Способ утилизации отработанного алюмо-ванадиевого катализатора

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАННОГО АЛЮМО-ВАНАДИЕВОГО КАТАЛИЗАТОРА(71) Заявитель Научно-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного университета(73) Патентообладатель Научно-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного университета(57) Способ утилизации отработанного алюмо-ванадиевого катализатора путем обработки его минеральной кислотой для разделения входящих в него компонентов, отличающийся тем, что в качестве минеральной кислоты используют ортофосфорную кислоту, обработку которой проводят при соотношении(А)Р 1(3 - 6) и температуре 120-140 С, полученный гомогенный раствор выдерживают при 220240 С с отделением образующегося гидратированного кислого триполифосфата алюминия, а оставшийся маточный раствор концентрируют и при температуре 15-20 С отделяют в виде осадка фосфат ванадила. Изобретение относится к технологии переработки использованных алюмо-ванадиевых катализаторов и предусматривает выделение ванадия в виде фосфата ванадила 422, а также получение на основе носителя оксида алюминия кислого триполифосфата алюминия 231022. В литературе известно 1, что отработанные алюмо-ванадиевые катализаторы (АВК), содержащие металлы , , Со, могут перерабатываться следующим образом водная суспензия катализатора выщелачивается под давлением и температуре 149 С щелочью или алюминатом натрия. Оксид алюминия вместе си Со при этом остаются в осадке. Водный раствор отделяют от осадка, последний обрабатываютс концентрацией, достаточной для перевода оксида алюминия в раствор, в осадке остаютсяи Со. Алюминийсодержащий раствор отделяют от осадка, высаживают гидроксид алюминия из раствора и отделяют осадок от каустика. Каустик рециркулируется на стадию выщелачивания, при этом растворимый алюминий в растворе превращается в нерастворимый минерал. Недостатком такого способа переработки является наличие специального оборудования, действующего под давлением, создание сильнощелочной среды, способствующей усилению коррозии трубопроводов и аппаратуры. До конца не решен вопрос использования переработанного носителя. Прототипом заявляемого технического решения является кислотный способ переработки отработанных катализаторов, содержащих такие ценные металлы, как Мо, ,2. Согласно прототипу, отработанный катализатор, в котором носителем является алюминий, содержащий Мо, , , Со и т.д., обезжиривают и затем отжигают при 400-600 С, после чего катализатор растворяют в 4029 1 серной кислоте для растворения таких металлов, как А 1, , Со, и получают так называемый восстановленный раствор. Газообразный 2 пропускают через раствор для удаления(в виде сульфида железа), затем А выделяют как алюмо-аммоний сульфат при добавлении 4 в раствор, рН оставшегося раствора должен быть отрегулирован для выделения Мо в виде гидроксида молибдена, который отжигают до Мо 3. Затем извлекается ванадий в виде сульфата ванадия, который используют как исходный материал для получения 25. рН оставшегося раствора должен быть отрегулирован щелочами для выделенияи Со в виде гидроксидов и дальнейшего их восстановления. К недостаткам данного способа следует отнести а) сложное технологическое исполнение процесса, предусматривающее предварительную термообработку отработанного катализатора, последующее его растворение в серной кислоте, а затем осаждение отдельных компонентов при точном соблюдении рН раствора, с последующей фильтрацией б) высокую энергоемкость производства, связанную с обжигом катализатора при 400-600 С в) выделение алюминия в виде алюминий-аммоний сульфата требует применения больших количеств аммиака, т.