含镍铝废催化剂的回收利用
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作者: 孙毓韬 李树白 朱峰
【摘要】含镍铝废催化剂的回收利用中，回收Ni是重点，而往往忽视了Al的回收，本文全面设计了含镍铝废催化剂的回收工艺，重点针对铝的回收进行了实验室研究，得到了最佳工艺条件。
【关键词】镍铝基;废催化剂;硫酸镍;氧化铝;回收利用
一、概述
工业生产催化过程中常采用多组分固体催化剂。随着时间的推移，催化剂的某些组分在形态，结构以及数量上会发生变化，导致催化剂失去活性，成为废催化剂。废催化剂中含有大量的有色金属和贵金属，必须加以祸首利用。对于人均资源拥有率较低的我国来讲，意义深远。
含铝镍催化剂中最常见的是镍铝合金粉经活化处理制得的兰尼镍触媒，它是一种高活性催化剂。主要应用于催化加氢反应过程。如以气态烃为原料的合成氨工业。对废镍触媒回收后制得的晶体硫酸镍，在电镀、无机化工、有机合成、硬化油生产、印染、医药以及玻璃陶瓷等多方面有着广泛的应用。氢氧化铝在纸张、油墨、美术颜料中作颜料和填料，在玻璃和搪瓷中作展色剂，还可制阻燃剂，制药或作牙膏的基料。用氢氧化铝进一步制备的氧化铝可制备活性氧化铝、氧化铝除氟剂等。
二、含镍铝基废催化剂的回收工艺过程
1.废催化剂中针对铝回收的工艺方案
采用钠盐焙烧镍触媒，其主要是利用钠盐和氧化铝反应生成铝酸钠，使不溶性的氧化铝转化成为可溶于水的铝酸钠，再通过拜耳法生产得到工业氧化铝， Ni、Fe等则成为不溶解镍渣中，通过压滤从溶液中分离出来，镍渣中镍含量由处理前的5%上升到10%左右，而氧化铝则由60%以上下降到10%左右。通过这一步的处理，不仅充分回收了氧化铝，而且最大程度的降低了后期镍渣冶炼成本。
2.主要工序及原理
（1）焙烧工序
将原料放置焙烧炉中焙烧至不冒烟。
（2）碱溶工序
焙烧后的原料经碱溶后，大部分氢氧化铝被溶解。过滤后将滤液用硫酸调至pH=5.2时，溶液中的偏铝酸钠全部变为氢氧化铝沉淀，沉淀经老化后过滤得氢氧化铝粗品，进一步处理可得氢氧化铝产品和氧化铝产品。
（3）酸溶
酸溶过程中，钙、镁与硫酸作用生成硫酸钙沉淀进入浸渣，而铁、钛及少量铝会与镍一起溶解进入浸出液，利用上述杂质形成氢氧化物沉淀pH比氢氧化镍沉淀pH低的性质，在氢氧化镍形成之前可通过水解沉淀的方法将这些杂质除去，以达到分离提纯的目的。
（4）除杂
硫酸镍除杂工艺主要是利用金属硫酸盐的水解作用不同而达到与杂质分离的目的。分别将溶液的pH值调至4.1，5.2，6.2，6.7就可以使Fe3+，Al3+，Cr2+，Ni2+水解完全而生成相应的氢氧化物沉淀，通过过滤而除掉。
三、实验内容
1.预处理
将废催化剂在焙烧炉中高温下保持1.5h，然后将废催化剂在碱液中浸泡3h以上，使溶液的pH维持在10左右。过滤后将pH调至5.5，过滤得氢氧化铝粗品，经水洗，烘干得氢氧化铝成品。碱溶后水洗用硫酸溶解。当pH为2～3时，反应达到终点。按工序2.4中的要求进行除杂，进行三次，结晶，甩干，脱水后得晶体硫酸镍。镍回收率达92%，铝回收率达85%。
2.影响因素分析
（1）焙烧温度的影响
做焙烧温度单因素对比实验。实验结果如表1所示。
表1 不同焙烧温度对铝回收率的影响
编号 温度 焙烧后物料 溶出后物料 铝回收率（%）
质量（g） 氢氧化铝（%） 质量（g） 氢氧化铝（%）
1 1200 10 19.21 8.7 14.18 39.54
2 1100 10 18.57 8.2 4.73 81.12
3 1000 10 17.37 7.9 4.60 81.06
