Способ утилизации отработанных металлсодержащих катализаторов на носителе из оксида алюминия

(51) 22 5/04 (2006.01) 22 34/34 (2006.01) 22 23/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к области металлургии,конкретно к способу утилизации отработанных металлсодержащих катализаторов на носителе из оксида алюминия. Способ утилизации металлсодержащих катализаторов на носителе из оксида алюминия,включает восстановительную плавку отработанных катализаторов совместно с алюминием, кварцем и оксидом одного из металлов либо молибдена, либо кобальта, либо никеля, либо железа, в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза при наложении центробежных сил. В результате реализации способа из металлсодержащих катализаторов на носителе из оксида алюминия получают полное извлечение металлов с одновременным получением либо муллита, либо корунда, либо муллитокорунда.(72) Ксандопуло Георгий Иванович Байдельдинова Анна Николаевна Омарова Каинжамал Искановна Айнабаев Ардак Максутович Сабиров Нурсултан Улукбекулы Нурахметов Багжан Журсинулы(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт проблем горения Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩИХ КАТАЛИЗАТОРОВ НА НОСИТЕЛЕ ИЗ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ Изобретение относится к области металлургии,конкретно к способу утилизации отработанных металлсодержащих катализаторов на носителе из оксида алюминия. Известен способ утилизации молибдена и ванадия из отработанных катализаторов,включающий обработку сероводородом в течение 24 час. при температуре 300-500 С, а затем хлором в течение 2-4 час. при температуре 300-500 С.(Патент 263569, МПК В 01, С 22 В, опубл. 10.11.70, бюл. 8). Недостатками известного способа являются большой расход электроэнергии многостадийность производства. Известен способ утилизации отработанных катализаторов на основе окиси алюминия с добавками молибдена и других редких металлов,заключающийся в том, что отработанный катализатор совместно с известью подвергают восстановительной плавке в электропечи с использованием в качестве восстановителя остаточного углерода и алюминия. При этом шламы катализаторов перед плавкой в электропечи подвергают прокалке при 500-600 С. В результате получают железокремнемолибденовый сплав состава 55-70 Мо, 5-8 , остальное ,используемый в дальнейшем при выплавке ферромолибдена. (Патент 290940, МПК С 22 В 49/00, 01 11/02, опубл. 06.01.71, бюл. 3). Недостатками известного способа являются повышенная энергоемкость процесса многостадийность процесса. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к заявляемому способу является способ утилизации отработанных катализаторов на основе из оксида алюминия с добавками молибдена и других редких металлов,включающий восстановительную плавку отработанных катализаторов совместно с плавиковым шпатом, алюминием в качестве восстановителя,и либо молибденовым концентратом, либо железорудными отходами на воздухе. (Предварительный патент 15415, МПК С 22 В 5/04, С 22 В 34/34, С 22 В 38/12, опубл. 15.02.05,бюл. 2). Недостатками известного способа является пониженное извлечение металлов и невозможность получения либо муллита, либо корунда, либо муллитокорунда. Получение муллита, корунда и муллитокорунда является актуальной задачей. Корунд и муллитокорунд обладают высокими огнеупорными и абразивными свойствами. Они устойчивы к щелочным и кислотным воздействиям при высоких температурах и могут быть использованы в оболочках натриевых ламп, электроизоляции и т.д. Муллит - это соединение, сообщающее ряд ценных свойств керамическим изделиям и является важным компонентом искусственных технических продуктов(входит в состав фарфора,глинозмистого огнеупора - шамота и др.). Муллит применяют при производстве огнеупоров, керамики,стекла,стали,чугуна. Он обеспечивает эффективную тепловую высокотемпературную 2 изоляцияю,позволяет создавать высокотермостойкие огнеупорные материалы и изделия, фильтры для очистки и разделения газовых сред, рафинирования расплавов металлов. Задачей заявляемого изобретения является разработка способа утилизации металлсодержащих катализаторов на носителе из оксида алюминия,технический результат которой состоит в повышенном извлечении металлов