[发明专利]一种利用高炉球团生产工序处理失效催化剂的方法

说明书

本发明的一种利用高炉球团生产工序处理失效催化剂的方法，属于失效催化剂环保处理技术领域；本发明将失效催化剂中的催化剂本体和堵塞物进行分离；所述催化剂本体中氧化钛含量不少于65％；将所述催化剂本体进行加热制成改性催化剂；将所述堵塞物与含铁物料混合进行加热制成低熔点物料；所述含铁物料中FeO的质量含量不少于含铁物料总量的35％；将改性催化剂、低熔点物料和其他球团料混合造球制备球团；本发明通过对催化剂改性，并结合堵塞物与含铁物料混合进行加热所形成的低熔点物料，有效避免催化剂本体在球团焙烧过程中发生相变而产生的不利影响；实现了失效SCR催化剂减容化、无害化、资源化处理利用。

技术领域

本发明涉及失效催化剂环保处理技术领域，更具体地说，涉及一种利用高炉球团生产工序处理失效催化剂的方法。

背景技术

目前氮氧化物(NOx)是工业烟气中最主要的污染物之一，NH₃-SCR法脱硝由于稳定高效而被广泛使用。NH₃-SCR法最核心的技术在于催化剂开发，目前世界上使用最多的脱硝催化剂是V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂。由于脱硝工况复杂，催化剂在使用过程中会因为烧结、堵塞、化学中毒等原因而失活，从而成为危废。如何处理失效脱硝催化剂成为企业面临的难题。

目前针对失效SCR脱硝催化剂主要有固化法以及有价元素提取法。固化法主要将失效催化剂去除堵塞物后，集中处理，填埋入地下或者加入建筑材料中，可以解决催化剂放置问题，但从长远来看，对环境存在着污染隐患；有价元素提取则是在去除堵塞物后，提取失效催化剂中的V、W、Ti元素，通过化学浸出，将上述元素从催化剂中分离，并加以利用，该方法可以发挥失效催化剂的利用价值，然而有价元素提取效率有限，并且在提取过程会产生大量的废液，从而产生新的污染。

催化剂中最主要的成分为TiO₂，值得注意的是含钛矿物在钢铁冶金的高炉炼铁过程中具有较高的使用价值。高炉在生产铁水的过程中，储存铁水的炉缸会因为铁水的冲刷侵蚀而不断磨损，含钛矿物可以使侵蚀部位生成含钛的沉积物，而含钛物质的熔点较高，可以对炉缸起到保护作用，从而延长高炉的使用寿命。同时，对钢铁企业来说，随着脱硝工业的发展，未来将会产生大量失效V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂，若能实现失效催化剂在钢铁企业内部消纳处理，对钢铁企业“固废不出厂”理念的实施和节约固废处理成本起到关键作用。

目前高炉冶炼工艺中球团是高炉重要的炼铁原料之一，其产量较大，球团制备过程具有较大的固废消纳潜力。申请人尝试将粉末状失效催化剂与磁铁矿粉直接混合，利用冶金球团工艺造成小球，在配料中加入2.5％，5％，7.5％，10％的失效催化剂，此时生产未干燥球团(生球)的500mm落下次数、生球抗压等指标，具有明显的提高作用，但生球在110℃条件下干燥后，加入催化剂的球团表面出现大量裂纹。选取表面未出现裂纹的进行球团焙烧，对焙烧球进行抗压强度检测，发现焙烧球强度降低较为明显，且检测结果波动大，说明球团性能不稳定。

根据前期试验结果可知，直接将失效催化剂磨成粉与磁铁矿粉混合造球，会对球团质量造成较大影响。在催化剂添加量为2.5％，5％，7.5％，10％时，生球的抗压和落下指标有所优化，但焙烧后球团的抗压强度发生了不同程度的恶化。主要原因是失效催化剂主要成分是TiO₂常温下吸水性与粘结性强，可以起到粘结磁铁矿粉的作用。但在生球干燥过程，该性质会产生不利影响。在微观视角下，球团内部水分分布不均匀，催化剂颗粒部分水分含量高，铁矿粉水分含量低，通过传统的高温水分蒸发，不同颗粒的水蒸气蒸发流速差异大，导致球团内部气流互相干扰，球团干燥过程收缩不均匀，导致生球在干燥过程，表面形成裂纹。而在焙烧过程中失效催化剂发生锐钛矿相向金红石相转变，而铁矿粉发生由Fe₃O₄相向Fe₂O₃相转变，两种相转变导致小球内部出现不同方向上的体积变化，从而应力集中，使球团内部容易出现细小裂纹，最终球团质量变差。