способ извлечения металлов из металлсодержащих отработанных катализаторов на основе оксидов алюминия и/или кремния

Формула изобретения

Способ извлечения металлов из металлсодержащих отработанных катализаторов на основе оксидов алюминия и/или кремния, включающий переработку их при нагреве, отличающийся тем, что переработку ведут путем плавления катализаторов в смеси с известковыми флюсами и/или глиноземом с использованием плазменно-дугового нагрева при 1600 1650^oС с подачей углеродсодержащего восстановителя в количестве 0,06 0,08 массы исходного материала и железа в количестве не менее 0,15 массы исходного материала с последующей продувкой полученного расплава нейтральным газом с удельной интенсивностью дутья 0,2 - 0,4 м³/тмин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам извлечения металлов из металлсодержащих катализаторов, представляющих собой пористый нерастворимый носитель (оксид алюминия и (или) кремния), с нанесенным на него в виде тонкой пленки металлом, покрывающим поверхность основы катализатора, и может быть использовано в химической промышленности, а также в металлургии.

Известны гидрометаллургические способы извлечения металлов из металлосодержащих отработанных катализаторов, включающие обработку катализатора оксидами азота в присутствии воды (авт. св. СССР N 778752, МПК B 01 D 53/02) или раствором карбамида с последующей обработкой оксидами азота в присутствии воды (авт.св. СССР N 1114701, МПК C 22 B 71/00).

Недостатками известных способов являются отсутствие комплексной переработки отработанных катализаторов, низкое извлечение металлов, высокая стоимость полученного металла, наличие экологических грязных стоков производства и отходов в виде загрязненной основы катализатора.

Между тем, оксидная основа катализатора является ценным сырьем для производства цемента высоких сортов.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является принятый в качестве прототипа способ извлечения металлов из отработанных катализаторов, включающий переработку при нагреве, например, хлоридом натрия и водяным паром (Biswas R.K. Warihava M, Janiguohi M. "Hydrometallurgy", 1985, 14, N 2, 219-230; РЖ "Химия", 1986г. N 4Л223).

К числу основных недостатков известного способа также следует отнести низкое извлечение металлов, отсутствие возможности комплексного использования отработанных катализаторов, наличие больших количеств растворов, подлежащих нейтрализации ввиду содержащегося в них высоких концентраций молибдена, хлора и канцерогенного кобальта. Способ экономически не выгоден.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи комплексной переработки металлсодержащих отработанных катализаторов, выполненных на основе оксидов алюминия и (или) кремния, позволяющей достигнуть высоких показателей извлечения ценных компонентов, получить в результате ценные сорта высококачественных мертелей (высокоглиноземистые цементы, шамоты), обеспечить экологические требования, предъявляемые к процессу в современных условиях.

Отмеченный выше технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения металлов из металлсодержащих отработанных катализаторов на основе оксидов алюминия и (или) кремния, включающем переработку их при нагреве, согласно данного изобретения переработку ведут путем плавления катализаторов в смеси с известковыми флюсами и (или) глиноземом с использованием плазменно-дугового нагрева при температуре 1600-1650^oC с подачей углеродсодержащего восстановителя в количестве 0,06-0,08 от веса исходного материала и железа в количестве не менее 0,15 от веса исходного материала с последующей продувкой полученного расплава нейтральным газом с удельной интенсивностью дутья 0,2-0,4 м³/тмин.

Сущность заявляемого способа состоит в следующем.

Проведенные исследования позволили установить оптимальный с точки зрения перерабатываемого объекта метод и режим извлечения металлов из металлосодержащего отработанных катализаторов на основе оксидов алюминия и (или) кремния.

Было установлено, что в результате плазменно-дугового нагрева в заявляемых условиях исходной шихты, содержащей указанные выше отработанные катализаторы в смеси с известковыми флюсами и (или) глиноземом, ценные компоненты, содержащиеся в катализаторах (такие как никель, кобальт, вольфрам, молибден и др. металлы), переходят в железистые сплавы, тогда как отвальный шлак по своей структуре и составу представляет собой расплавленный мертель.

Исследования показали, что железо, подаваемое в виде железной стружки в расплаве, выполняет роль коллектора и тем самым способствует максимальному извлечению ценных компонентов.

Экспериментально было подтверждено, что для организации оптимального процесса существенно важным является также температурный режим, количество подаваемого восстановителя (таблица 1) и коллектора (железа) (таблица 2), а также инертного газа на продувку шлака.

При этом, если температура шлака поддерживается ниже 1600^oC, повышается содержание металлов в шлаке свыше 0,1% при повышении температуры шлака выше 1650^oC резко снижается стойкость огнеупорной кладки плазменной печи.

При содержании углеродсодержащего восстановителя менее 0,06 от веса исходного материала растет содержание металлов в отвальном шлаке, при повышении этой величины выше 0,08 не происходит снижение металла в шлаке.

