Tungsten综述文章：从废弃加氢脱硫催化剂回收过渡金属的研究进展

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摘要

加氢脱硫（HDS）催化剂广泛应用于石油化工行业，通常用于脱除重质石油中的有机硫化物与金属污染物。日本、美国、中国等都将废弃HDS催化剂列入危险废物名录，在排放前必须对其进行处理。全球铝基废弃HDS催化剂的年产生量约为1.2×10⁵吨，其中含有0.5%-15%的钒，4%-12%的钼，1%-5%的镍，0.5%-3%的钴，具有极高的资源回收价值。

近日，中国科学院过程工程研究所 杜浩研究员团队在英文刊《Tungsten》上在线发表了标题为“Recent advances in the recovery of transition metals from spent hydrodesulfurization catalysts”的综述文章。该篇文章围绕废弃HDS催化剂预处理、焙烧、浸出和分离过程最新进展，讨论了不同回收技术有价金属回收率、产物纯度、工业生产应用、发展前景以及对生态环境的影响。在文章的最后，作者总结了多种回收工艺的优缺点，为废弃HDS催化剂高效清洁利用技术的开发提供了理论基础支撑。

图文详情

图1所示为典型废弃HDS催化剂回收工艺路线，通过预处理、焙烧、浸出和分离等工序可实现废催化剂中有价金属的回收利用。

图1 废弃HDS催化剂典型回收工艺

图2为废催化剂微波焙烧原理图，在微波作用下样品内部产生了温度梯度，其矿相结构遭到破坏，能够高效去除样品中的积硫、积碳与渣油从而提高金属回收率。废催化剂在焙烧过程中发生的物相变化，氧化焙烧将低价金属硫化物转化为高价氧化物，钠化/钙化焙烧则将硫化物转化为可溶性盐，之后通过浸出反应将其溶出到溶液中[2, 3, 4, 5, 6]。

图2 废催化剂微波焙烧原理图[1]

采用不同浸出工艺处理后浸出液中各有价金属离子的存在形式[7, 8, 9, 10]，根据浸出液离子的存在形式、金属离子浓度以及溶液的pH值可以选择相应的分离工艺，如图3所示，包括化学沉淀、溶剂萃取、离子交换、活性炭吸附等，从浸出液中获得相应的产品。

图3 分离提纯工艺总结（化学沉淀 [11, 12, 13]，溶剂萃取 [14, 15, 16, 17]，离子交换 [18]，活性炭吸附 [19]）

表1对当前主流的废HDS催化剂回收工艺进行了对比总结，例如，钠化焙烧-水浸-沉淀法由于操作简单，工艺成熟，是目前应用最为广泛的废催化剂回收工艺，但该工艺会产生大量高盐氨氮废水，处理代价高。物理预处理-直接浸出-溶剂萃取法是一种极具发展潜力的回收方法，可减少二次污染并实现废催化剂高效回收。

表1 各工艺优缺点总结

总结与展望

废HDS催化剂是一种重要的二次资源，含有大量的V、Mo、Ni、Co等有价金属，尤其钒含量，高于自然界中大多数含钒原料，具有很高的利用价值，但同时废催化剂处理的环境法规也越来越严格。因此，废HDS催化剂的综合回收处理技术应运而生。在过去的几十年中，报道了一系列涉及预处理、焙烧、浸出、分离和提纯的工艺，可以基本实现从废催化剂中回收主要有价金属。然而，要实现废弃HDS催化剂综合清洁利用，还需要在技术创新、经济评价和环境影响等方面做进一步的工作。

引用

Wang JZ, Du H, Olayiwola, et al. Recent advancesin the recovery of transition metals from spent hydrodesulfurization catalysts.Tungsten.2021; 3(3): 305-328.

全文链接

https://link.springer.com/article/10.1007/s42864-021-00095-5

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内容为【钨科技英文 Tungsten】公众号原创，供稿人：王健璋。

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专刊介绍

作者简介

杜浩

杜浩，中国科学院过程工程研究所研究员、博导，中国科学院大学国际学院岗位教授。主要从事表面化学、清洁工艺、绿色过程与工程废弃物资源化利用的基础研究与应用工作，研究成果极大地推动了以活性氧调控为核心的湿法冶金理论体系的形成，支撑了钒产业清洁生产技术的创新和应用推广，与企业合作完成多项工程示范。近年来主持国家部委、中科院、企业委托等项目20余项，撰写英文专著（章节）1部、中文专著1部，发表学术论文140余篇，其中SCI论文87篇，获省部级科技进步奖四项。

王少娜

王少娜，中国科学院过程工程研究所副研究员，2009年从中科院过程工程研究所获得博士学位后留所工作至今，主要从事含钒资源清洁生产-高值材料制备一体化技术的原始开发与产业化放大工作，近年来撰写中文专著（章节）1部，发表学术论文54篇，其中SCI收录40篇；获省部级科技进步奖四项。

刘彪

刘彪，中国科学院过程工程研究所副研究员，2014年中科院过程工程研究所获得博士学位后留所工作至今，主要从事钒清洁提取技术及产品短流程制备技术开发与产业应用，承担国家及省部级科技项目5项，发表SCI文章30余篇，申请专利25项，获得省部级科技奖2项。

参考文献

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