Titanium Dioxide Recovery from Soda-roasted Spent SCR Catalysts through Sulphuric Acid Leaching and Hydrolysis Precipitation

Abstract

Sulphuric acid (H2SO4) leaching and hydrolysis were experimented for the recovery of titanum dioxide (TiO2) from the water-leached residue followed by soda-roasting spent SCR catalysts. Sulphuric acid leaching of Ti was carried out with leachate concentration (4~8 M) and the others were fixed (temp.: 70 °C, leaching time: 3 hrs, slurry density: 100 g/L, stirring speed: 500 rpm). For recovering of Ti from the leaching solution, hydrolysis precipitation was conducted at 100 °C for 2 hours in various mixing ratio (leached solution:distilled water) of 1:9 to 5:5. The maximum leachability was reached to 95.2 % in 6 M H2SO4 leachate. on the other hand, the leachability of Si decreased dramatically 91.7 to 3.0 % with an increase of H2SO4 concentration. Hydrolysis precipitation of Ti was proceeded with leaching solution of 8 M H2SO4 with the lowest content of Si. The yield of precipitation increased proportionally with a dilution ratio of leaching solution. Moreover, it increased generally by · Received : August 25, 2020 · Revised : September 24, 2020 · Accepted : September 29, 2020 § Corresponding Author : Jaeryeong Lee (E-mail : jr-lee@kangwon.ac.kr) Department of Energy & Resources Engineering, Kangwon National University, 1 Gangwondaehak-gil, Chuncheon-si, Gangwon-do 24341, Korea cThe Korean Institute of Resources Recycling. All rights reserved. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/), which permits unrestricted non-commercial use, distribution and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 소다배소 처리된 탈질 폐촉매로부터 황산침출과 가수분해 침전반응에 의한 TiO2의 회수 49 자원리싸이클링 제 29권 제 5호, 2020 1. 서 론 SCR(Selective Catalytic Reduction) 성능의 탈질촉매 는 화력발전소, 소각장 등에서 발생하는 배출가스 중 대 기오염물질인 NOX를 환원제인 암모니아, 요소와 반응시 켜 인체와 환경에 무해한 N2, H2O로 변환시키는데 사용 되는 촉매로써, 조성이 TiO2 70~80 %, WO3 5~12 %, V2O5 1~5 %인 V2O5-WO3/TiO2 type 촉매가 주로 사용되 고 있다. 이러한 탈질촉매는 현장에 설치된 후, 사용시간 이 경과함에 따라 효율이 점차 감소되기 때문에 일반적으 로 20,000 시간을 주기로 재생하거나 새로운 촉매로 교체 하여야 한다. 교체된 사용 후 폐촉매는 조성에 따라 일반 또는 지정폐기물로 분류되어 매립처리 되고 있으며 2014 년 기준 연간 11,000 톤의 폐촉매가 발생되었고, 이 중 9,600 톤이 매립되고, 1,400 톤만이 재활용되었다. 탈질 폐촉매의 재활용에 관한 연구는 탈질 촉매 원료가 격 중 50 % 이상을 차지하는 텅스텐, 바나듐의 회수에 관 한 연구가 주로 진행되었다. 대표적인 재활용연구로는 탈질 폐촉매를 황산으로 침출 후, 침출액으로부터 용매 추출법을 이용한 바나듐을 회수하는 연구, 탈질 폐촉매 를 탄산나트륨(Na2CO3)을 이용하여 배소처리 후, 수침 출에 의한 텅스텐과 바나듐을 회수하는 연구, 탈질 폐촉 매를 수산화나트륨(NaOH)과 혼합 후, 가압침출하여 텅 스텐(Tungsten, W)과 바나듐(Vanadium, V)을 회수하는 연구 등이 실행되었다. 이렇듯 탈질촉매의 재활용 연구는 대부분 W과 V 회수연구에 집중되어 진행되었다. 탈질촉매의 70 % 이상을 차지하는 TiO2는 대표적 백 색 안료로써 백색도, 굴절율, 은폐력, 착색력이 우수하며, 열적, 화학적으로도 안정하여 플라스틱, 도료, 고무, 제지 산업에서 특성향상 첨가제로 널리 이용되고 있다. 또한, 탈질 폐촉매에서 텅스텐, 바나듐 회수를 위해서도 처리 후 발생되는 대량의 잔사(residue)에 대해 환경적으로 적 절한 TiO2의 회수공정 개발이 요구되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 탈질 폐촉매로부터 W, V 회수 를 위해 소다배소(Na2CO3) 후 수침출을 실시한 잔사로부 터, TiO2를 회수하기 위해 황산을 이용한 산침출과 침출 액의 가수분해 침전반응을 실시하여 TiO2 성분의 회수율 과 회수된 TiO2에 대한 순도 및 형상을 평가하였다.