с одновременным получением либо муллита, либо корунда, либо муллитокорунда. Задача решается тем, что способ утилизации металлсодержащих катализаторов на носителе из оксида алюминия, включает восстановительную плавку отработанных катализаторов совместно с алюминием, кварцем и оксидом одного из металлов либо молибдена, либо кобальта, либо никеля, либо железа, в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза при наложении центробежных сил. Существенным отличием предлагаемого способа от прототипа является введение в исходную шихту кварца и оксида одного из металлов либо молибдена, либо кобальта, либо никеля и проведение плавки при наложении центробежных сил. В заявляемом способе составляющие отработанных катализаторов и оксид одного из металлов либо молибдена, либо кобальта, либо никеля, в результате инициирования горения,вступают в экзотермические окислительновосстановительные реакции с металлом восстановителем-алюминием в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Введение в шихту оксида одного из металлов кобальта, молибдена, никеля в качестве окислителя,обеспечивает повышенное тепловыделение при более активном протекании химических реакций, следовательно, понижение вязкости шлака в отличие от известных окислителей либо молибденового концентрата,либо железорудных отходов, в которых примеси препятствуют развитию температур горения шихты. Температура (1900-2100 С), развиваемая во фронте волны горения при химическом взаимодействии заявленных компонентов шихты,является необходимой и достаточной для плавления и перекристаллизации носителя катализатора метастабилыюго -А 2 О 3 в корунд. Пониженная вязкость шлака обеспечивает условия для полного извлечения металла из отработанных катализаторов и оксида металла с получением слитков металла, и керамики в виде либо муллита, либо корунда, либо муллитокорунда. Кварц - минерал, основной фазой которого является оксид кремния, вводят в шихту для снижения температуры затвердевания керамической фракции - продукта высокотемпературного синтеза,и образования муллита и муллитокорунда. Кроме того, кварц снижает вязкость расплава, что ускоряет продвижение капель восстановленного металла с образованием его слитка. В заявляемом способе, в отличие от известного,восстановление металлов в режиме горения проводят при воздействии центробежных сил,которые усиливают эффективность естественной гравитации. Принудительная гравитация обеспечивает разделение продуктов синтеза в жидкотекучем состоянии на металлическую и шлаковую составляющие, в соответствии с их плотностью, тем самым, повышая полноту фазоразделения, снижая концентрационный предел извлечения металла из отработанных катализаторов,увеличивая выход целевых продуктов и улучшая их качество. Центробежная сила, направленная так же, как и волна горения действует на реагирующую систему на всем протяжении процесса горения. Влияние центробежного ускорения проявляется в увеличении скорости волны горения, происходящем за счет уплотнения исходной шихты, улучшения контакта между реагирующими частицами и создания условий многоочагового прогрева шихты перед фронтом волны горения вследствие ускоренного продвижения капель расплава восстановленного металла. Повышение скорости горения при одних и тех же условиях теплоотвода обеспечивает повышение температуры реагирующей системы. Это приводит к тому, что даже слабо экзотермические смеси переходят в расплавленное состояние, за счет чего становится возможным извлечение металлов из бедного сырья, в частности, отработанных катализаторов на носителе из оксида алюминия. Кроме того, центробежная сила, действующая на расплав пониженной вязкости,повышает эффективность разделения продуктов горения в соответствии с их плотностью и повышает чистоту извлекаемых металлов и синтезируемых корунда,муллита, муллитокорунда. Способ утилизацииотработанных металлсодержащих катализаторов на носителе из оксида алюминия выполняют следующим образом. Готовят шихту путем смешивания измельченного катализатора и алюминия с кварцем и одним из оксида металла - либо молибдена, либо никеля, либо кобальта и загружают в тигель. Тигель приводят во вращение и инициируют горение шихты путем подачи электрического