失效CeOx-MnOx基烧结烟气脱硝催化剂微波强化浸出有价元素机理

CeOx-MnOx-based catalyst is the most promising denitrification catalyst for iron ore sintering flue gas, and its consumption is expected to reach 33-75 kiloton per year, which resulted in a huge demand of Ce, Mn resources. Therefore, recycling valuable elements from hazardous spent catalyst has dual significances to resource saving and environment protecting. In this project, the technical approach of impurity elements concentrated dissolution and microwave-enhanced leaching Ce and Mn is proposed to develop an efficient technology for extracting Ce, Mn and Ti from spent CeOx-MnOx/TiO2 catalyst. Firstly, the chemical composition, phase composition and phase dissemination characteristics will be investigated. In addition, the thermodynamics of leaching Ce，Mn and impurity elements will be examined in the light of Eh-PH diagrams. Then, a kinetic study and controling mechanism on concentrated leaching impurity elements from CeOx-MnOx/TiO2 catalyst with water was conducted. At last, the dynamic control steps, the kinetics mechanism and the activation energy of microwave-assisted sulfuric acid leaching process will be revealed by studying he kinetic behaviours and the effects and of pH, liquid-solid ratio, leaching temperature and microwave power on the leaching rate of Ce and Mn. This project will provide the theoretical and scientific basis for efficiently and environmental-friendly recovering the valuable elements from spent SCR catalyst.

CeOx-MnOx基SCR催化剂是目前潜力最大的烧结烟气脱硝催化剂，年消耗量将达33000-75000m3，Ce和Mn资源需求量巨大。有效回收危险失效催化剂中有价元素具有资源循环和环境保护的双重意义。本项目拟以失效CeOx-MnOx/TiO2催化剂为对象，提出杂质元素集中溶出—微波强化浸出Ce、Mn的技术思路，开发回收Ce、Mn、Ti资源的新方法。查明失效催化剂化学成分、物相组成及嵌布特征，绘制各组分在水和硫酸体系下的E-pH图；研究Ce、Mn和杂质元素在超声水洗、磨矿过程中的溶出动力学行为以及杂质元素集中溶出调控措施及机理；研究溶出渣硫酸浸出体系中pH值、液固比、温度、微波功率等条件对Ce、Mn浸出效果的影响和浸出动力学行为，查明微波强化失效催化剂浸出Ce、Mn的反应动力学历程、反应级数和活化能，揭示微波强化浸出Ce、Mn的机理，为失效催化剂中有价元素高效回收提供理论依据和技术支撑。

CeOx-MnOx基SCR催化剂是潜力最大的烧结烟气脱硝催化剂，未来预计年消耗量将达33000-75000m3，催化剂寿命仅3-5年，失效后含有大量有价和有害元素，回收提取失效催化剂中有价元素具有资源循环和环境保护的双重意义。本项目以失效CeOx-MnOx/TiO2催化剂为对象，采用硫酸酸浸和微波辅助的方法浸出Ce、Mn等有价元素，在查明失效催化剂化学成分、物相组成及嵌布特征基础上，计算并绘制硫酸体系下浸出Ce、Mn的电位-pH图，确定了失效催化剂中Ce、Mn酸浸反应的可能性和反应程度，考查了浸出参数对失效催化剂中Ce、Mn浸出率的影响，揭示其对微波酸浸体系下浸出液、渣升温行为的影响机制揭示了其动力学规律。结果表明：中毒后的催化剂晶体颗粒排布基本保持不变，其表面散落有一些不同形状大小的颗粒状沉积物，中毒过程中表面沉积了部分中毒元素，催化材料载体TiO2的晶体结构未发生改变；烧结废弃催化剂表面结晶颗粒均匀细致其表面散落有一些不同形状大小的颗粒，烧结废弃催化剂表面分布的元素主要有K、Ca、Ti、S、C、O、Si，其他活性组分及中毒元素在催化剂表面的晶型结构均呈无定形分布或高分散状态。实验室模拟硫酸浸出的最佳条件为：硫酸浓度6mol/L、液固比6:1、浸出时间5h、浸出温度80℃，搅拌速度350 r·min-1，在此条件下硫酸浸出，Ce的浸出率为64.23%，Mn的浸出率72.33%。实验室模拟微波强化辅助最佳浸出条件为：微波功率1543W、硫酸浓度3mol/L、液固比25:1、浸出时间40min，在此条件下微波加热的Ce的浸出率为91.09%，Mn的浸出率66.84%。与浸出前失效催化剂样品以及常规硫酸相比，微波加热浸出过程中失效的催化剂发生了结构破坏，促进Ce、Mn有效释放进入溶液体系。