Современные технологии утилизации отработанного катализатора

Галкина Ю.М., Тарчигина Н.Ф.

МГОУ имени В.С. Черномырдина

Ванадиевые катализаторы (ВК) применяются в производстве серной кислоты с 1937 г. Количество их на каждом предприятии определяется производительностью, т. е. на 1 т суточного выпуска кислоты необходимо иметь в контактном аппарате 100 кг катализатора, содержащего 10 % v₂ о₅ .

Разнообразие сырья и усовершенствования технологии производства кислоты и ВК обусловили использование различных типов ВК.

Срок службы катализаторов составляет 1—2 года на верхних полках контактного аппарата и 4—5 лет — на нижних слоях. Снижение каталитической активности происходит вследствие перехода значительной части ванадия в четырехвалентное состояние и изменения пористой структуры носителя при нарушении теплового режима работы ВК, а также в результате накопления контактных ядов — мышьяка, сульфата железа (II), тумана серной кислоты, потери части ванадия в виде летучих соединений, образующихся с некоторыми компонентами газа при некачественной газоочистке.

Отработанные ванадиевые катализаторы (ОВК) содержат хорошо растворимые высокотоксичные соединения ванадия, серной кислоты, мышьяка, и поэтому их необходимо захоранивать в герметичных могильниках. Состав ОВК зависит от многих факторов типа использованного катализатора, состава перерабатываемого сырья, качества газоочистки, места и длительности пребывания в контактном аппарате, длительности и условий хранения после выгрузки из контактного аппарата.

Высокая ценность основных компонентов ОВК бесспорна, а утилизация целесообразна. Отсутствие переработки ОВК наносит большой экологический вред региону, где их зачастую захоранивают с нарушением правил, а то и просто выбрасывают.

Только экономически выгодной технологией можно решить проблему утилизации ОВК. Поэтому рекомендации приближения переработки к месту использования ВК и производства их позволяют резко снизить затраты на сырье, технологическое тепло, водоснабжение и, главное, будут исключены операции по подготовке готовой продукции к перевозке и доставка ее. Наряду с этим предлагаемая технология должна быть надежной, простой, с минимальными затратами на сырье.

Исходя из состава ОВК и учитывая многочисленные исследования по выщелачиванию, в качестве растворителя выбрали воду. При взаимодействии с водой пиросульфата калия образуется серная кислота, которая способствует переходу не только сульфата ванадила, но и частично пятивалентного ванадия. Поскольку пятивалентный ванадий плохо растворим в кислотах, то добавление восстановителя для ванадия повысит степень его извлечения. Наряду с этими процессами сульфат калия переходит в бисульфат, и растворимость его повышается в пять раз. Поэтому первую стадию водного выщелачивания необходимо проводить при таких отношении Ж : Т и температуре, чтобы в раствор перешли максимально ванадий и практически полностью сульфат.

Такой способ окисления ванадия экономичен. Экологически чист, позволяет сохранить в растворе кислоту и сульфаты и дает возможность осаждать ванадий простым нагреванием. Для получения более чистого осадка в раствор добавляют затравку — кристаллический пентоксид ванадия, а осаждение — кристаллизацию — ведут при низких значениях рН = 1—1,5, чтобы в осадок не переходил мышьяк, находящийся в растворе в виде недиссоциированной мышьяковой кислоты Н_зАs0₄.

Щелочным раствором нейтрализуют до рН = 3 кислый маточный раствор после отделения осадка ванадия. Для этой же цели используют отработанный католит. Образующийся осадок содержит гидроксиды и арсенаты, т. е. основные вредные примеси, а также небольшое количество кремниевой кислоты. Если в этом осадке окажется много сульфата калия, то его следует отмыть на фильтре горячей водой. Полученное небольшое количество осадка, содержащего мышьяк, захоранивают.

Остатки щелочного раствора и отработанный катилит объединяют с очищенным кислым раствором для перевода остатков бисульфата калия в гораздо менее растворимый сульфат калия. Затем смесь охлаждают и кристаллизуют сульфат калия, который отделяют и используют для приготовления католита и свежего катализатора.