Продувка шлака инертным газом требуется для снижения содержания металла в шлаке. При отсутствии продувки содержание металла в шлаке не снижается до уровня отвального. При продувке интенсивностью ниже 0,2 м³/тмин содержание металла в шлаке продолжает оставаться выше достигнутого при заявляемом режиме, при повышении интенсивности дутья выше 0,4 м³/тмин дальнейшего снижения содержания металла в шлаке не наблюдается.

При отношении количества вводимого железа к весу исходного материала менее 0,15 наблюдается значительное увеличение содержания металла в шлаке.

Ниже приведены примеры конкретной реализации заявляемого способа, подтверждающие как возможность осуществления изобретения с реализацией указанного назначения, так и возможность получения указанного выше технического результата.

Примеры конкретной реализации заявляемого способа.

Пример 1. Переработке подвергли отработанный катализатор, содержащий 17% вольфрама и 3% никеля, выполненный на основе оксида алюминия. Шихту, состоящую из 200 кг катализатора и 100 кг известняка, загружали в полупромышленную плазменно-дуговую печь с садкой 300 кг. Плавку ведут при температуре - 1650^oC, плазмообразующий газ-азот. После направления шихты на ванну непрерывно подавали восстановитель-кокс, общий расход составили 27 кг при содержании в нем углерода 85% В первую половину плавки на ванну расплава подавали железную стружку в количестве 42 кг. После ее расплавления провели продувку ванны нейтральным газом-азотом с удельной интенсивностью дутья 0,2 м³/тмин. Образовавшийся ферросплав, содержал 29,8% вольфрама и 5,3% никеля, его выпустили из печи с температурой 1370^oC. Шлак из печи выпустили с температурой 1600^oC. По своему составу и структуре полученный шлак соответствовал высокоглиноземистому цементу состава 75% Al₂O₃ и 25% CaO.

Пример 2. Переработке подвергали отработанный катализатор окисления диоксида серы, содержащий 8% пятиокиси ванадия, 74% оксида кремния. Шихту состоящую из 200 кг катализатора и 200 кг известняка, загружали в полупромышленную плазменно-дуговую печь с садкой 300 кг. Плавку ведут при температуре 1620^oC, плазмообразующий газ-азот. После расплавления шихты на ванну непрерывно подавали восстановительный кокс в количестве 16 кг и железо в виде железной стружки в количестве 50 кг. После расплавления железной стружки провели продувку ванны нейтральным газом-азотом с удельной интенсивностью дутья 0,35 м³/тмин. Образовавшийся ферросплав содержал 25% ванадия, его выпустили с температурой 1350^oC. Шлак из печи выпустили с температурой 1620^oC. По своему составу и структуре шлак соответствовал цементу марки 400.

Пример 3. Переработке подвергали отработанный алюмо-силикатный платиновый катализатор, содержащий 63,5% оксида кремния: 23,5% оксида алюминия и 0,9% платины. Шихту, состоящую из 300 кг катализатора и 321 кг глинозема, загружали в полупромышленную плазменно-дуговую печь с садкой 300 кг. Плавку ведут при температуре 1650^oC, плазмообразующий газ-азот. После расплавления шихты непрерывно на ванну подавали восстановитель кокс в количестве 18 кг и железо в виде стружки в количестве 20 кг. После расплавления железа ванну продували нейтральным газом азотом с удельной интенсивностью дутья 0,4 м³/тмин. Образовавшийся ферросплав содержал 16% платины, его выпустили из печи с температурой 1380^oC. Шлак из печи выпустили с температурой 1600^oC. Состав шлака: 60% оксида кремния и 40% оксида алюминия. После помола он представляет собой шамотный мертель.

Результаты экспериментальных исследований по выявлению оптимальных условий проведения заявляемого способа приведены в таблицах 1,2.

Как следует из анализа приведенных данных, наилучшие результаты достигаются при поддержании температуры расплава загружаемого в плазменную печь отработанного катализатора в смеси с известковыми флюсами на уровне 1600-1650^oC, с подачей на ванну расплава углеродистого восстановителя, подаваемого в количестве (0,06-0,08) от веса исходного материала (отработанного катализатора) и железа, подаваемого в количестве не менее 0,15 от веса исходного материала, с последующей продувкой расплава нейтральным газом с удельной интенсивностью дутья, составляющей 0,2-0,4 м³/тмин.

Таким образом, заявляемый способ успешно позволяет решать проблему комплексной экономичной переработки отработанных металлсодержащих катализаторов, выполненных, выполненных на основе окиси алюминия и (или) кремния с точки зрения достижения высоких показателей извлечения ценных компонентов, содержащихся в отработанных катализаторах получения в результате переработки дорогостоящих сортов цемента, шамота высокого качества, а также обеспечить экологические требования, предъявляемые процессу.