物理化学实验课论文-废催化剂回收利用

化学论文：形形色色的催化剂

题目：废催化剂的回收利用

学校：青岛六十二中

班级：九年级九班

姓名：吕世轩

废催化剂的回收利用

一、废催化剂回收利用的重要意义

催化剂在制备过程中，为了确保催化反应所要求的活性、选择性、耐毒性和一定的强度及寿命等等，常常挑选一些有色金属乃至贵金属作为其主要组分。尽管催化剂在使用过程中某些组分的形态、结构及数量会发生变化，但废催化剂仍然会含有数量不低的有色金属，如铜、镍、钴、铬等有用物质。有的还含有较多的稀贵金属铂、钯、钌等。有时它们的含量远远高于贫矿中所含有的相应组分。例如，冶炼金属镍的硅镍矿仅含2.8%的镍，而一般废镍催化剂的含量可达6%~20%的范围。从废催化剂中回收贵金属和有色金属与从矿石中的提炼相比，所得金属的品位高，投资少，成本低，效益高。因此将废催化剂作为二次矿源来利用，从中回收金属及其他组分是有一定的经济效益的。

因催化反应的需要，有些催化剂在制作过程中不得不采用或添加了一些有毒的组分，如AS2O3、As2O5、CrO3等。这些毒物往往也存在于废催化剂的组分之中，它们对人体有毒害作用，有些还会致癌。此外催化剂在使用过程中也会吸附上一些来自原料、反应物、设备材质等的毒物，如砷硫氯、羰基镍等。这些毒物随废催化剂排出亦会对周围的环境造成污染。倘若对废催化剂不加处置随意堆放的话，一方面堆积废催化剂需要占据大量的场地；另一方面废催化剂中所含的毒物会随雨水的冲刷而流失，由地表而浸入地下既污染地下水，造成水质污染，又破坏土壤的结构及地面上的植被。废催化剂随日光的照射还会释放出有害的气体如SO2、H2S、NDx、CO2及挥发性有机物，从而污染大气。废催化剂随风暴的吹扫则会增加大气中尘粒的悬浮量而污染周围的环境。开展废催化剂的回收利用，可以使废催化剂的有害部分减量化，甚至无害化以达到清洁生产的目的，并由此解决一系列环境污染的问题及其麻烦事情，从而产生十分重要的社会效益。

二、废催化剂的常规回收方法

各类废催化剂的常规回收方法一般可分为四种方法即：干法、湿法、干湿结合法和不分离法。

（一）干法

一般利用加热炉将废催化剂与还原剂及助熔剂一起加热熔融，使金属组分经还原熔融成金属或合金状回收，以作为合金或合金钢原料；而载体则与助熔剂形成炉渣排去。回收某些稀贵金属含量较少的废催化剂时，往往加进一些铁之类的贱金属作为捕集剂共同进行熔炼。

（二）湿法

用酸或碱或其他溶剂溶解废催化剂的主要组分；滤液除杂纯化后，经分离，可得到难溶于水的盐类硫化物或金属的氢氧化物；干燥后按需要再进一步加工成最终产品。有些产品可以作为催化剂原料再次利用。用湿法处理废催化剂，其载体往往以不溶残渣形式存在，如无适当方法处理，这些大量固体废弃物会造成二次公害；若载体随金属一起溶解，金属和载体分离会产生大量废液。若金属组分存在于残渣中，则也可用干法还原残渣。电解法亦包括在湿法之中。贵金属催化剂、加氢脱硫催化剂、铜系及镍系等废催化剂一般都采用湿法回收。

（三）干湿结合法

含两种以上组分的废催化剂很少单独采用干法或湿法进行回收，多数采用干湿结合法才能达到目的。此法广泛地用于回收物的精制过程。如铂铼废重整催化剂回收时浸去铼后的含铂残渣需经干法煅烧后再次浸渍才将铂浸出。

（四）不分离法

此法不将废催化剂活性组分与载体分离，或不将其两种以上的活性组分分离处理。而是直接利用废催化剂进行回收处理的一种方法。由于此法不分离活性组分及载体，故能耗小，成本低、废弃物排放少，不易造成二次污染，是废催化剂回收利用中经常采用的一种方法。例如，在回收铁铬中温变换催化剂时，往往不

将浸液中的铁铬组分各自分离开来，直接用其回收重制新催化剂。再如回收生产DMT（苯二甲酸二甲酯）和TA（对苯二甲酸）用的钴锰废催化剂时，往往不将钴锰分离开来，调整其钴锰配比（按工艺要求）后直接返回系统中重新启用。

三、废催化剂回收机理

废催化剂回收过程中，尤其是采用湿法回收其中的有用组分，主要涉及到废催化剂固体中金属和载体组分的溶解与从溶液中分离出这些组分的两大过程。

（一）组分的溶解

1、溶解的机理

当废催化剂在溶剂中溶解时，固液体系发生相互作用。固体组分的溶解过程，主要由以下几个步骤所组成：①溶剂离子向废催化剂固体表面扩散；②溶剂离子在界面上的吸附；③被吸附溶剂和废催化剂固体中被溶组分的相互反应；④反应产物解吸到扩散层内；⑤反应产物在溶液中扩散。

2、溶剂的选择

溶剂选择的原则是热力学上可行，反应速度快、经济合理，来源容易。易于回收。对设备腐蚀性小对欲溶解组分的选择性好。主要应根据被溶物的物理特性和化学特性而定。一般来说碱性溶剂比酸性溶剂的反应能力弱，但其选择性比酸性的高。浸出率不如酸浸时高。

（二）溶液中组分的析出

废催化剂回收利用的另一个主要阶段是从溶有一种或多种金属的溶液中将它们析出来，常用处理方法有结晶、金属沉淀，离子沉淀、离子交换，溶剂萃取等。

1、结晶

从溶液中结晶是回收其中有用金属组分的一种简单而悠久的方法。可利用不同组分溶解度的差别通过结晶的先后而从同一种溶液分离出两种金属组分。在分离化学性质近似的金属化合物可

通过反复结晶达到目的。

2、金属置换沉淀

用一种金属将溶液中的另一种金属沉淀出来的过程叫金属置换沉淀。从热力学上讲，任何金属均可被更负电性的金属从溶液中置换出来： Me1n++Me2=Me1+Me2n+

3、难溶化合物形式沉淀金属

在许多情况下，从溶液中最好以难溶化合物形式析出金属。从溶液中以氢氧化物形式沉淀金属时，首先将沉淀形成该种金属的氢氧化物，而且这种金属水解的pH值较低，所形成的这种金属的沉淀物在获得这种金属的介质中比较稳定。

4、离子交换

离子交换对于处理金属离子浓度为10×10-6或更低的极稀溶液特别有效。但对于金属离子浓度大于1％的溶液通常却价值不大。所以，离子交换适用于从贫液中回收和浓缩有价金属。例如，可将含铜万分之一的溶液浓缩到5‰和从混合溶液中分离提纯金属。

5、溶剂萃取

萃取是利用有机溶剂从不相混溶的液相中把某种物质提取出来的一种方法。其实质是物质在水相和有机相中溶解分配的过程。溶剂萃取是净化、分离溶液中有价成分的有效方法。该法平衡速度快、选择性强、分离和富集效果好，产品纯度高、处理容量大，试剂消耗少，能连续操作。