测定参数
  •     2.2.2 废SCR催化剂粉体物理特性测定过程
  •   2.3 废SCR催化剂试样的制备及实验流程
  •   2.4 试样在真空电弧炉中的熔融分离过程
  •   2.5 分析仪器及方法
  •     2.5.1 X射线衍射分析
  •     2.5.2 扫描电镜分析
  •     2.5.3 能谱分析仪
  • 第三章 废SCR催化剂基础特性研究
  •   3.1 废SCR催化剂酸碱性分析
  •   3.2 废SCR催化剂粉体物理特性及误差分析
  •     3.2.1 废SCR催化剂粉体物理特性参数分析
  •       3.2.1.1 休止角
  •       3.2.1.2 崩溃角
  •       3.2.1.3 差角
  •       3.2.1.4 平板角
  •       3.2.1.5 分散度
  •       3.2.1.6 松装密度
  •       3.2.1.7 振实密度
  •     3.2.2 废SCR催化剂粉体物理特性参数误差
  •   3.3 本章小结
  • 第四章 碳热还原废SCR催化剂中有价金属的影响因素
  •   4.1 C还原SCR催化剂的热力学分析
  •   4.2 回收率随碱度的变化
  •     4.2.1 碱度
  •     4.2.2 粘度
  •     4.2.3 碱度对催化剂中有价金属回收率的影响
  •   4.3 试样物相随熔池温度的变化
  •   4.4 回收率随熔池温度的变化
  •   4.5 回收率随C/O的变化
  •   4.6 回收率随熔融时间的变化
  •   4.7 本章小结
  • 第五章 结论与建议
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 李朴芳

    导师: 王社斌

    关键词: 废弃催化剂,物性参数,有价金属,熔融分离,回收率

    来源: 太原理工大学

    年度: 2019

    分类: 工程科技Ⅰ辑

    专业: 冶金工业,环境科学与资源利用

    单位: 太原理工大学

    分类号: X705;TF80

    总页数: 71

    文件大小: 6270K

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