폐 SCR deNOX 촉매로부터 유가금속을 재활용하기 위한 습식제련 공정 개발

Scientific Reports 11권, 기사 번호: 22131(2021) 이 기사 인용

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TiO2 유리 섬유 매트릭스에 바나듐과 텅스텐 산화물을 함유한 폐촉매는 매립지에 폐기할 때 토양에 침출될 경우 금속 산화물의 높은 독성으로 인해 환경 오염의 위험이 있습니다. 금속 수요 증가와 1차 자원의 지속적인 고갈로 인해 환경적, 경제적 이유로 폐촉매 및 기타 2차 금속 자원을 재활용하고 재처리해야 할 필요성이 커지고 있습니다. 일반적인 NaOH 건식 로스팅과 비교하여 NaOH가 용해된 사용된 SCR 촉매 소다 로스팅 공정과 후속 물 침출에 미치는 영향에 대한 연구. 최적화 후 이상적인 매개변수는 0.4 비율의 NaOH/사용된 SCR 촉매를 용액에 사용하여 973K에서 2시간 동안 로스팅하고 탈이온수 침출을 30%의 펄프 밀도로 298K에서 30분 동안 로스팅하는 것입니다. 연구 결과는 95.4% W 및 80.2% V 침출 효율액을 얻는 폐 SCR 촉매 처리 중 로스팅 온도 및 침출 시간의 중요한 감소를 보여줍니다. 실리콘 화합물은 유가 금속과 함께 침출되는 주요 불순물 중 하나이며, 이 작업에서는 침출액의 탈실리화 후처리를 방지할 목적으로 침출된 실리콘 화합물을 크게 줄입니다. 제안된 공정의 가장 큰 장점은 침출 온도에 관계없이 더 짧은 시간에 실리콘 불순물을 최소화하여 바나듐과 텅스텐의 침출 효율을 높이는 것이다.

2000년대(새천년)부터 질소산화물에 의한 환경오염에 대한 우려가 높아지면서 다양한 배출원(고정형 및 이동형)에서 배출되는 NOx를 최소화하기 위한 선택적 촉매환원(SCR) 촉매의 생산 및 수요가 증가하는 데 직접적인 영향을 미치고 있습니다. 전세계1,2,3. 따라서 SCR 촉매 생산량을 증가시켜 발생하는 촉매 폐기물의 양도 증가하고 있다4,5. 지금까지 중독으로 인해 비활성화된 폐SCR 촉매는 재생되어 활성이 감소할 때까지 재사용되었으며, 대부분은 각국의 규정에 따라 지정된 폐기물과 함께 매립 처리되었습니다6,7,8. 그러나 폐촉매의 조성은 다른 중금속과 함께 독성이 강한 화합물인 V2O5의 축적 및 침출로 인해 폐기되거나 매립될 때 또 다른 환경적 위협을 안겨줍니다. 또한 비활성화된 촉매는 As, Na, Ca, Fe 및 K의 함량이 높고 화학적 독성에 취약하기 때문에 새로운 촉매 담체로 직접 재처리할 수 없습니다9,10,11. 가장 일반적이고 효과적인 촉매 중 하나는 일반적으로 Ti, W 및 V 함량이 매우 높은 V2O5-WO3/TiO2로 구성된 SCR 촉매이므로 이를 회수하고 재사용하는 것이 경제적, 환경적으로 실행 가능한 옵션이 될 수 있습니다. 회수 후 재제조된 Ti, W, V는 새로운 촉매의 원료나 다른 산업의 원료로 사용될 수 있습니다4,12,13. 이에 폐촉매로부터 원료를 회수하고 재제조하기 위한 기술개발 연구가 활발히 진행되고 있다14. 폐 SCR 촉매로부터 티타늄, 텅스텐, 바나듐을 재활용하기 위한 다양한 습식 야금학적 방법이 널리 알려져 있으며, 소다 로스팅15, 가압16 또는 산 및 알칼리 침출을 통해 침출수를 제조한 후 정제하여 귀중한 촉매를 얻는 방법으로 구성됩니다. 용액 속의 금속17.

Wuet al. (2016)은 알칼리 침출 이온 교환 방법을 통해 폐 SCR 촉매(벌집형)에서 텅스텐을 재처리하는 방법을 연구했습니다. 74μm 입자 크기의 사용된 촉매 샘플은 각각 3%의 높은 액체 비율과 70°C의 반응 온도에서 30분간 침출되었으며, W와 V는 각각 91wt%와 87wt%로 침출되었습니다. 강염기성 음이온교환수지(Amberlite IRA900)를 이용하여 침출수를 흡착하였고, 높은 pH 조건에서 2가 WO4-를 선택적으로 분리하였다18. Choiet al. (2019, 2018a)은 사용한 SCR 촉매와 반응하기 위해 Na2CO3를 이용한 소다 로스팅 실험을 수행했습니다. Na2CO3의 양은 10 당량이었고, 입자 크기가 106 μm 미만인 폐 SCR 촉매를 1070 K에서 120분 동안 로스팅했습니다. 본 연구에서는 텅스텐 침출량의 증가는 TiO2 아나타제가 루타일로 상변화하는 속도와 함께 Na2CO3 첨가 증가에 따른 CaWO4 생성 억제와 관련이 있음을 밝혔다. 이에 반해, 바나듐 침출량은 탄산나트륨의 양에 영향을 받지 않았으며, 실험 결과 약 40% 내외의 일정한 비율을 보였다. 이는 원료에 존재하는 CaO와 반응 시 칼슘바나듐산이 생성되기 때문인 것으로 보이며, 원료 내 칼슘의 양을 분석하여 V의 침출능을 구하였다2,10,15. Wuet al. (2018)은 옥살산을 사용하여 V와 Fe의 선택적 침출 및 반응 메커니즘을 조사했습니다. 옥살산 농도 1.0 mol/L를 사용하여 반응온도 90 °C, 고액비 20 mL/g, 입자크기 75 μm 조건에서 180 min 동안 실험을 진행한 결과, V의 84%와 Fe의 96%가 침출되었습니다. 용해성 양이온인 VO2+와 Fe3+는 침출 반응에서 용해 및 복합체화 과정을 통해 감소되었습니다. V와 Fe는 0.33 pH에서 특정 형태의 VOC2O4 및 Fe(C2O4)2에 존재할 때 높은 침출을 생성하는 것으로 나타났습니다. 이는 산화 환원 반응으로 인해 VO2+, VO+에 대한 용해 및 착화 평형이 파괴됨을 나타냅니다. 그리고 Fe3+. 텅스텐과 티타늄의 경우 용해 및 착물화 반응만 일어나고 용해도에 의해 침출효율이 저해되는 것으로 나타났다19.