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基于生物沥浸-循环富集技术

危废技术网 2018-12-24
 

1.   废催化剂的来源、处置和问题

废催化剂是石油化工、煤化工、烟气脱硝等催化过程产生的失效催化剂,通常含有高浓度的镍、稀贵金属和铬、镉、铅等剧毒金属,被世界各国列为危险废物,在我国2016年版的《国家危险废物名录》中编号为HW50。我国年产废催化剂在100 -200万吨左右。

包括废催化剂在内的危险废物无害化处置的主流工艺是稳定化/固化后安全填埋。昂的处置费用给产企业带来沉重的经济负担;而安全填埋的环境风险并未彻底消除,同时又造成金属资源的不可逆损失。从废催化剂中回收有价金属不但可以降低甚至消除有毒金属的环境风险;而且可以彻底解决有价/稀贵金属资源的流失和金属安全问题,同时产生可观的经济效益。

废催化剂来源广泛、种类繁多、组分复杂,金属的类型、含量和赋存形态更是千差万别,这给废催化剂中有价金属的回收带来很大困难,不同催化剂类型甚至同一催化剂的不同金属类型都需要特定的工艺进行处置回收。当前,火法冶金仍是废催化剂金属回收的重要工艺;但由于其回收效率较低、能耗巨大、二次污染严重,而且通常只能分离回收特定金属,火法冶金工艺正逐渐被湿法工艺或火法-湿法联合工艺取代。

从废催化剂中浸提回收有价金属的主流工艺是湿法冶金,主要工序流程包括:强酸浸提-萃取富集-蒸发制盐或反萃电解。这种以高浓度强酸为工作介质的湿法工艺虽然技术成熟、工艺灵活、浸提效率高、二次污染减轻;但通常需要高温高压的工况条件以及大量的过氧化氢,设备材质要求严、操作难度大、安全风险高,需要酸雾净化系统。尤其是硫酸消耗极大,而硫酸作为危险化学品其运输、储存、使用都受到严格限制,有的地方甚至禁止。

2.   生物沥浸-循环富集技术的特点和优势

生物沥浸在常温常压工况条件下实现目标金属的浸提溶释,具有经济高效、环境友好、绿色安全的特点。北京理工大学固废处理技术研究室多年来致力于固废/危废的微生物资源化处理技术研究,开发了新一代生物固相催化再生浸提富集工艺,研制了滤液再生-固相浸提从各类无机固废/危废中快速富集有价金属的成套装备。在专用反应器中实现了微生物的高浓度生长,生物量较之常规反应器提高了 10倍,淋滤时间由原来的7-10天缩短至12小时。

该工艺以价格低廉的无机能源底物为培养基质,通过微生物的多种作用机制在常温常压的温和工况下浸提目标金属,成本低廉;而且通过浸提液的反复再生实现了“一瓢水”洗10-20拨“衣服”,这样大大减低了培养基和水的消耗,成本更是大幅下降,同时富集浓缩了有价金属为后续的回收创造了有利条件。生物沥浸可用于各类危废/固废中有价金属的高效浸提和富集浓缩。

3.   基于生物沥浸-循环富集技术的废催化剂有价金属提取回收工艺设计

3.1  设计说明

废催化剂来源广泛、种类繁多、组分复杂;其中金属的类型、含量和赋存形态更是千差万别。针对废催化剂的这一特点需要设计柔性的金属提取回收工艺,而不是每个废催化剂剂都建一个浸提回收生产线。生物沥浸-循环富集技术可在常温常压的温和工况条件下通过微生物种群、培养基组分和培养条件的调控实现不同来源催化剂、不同催化剂种类、不同金属类型的广谱而高效的浸出和富集,具有灵活多变的特性,可以提取废催化剂中绝大部分有价金属。

另一方面,废催化剂尤其是石化催化剂表面含有大量的原油类物质,这些油类物质有时占到总重的20%-30%甚至更高,致使湿法浸提或生物沥浸时活性物质难以和催化剂本底接触反应从而导致浸提效率减低。低温焙烧是去除有机物的简单而有效的方法,而且工艺成熟、操作简单、成本低廉;同时低温焙烧还能够实现催化剂中目标金属的晶性、价态和形态的定向调控,从而改善提高对特定金属的湿法浸提或生物沥浸效率。

3.2  基于生物沥浸-循环富集技术的柔性设计

综上所述,低温焙烧既可以去除有机物质又可以调控特定金属的赋存形态,为湿法浸提或生物沥浸创造有利条件,所以可以作为柔性浸提的预处理工序;而生物沥浸技术不但可以在温和的工况条件下溶释多种有价金属,而且可以通过循环再生实现有价金属的高效富集,为后续的金属分离提纯创造条件。

基于生物沥浸-循环富集技术的废催化剂有价金属浸提回收的柔性工艺流程图如下:

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