к. содержание алюминия в отработанном катализаторе, где он используется в виде носителя, составляет 90 , что является экологически небезопасным и требует применения специальных защитных средств. Задачей заявляемого технического решения является разработка способа утилизации использованного алюмо-ванадиевого катализатора, позволяющего снизить энергоемкость производства за счет снижения температур переработки, а также обеспечивающего получение продуктов переработки в виде соединений, пригодных для дальнейшего использования. Поставленная задача достигается тем, что измельченный отработанный алюмо-ванадиевый катализатор обрабатывают ортофосфорной кислотой при соотношении Р 1(3-6) и температуре 120-140 С. Полученный гомогенный раствор выдерживают при 220-240 С в течение 1-2 суток. Образующийся нерастворимый продукт представляет собой гидратированный кислый триполифосфат алюминия 231022. Триполифосфат алюминия отделяют от фосфорнокислого раствора, содержащего ванадий, отмывают водой до нейтральной среды и сушат. Маточный раствор концентрируют и подвергают кристаллизации при 1520 С. При этом наблюдается выделение ванадия в виде фосфата ванадила 422, соединения, которое можно использовать как химический реактив либо как катализатор 3-5. Триполифосфат алюминия, выделенный на первой стадии, представляет собой материал, способный поглощать соединения основного характера аммиак 6,7, гидразин 8, гидроксиламин 9 и т.д. Пример 1. 50 г отработанного катализатора АВК, предварительно измельченного в шаровой мельнице, заливают 195 мл ортофосфорной кислоты (,72 г/см 3) (МР 13). Смесь нагревают при перемешивании до полного растворения осадка Т 120 С. Затем гомогенный раствор выдерживают при 220 С в течение 1,5 суток. Образовавшийся нерастворимый продукт, представляющий собой гидратированный кислый триполифосфат алюминия Н 2 АР 3 О 1022, отделяют от ванадия, находящегося в маточнике, путем промывки водой до нейтральной среды. Триполифосфат алюминия подвергают сушке. Выход составляет 240,3 г, что соответствует 94 от теоретического. 1000 мл фосфорнокислого раствора, содержащего 4,4 г ванадия, концентрируют, а затем кристаллизуют при 15 С. Выпавшие кристаллы фосфата ванадила отфильтровывают, промывают водой и сушат. Выход фосфата ванадила 42 Н 2 составляет 16,67 г, что соответствует 86 от теоретического. Маточник после отделения фосфата ванадила, представляющий собой фосфорнокислый раствор, может быть возвращен на повторную обработку отработанного катализатора. Пример 2. К 50 г измельченного отработанного катализатора АВК добавляют 390 г ортофосфорной кислоты(,72 г/см 3) с таким расчетом, чтобы соотношение МР равнялось 16. После предварительного растворения осадка при 140 С раствор выдерживают при 240 С в течение 2 суток. Образующийся триполифосфат отделяют от маточника путем промывки водой до нейтральной среды, затем сушат. Выход составляет 237,4 г, что соответствует 95 от теоретического. 1000 мл фосфорнокислого раствора, содержащего 3,37 г ванадия, концентрируют, а затем кристаллизуют при 20 С, фильтруют, промывают водой и сушат. Выход 11,36 г, что составляет 87,8 от теоретического. Маточный раствор после фильтрации 422 можно использовать при повторной обработке измельченного катализатора. Таким образом, предложенный способ переработки алюмо-ванадиевых катализаторов имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом а) температура процесса не превышает 240 С, что значительно снижает энергозатраты производства,связанные с обжигом катализатора при 400-600 С 4029 1 б) позволяет выделить не только ванадий в виде фосфата ванадила 422, но решает также вопрос переработки и дальнейшего использования носителя - оксида алюминия, переводя его в сорбционный материал соединений основного характера - кислый триполифосфат алюминия 231022 в) технология процесса предусматривает повторное использование маточника, содержащего фосфорную кислоту для переработки катализаторных отходов, что приводит к экономии материальных ресурсов в производстве. Источники информации 1. Патент США 4670229, 1987. 2. Япония, заявка 07252548 А, 1995. 3. Патент США 4247419, 1981. 4. Патент США 4392986, 1983. 5. Патент ГДР 113210, 1975. 6. А.с. СССР 1346212, 1987. 7. А.с. СССР 1570748, 1990. 8. А.с. СССР 1551655, 1990. 9. А.с. СССР 1594148, 1990. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.