【论文链接】
https://doi.org/10.1007/s12598-023-02321-0
【作者单位】
北京工业大学
【论文摘要】
本研究对用于选择性催化还原的废WO3/V2O5-TiO2催化剂进行湿法冶金处理，综合回收W、V、Ti等有价金属元素。采用选择性微波辅助碱浸法优先去除铝和硅杂质。W和V采用强化高压浸出，浸出效率分别为95%和81%。W和V的浸出遵循产物层扩散和界面化学反应共同控制的核收缩模型。以二-（2-乙基己基）磷酸P204和伯胺N1923为萃取剂，采用协同萃取法分离W和V。V和W的萃取效率分别达到86.5%和6.3%，分离系数（V/W）为95.30。提取后沉淀，得到仲钨酸铵（APT）和NH4VO3。TiO2催化剂载体渣符合工业规格，可重复使用。采用高压浸出协同萃取的综合回收工艺，实现了废催化剂的资源化利用。
【实验方法】
选择性微波辅助浸出：
废SCR催化剂是从国内一家火电厂的废料回收公司购买的。将废SCR催化剂用纯水洗涤，在60 ℃下干燥48 h，然后用高速粉碎机粉碎成50-55目的粉末。将粉末（10.0 g）加入NaOH水溶液中，在350 rpm的搅拌下，在微波反应器中浸出。研究了微波功率（100-700 W）、料液比（1:20-1:2 g·mL-1）、NaOH浓度（0-2 g·mL-1）和反应时间（1-15 min）对废催化剂中Al、Si、W、V浸出率的影响。在单因素实验中，微波功率为400 W，料液比为1:10 g·mL-1， NaOH浓度为2 mol-1，反应时间为8 min。所有试剂均为分析纯度。
强化高压浸出：
选择性微波辅助浸出后，SCR催化剂废渣用纯水洗涤，并在60 ℃下干燥。然后用高压釜强化高压浸出10.0 g干渣。在NaOH浓度为2 g·L-1、温度范围为130-220 ℃、料液比为1:10 g·mL-1、浸出时间为1-5 h的条件下，采用收缩核模型研究了W和V的浸出动力学。
化学沉淀操作：
在100 ml烧杯中进行化学沉淀。经PEC处理后，阳极电池中的溶液被转移到烧杯中。在酸性介质中加入适量Fe3+，常温搅拌60 min。将溶液中悬浮的浑浊固体通过微孔过滤器（孔径0.22 μm）分离，然后用超纯水彻底冲洗，在40℃真空烘箱中干燥12 h，最后室温保存。
钨、钒的提取：
采用溶剂萃取法，分别从含有NaVO3和Na2WO4的100 ml溶液中提取分离W和V，溶液浓度均为1 g·mL-1。研究了萃取剂P204和N1923及其组合使用（P204-N1923）对萃取效率的影响。所有萃取体系的萃取剂或萃取剂混合物与稀释剂煤油的体积比为1:9，有机相与水的体积比为1:1，振动时间为15 min。P204和N1923体系的pH值分别为1.0-8.0和6.0-9.0。对于P204-N1923复合体系，P204与N1923的体积比保持在1，pH在4.5-7.0范围内。请注意，文中提到的所有pH值都是指初始pH值
产品合成：
在强化高压浸出后得到的10 L溶液中，采用P204-N1923协同萃取法三次提取V。萃取后，W在余水相中被鉴定为Na2WO4。剩余水相用1 mol·mL-1HCl溶液调节至pH 6.5-7.0，用60 ℃的氨水处理90 min。将反应混合物室温保存12 h，经蒸发结晶制得仲钨酸铵（APT）。在最佳条件下制备的载V有机相，用0.5 mol·mL-1的NaOH水溶液剥离得到NaVO3水溶液，再加入pH调节为8.0-9.0的氨水和6 gNH4Cl，形成NH4VO3沉淀。
【图文摘取】
【主要结论】
本文用湿法冶金法回收废SCR催化剂中的有价金属，得到W、V和Ti产品。在最佳条件下，Al、Si、W和V的微波辅助碱浸效率分别为96.7%、90.62%、16.87%和27.51%。在最佳浸出条件下，高压碱浸出钨和钒的浸出效率分别为95%和81%。W浸出遵循核收缩模型，受产物层扩散和界面化学反应共同控制，在170 ℃下R2为0.9901，Ea为46.16 kJ·mol-1。V浸出也受产物层扩散和界面化学反应的共同控制，在130 ℃时R2最高，为0.9896，Ea为58.05 kJ·mol-1。选择协同萃取体系P204-N1923对W和V进行分离，在最佳萃取条件下，V和W的萃取率分别达到86.5%和6.3%。V/W分离系数为95.30。最终得到了质量较好的产品APT、NH4VO3和TiO2。