4 900 10 17.63 8.0 6.43 73.42
5 800 10 17.03 7.8 3.85 83.71
6 700 10 15.62 8.3 8.98 55.13
可以看出，从铝的回收率和经济方面来考虑，800℃是进行铝回收的最佳焙烧温度。
（2）焙烧时间的影响
做焙烧时间单因素对比实验。实验结果如表2所示。
表2 不同焙烧时间对铝的回收率的影响
编号 焙烧时间 焙烧后物料 溶出后物料 铝回收率（%）
质量（g） 氢氧化铝（%） 质量（g） 氢氧化铝（%）
1 20min 10 17.58 7.9 3.96 83.79
2 40min 10 17.56 7.9 3.57 84.99
3 80min 10 16.83 7.9 3.89 83.81
4 110min 10 16.96 7.9 3.92 83.65
可以看出，焙烧时间的延长不会导致铝回收率的提高。因此，实验中的焙烧时间定为40min。
（3）碳酸钠添加量的影响
做碳酸钠的添加量单因素对比实验。实验结果如表3所示。
表3 不同碳酸钠添加量对铝的回收率的影响
编号 Na/Al
（摩尔比） 焙烧后物料 溶出后物料 铝回收率（%）
质量（g） 氢氧化铝（%） 质量（g） 氢氧化铝（%）
1 0.9 10 17.81 8.7 15.34 28.65
2 1.1 10 18.26 8.4 9.73 61.24
3 1.3 10 17.15 7.8 4.16 86.12
4 1.5 10 18.35 7.8 4.28 85.20 可以看出，碳酸钠的添加量按 Na/Al=1.3添加较为合适。
（4）溶出温度的影响
做溶出温度单因素对比实验，实验结果如表4所示。
表4 不同溶出温度铝的回收率
编号 溶出温度
（℃） 焙烧后物料 溶出后物料 铝回收率（%）
质量（g） 氢氧化铝（%） 质量（g） 氢氧化铝（%）
1 55～60 10 16.49 8.2 6.23 73.92
2 65～70 10 16.49 8.0 6.25 81.32
3 85～90 10 16.49 8.0 5.51 84.84
4 95～100 10 16.49 8.0 5.68 83.38
可以看出，最佳的溶出温度为 85～90℃之间。
（5）溶出时间的影响
做溶出时间单因素对比实验。实验结果如表5所示。
表5 不同溶出时间铝的回收率
编号 溶出时间 焙烧后物料 溶出后物料 铝回收率（%）
质量（g） 氢氧化铝（%） 质量（g） 氢氧化铝（%）
1 5min 10 16.68 8.2 5.81 73.39
2 10min 10 16.68 8.1 4.63 79.43
3 15min 10 16.68 8.0 3.61 84.76
4 20min 10 16.68 8.0 3.65 84.42
可以看出，最佳的溶出时间为15min。
综上所述，对于含镍铝废催化剂的回收工艺的设计主要有：焙烧、碱溶、酸溶、除杂等工序。而对铝回收而言，最佳工艺条件为：焙烧温度800℃，焙烧时间40min，碳酸钠按Na/Al=1.3添加;溶出温度85～90℃之间，溶出时间15min。
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基金项目：常州工程职业技术学院2011年院级科研课题《含镍铝基废催化剂中回收氧化铝和富集镍的“循环”利用研究》部分成果（编号：CX2011-11）。
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