импульса, т. е. поджигают. Компоненты шихты вступают между собой во взаимодействия с протеканием экзотермических реакций с восстановлением металлов (1-3) и образованием корунда (1-4) Мо 32 АМоА 2 О 3(4) и перитектическую реакцию оксидов алюминия и кремния с образованием муллита. Волна горения проходит по всему объему шихты. В тигле развивается температура(1900-2100 С),необходимая и достаточная для образования расплава, который под воздействием центробежной силы разделяется по плотности на металл и керамику. После полного завершения процесса горения температура в тигле падает, тигель останавливают и выгружают конечные продукты чистые металлы или сплавы и либо корунд, либо муллит, либо муллитокорунд. Таким образом, заявляемый способ утилизации отработанных катализаторов на носителе из оксида алюминия позволяет решить поставленную задачу с получением ожидаемого технического эффекта. Пример 1. Утилизация отработанного катализатора марки КНГ-1 с получением муллита. Измельчают 37 кг отработанного катализатора КНГ-1, содержащего- 2,0, оксид алюминия остальное, измельчают и перемешивают с 29 кг оксида молибдена , 11 кг порошка алюминия и 23 кг кварца. Смесь помещают в тигель. Тигель приводят во вращение. Электрическим импульсом инициируют начало реакции горения (3) с выделением тепла. Количество тепла, выделяющегося во фронте горения,достаточно для поддержания в расплавленном состоянии всех веществ,участвующих в процессе. Путем конвекции,излучения и массопереноса тепло передается рядом расположенному слою, возбуждая реакцию в нем,затем следующему и т.д. Расплав восстановленного металла, имея более высокую плотность, чем исходная шихта, под действием гравитационных и центробежных сил перемещается ко дну реактора. Образующийся в ходе реакций оксид алюминия смешивается с расплавленным носителем,состоящим из оксида алюминия, и с расплавом кварца. Наложение центробежной силы придает всем находящимся в нем промежуточным и конечным продуктам центробежное ускорение, направленное также как и волна горения. Под действием центробежного ускорения капли расплавленного металла стремятся ко дну реактора, ускоряют тем самым распространение фронта волны горения. Капли металла, скапливаясь у дна реактора,формируют плотный слиток,оттесняя образовавшуюся менее плотную оксидную фазу в направлении к оси вращения. Благодаря присутствию расплава кварца, состоящего в основном из оксида кремния, температура затвердевания оксидной фазы снижается до 1890 С и промежуток времени, когда оксидная фаза находится в жидком состоянии, увеличивается. За счет этого облегчается расслоение продуктов синтеза в соответствии с их плотностью. Даже мы мелкие частицы металла не задерживаются в отвердевающей оксидной фазе и успевают достичь дна реактора. В результате повышается выход металла в слиток и очищение оксидной фазы от примесей. После завершения процесса и остывания образовавшихся веществ до полного затвердевания реактор открывают, извлекают продукт горения,состоящий из металлического слитка и керамической фракции. Масса керамической фракции в виде муллита составляет 80,1 кг. Масса молибдено-никелевого слитка составляет 19,9 кг. По результатам рентгенофазового анализа, в составе 3 керамической фракции молибдена и никеля не обнаружено, следовательно, извлечение молибдена и никеля в слиток составляет 100. В таблице 1 приведены примеры реализации заявляемого способа, выполняемые аналогично примеру 1. Катализаторы, используемые в таблицы 1, имеют следующий состав ГП - 534- 3,2 МоО 3 - 12,3 КГУ-941- 2,9 МоО 3 - 14,0 ГКД-202 П МоО 3 - 7,7 СоО - 4,0 КНГ-1 -2,0. 1 Алюм-ый пор-к Кат-р ГП-534 кварц ок-д молибдена 2 Алюм-ый пор-к Кат-р КГУ-941 кварц оксид никеля 3 Алюм-ый пор-к Кат-рГКД-202 П кварц оксид кобальта 4 Алюм-ый пор-к Кат-р КНГ-1 кварц оксид никеля Способ утилизации отработанных металлсодержащих катализаторов на носителе из оксида алюминия, включающий восстановительную плавку отработанных катализаторов совместно с алюминием в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, отличающийся тем, что в шихту вводят кварц и оксид одного из металлов либо молибдена, либо кобальта, либо никеля, а плавку ведут при наложении центробежных сил. Керамика Муллит Муллитокорунд 110,1