Desenvolvimento de processo hidrometalúrgico para reciclar metais valiosos do catalisador SCR deNOX gasto

Scientific Reports volume 11, Artigo número: 22131 (2021) Citar este artigo

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O catalisador gasto, contendo óxido de vanádio e tungstênio em uma matriz de fibra de vidro de TiO2, representa risco de contaminação ambiental devido à alta toxicidade de seus óxidos metálicos se lixiviados para o solo quando descartados em aterros sanitários. Devido à crescente procura de metais e ao esgotamento contínuo dos recursos primários, há uma necessidade crescente de reciclagem e reprocessamento de catalisadores usados ​​e outras fontes de metais secundários por razões ambientais e económicas. Estudo do processo de torrefação de soda do catalisador SCR gasto com NaOH dissolvido em comparação com a torrefação seca usual de NaOH e sua influência na subsequente lixiviação de água. Após a otimização, os parâmetros ideais são a torrefação usando uma proporção de 0,4 de NaOH/catalisador SCR gasto em solução por 2 h a 973 K e lixiviação com água deionizada por 30 min, a 298 K com densidade de polpa de 30%. Os resultados da pesquisa mostram uma importante redução da temperatura de torra e do tempo de lixiviação durante o processamento do catalisador SCR gasto obtendo um licor de eficiência de lixiviação de 95,4% W e 80,2% V. Os compostos de silício são uma das principais impurezas lixiviadas juntamente com os metais valiosos e neste trabalho, os compostos de silício lixiviados são reduzidos significativamente com o objetivo de evitar o pós-processamento de dessilicação do licor de lixiviação. A principal vantagem do processo proposto é o aumento da eficiência de lixiviação de vanádio e tungstênio com minimização de impurezas de silício em menor tempo independente da temperatura de lixiviação.

A partir da década de 2000 (novo milénio) as crescentes preocupações com a poluição ambiental causada pelos óxidos de azoto influenciaram directamente uma maior produção e procura de catalisadores de redução catalítica selectiva (SCR) para a minimização do NOx descarregado de uma variedade de fontes (estacionárias e móveis). em todo o mundo1,2,3. Assim, a quantidade de resíduos de catalisadores gerados pelo aumento da quantidade de catalisadores SCR produzidos também está aumentando4,5. Até agora, os catalisadores SCR gastos que foram desativados por envenenamento foram regenerados e reutilizados até que a atividade seja reduzida, quando a maioria deles é descartada em aterros com resíduos designados com base nas regulamentações de cada país6,7,8. No entanto, a composição do catalisador gasto apresenta outra ameaça ambiental quando é descartado ou enterrado devido ao acúmulo e lixiviação de V2O5, um composto altamente tóxico junto com outros metais pesados. Além disso, o catalisador desativado não pode ser reprocessado diretamente como um novo transportador de catalisador devido ao alto teor de As, Na, Ca, Fe e K e à sua vulnerabilidade à toxicidade química9,10,11. Um dos catalisadores mais comuns e eficazes são os catalisadores SCR constituídos por V2O5-WO3/TiO2 que, geralmente, possuem teores muito elevados de Ti, W e V, consequentemente, pode ser uma opção economicamente e ambientalmente viável para recuperá-los e reutilizá-los. Ti, W e V remanufaturados após recuperação podem ser utilizados como matéria-prima para novos catalisadores ou como matéria-prima em outras indústrias4,12,13. Assim, estão a ser realizados ativamente estudos de desenvolvimento tecnológico para recuperar e refabricar matérias-primas a partir de catalisadores usados14. Uma variedade de métodos hidrometalúrgicos para a reciclagem de titânio, tungstênio e vanádio a partir de catalisadores SCR gastos são amplamente conhecidos e consistem na preparação de um lixiviado por torrefação com soda15, pressurizado16 ou lixiviação ácida e alcalina e depois purificado para obter o valioso metais na solução17.

Wu et al. (2016) estudaram o reprocessamento de tungstênio a partir de catalisador SCR gasto (tipo favo de mel) pelo método de troca iônica por lixiviação alcalina. As amostras de catalisador gasto com tamanho de partícula de 74 μm foram lixiviadas a uma alta proporção de líquido de 3% e uma temperatura de reação de 70 ° C por 30 min, respectivamente, e 91% em peso e 87% em peso de W e V foram lixiviados, respectivamente. O lixiviado foi adsorvido usando uma resina de troca aniônica de base forte (Amberlite IRA900), e o WO4- divalente foi separado seletivamente sob condições de pH elevado18. Choi et al. (2019, 2018a) realizaram experimentos de torrefação de soda com Na2CO3 para reagir com os catalisadores SCR gastos. A quantidade de Na2CO3 foi de 10 equivalentes e o catalisador SCR gasto com tamanho de partícula inferior a 106 μm foi torrado a 1070 K por 120 min. Neste estudo, constatou-se que o aumento da quantidade de tungstênio lixiviado estava relacionado à inibição da produção de CaWO4 devido ao aumento da adição de Na2CO3 juntamente com a taxa de mudança de fase da anatase do TiO2 para rutilo. Em contraste, a quantidade de vanádio lixiviado não foi influenciada pela quantidade de carbonato de sódio, e os resultados da experiência mostraram uma taxa constante aproximada de cerca de 40%. Isso foi atribuído à produção de ácido cálcio vanádio ao reagir com o CaO presente na matéria-prima, e a capacidade de lixiviação do V foi obtida analisando a quantidade de cálcio na matéria-prima2,10,15. Wu et al. (2018) examinaram os mecanismos seletivos de lixiviação e reação de V e Fe usando ácido oxálico. O experimento foi realizado por 180 min sob condição de temperatura de reação de 90 °C, alta proporção de líquido de 20 mL/g e tamanho de partícula de 75 μm usando concentração de 1,0 mol/L de ácido oxálico, os resultados mostraram uma 84% de V e 96% de Fe lixiviados. Os cátions solúveis VO2+ e Fe3+ foram reduzidos através do processo de dissolução e complexação na reação de lixiviação. Descobriu-se que V e Fe produzem uma alta lixiviação quando estavam presentes em certas formas de VOC2O4 e Fe(C2O4)2 a pH 0,33, o que mostrou que a reação de oxidação-redução resultou na destruição da dissolução e do equilíbrio de complexação para VO2+, VO+ e Fe3+. No caso do tungstênio e do titânio, ocorreu apenas a reação de dissolução e complexação e a eficiência da lixiviação foi prejudicada pela solubilidade19.