Desarrollo de procesos hidrometalúrgicos para reciclar metales valiosos a partir de catalizadores SCR deNOX gastados.

Scientific Reports volumen 11, número de artículo: 22131 (2021) Citar este artículo

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El catalizador gastado, que contiene óxido de vanadio y tungsteno en una matriz de fibra de vidrio de TiO2, plantea un riesgo de contaminación ambiental debido a la alta toxicidad de sus óxidos metálicos si se lixivia en el suelo cuando se elimina en vertederos. Debido a la creciente demanda de metales y al continuo agotamiento de los recursos primarios, existe una creciente necesidad de reciclaje y reprocesamiento de catalizadores gastados y otras fuentes secundarias de metales por razones ambientales y económicas. Estudio del proceso de tostación en soda del catalizador SCR gastado con NaOH disuelto comparado con la tostación seca habitual con NaOH y su influencia en la posterior lixiviación con agua. Después de la optimización, los parámetros ideales son tostación usando una proporción de 0,4 de NaOH/catalizador SCR gastado en solución durante 2 h a 973 K y lixiviación con agua desionizada durante 30 min, a 298 K con una densidad de pulpa del 30%. Los resultados de la investigación muestran una reducción importante de la temperatura de tostación y el tiempo de lixiviación durante el procesamiento del catalizador SCR gastado obteniendo un licor de lixiviación de 95,4% W y 80,2% V. Los compuestos de silicio son una de las principales impurezas lixiviadas junto con los metales valiosos y en este trabajo, los compuestos de silicio lixiviados se reducen significativamente con el objetivo de evitar el posprocesamiento de desilicación del licor de lixiviación. La principal ventaja del proceso propuesto es el aumento de la eficiencia de lixiviación de vanadio y tungsteno con una minimización de las impurezas de silicio en un menor tiempo independientemente de la temperatura de lixiviación.

Desde la década de 2000 (nuevo milenio), la creciente preocupación por la contaminación ambiental causada por los óxidos de nitrógeno ha influido directamente en una mayor producción y demanda de catalizadores de reducción catalítica selectiva (SCR) para la minimización de los NOx vertidos desde una variedad de fuentes (estacionarias y móviles). en todo el mundo1,2,3. Por tanto, la cantidad de residuos de catalizadores generados al aumentar la cantidad de catalizadores SCR producidos también está aumentando4,5. Hasta ahora, los catalizadores SCR gastados que han sido desactivados por envenenamiento se han regenerado y reutilizado hasta reducir su actividad, momento en el que la mayoría de ellos son eliminados en vertederos con residuos designados según la normativa de cada país6,7,8. Sin embargo, la composición del catalizador gastado presenta otra amenaza ambiental cuando se elimina o entierra debido a la acumulación y lixiviación de V2O5, un compuesto altamente tóxico junto con otros metales pesados. Además, el catalizador desactivado no puede reprocesarse directamente como un nuevo portador de catalizador debido al alto contenido de As, Na, Ca, Fe y K y su vulnerabilidad a la toxicidad química9,10,11. Uno de los catalizadores más comunes y efectivos son los catalizadores SCR que consisten en V2O5-WO3/TiO2 que, generalmente, tienen un contenido muy alto de Ti, W y V, por lo que puede ser una opción económica y ambientalmente viable recuperarlos y reutilizarlos. El Ti, W y V remanufacturados después de la recuperación pueden usarse como materias primas para nuevos catalizadores o como materias primas en otras industrias4,12,13. En consecuencia, se están realizando activamente estudios de desarrollo de tecnología para recuperar y remanufacturar materias primas a partir de catalizadores gastados14. Son ampliamente conocidos una variedad de métodos hidrometalúrgicos para el reciclaje de titanio, tungsteno y vanadio a partir de catalizadores SCR usados, y consisten en la preparación de un lixiviado mediante tostado con soda15, presurizado16 o lixiviación ácida y alcalina, y luego purificado para obtener el valioso metales en la solución17.

Wu et al. (2016) estudiaron el reprocesamiento de tungsteno a partir de catalizador SCR gastado (tipo panal) mediante el método de lixiviación alcalina-intercambio iónico. Las muestras de catalizador gastado de un tamaño de partícula de 74 μm se lixiviaron en una alta proporción de líquido del 3 % y una temperatura de reacción de 70 °C durante 30 min, respectivamente, y se lixiviaron el 91 % en peso y el 87 % en peso de W y V, respectivamente. El lixiviado se adsorbió utilizando una resina de intercambio aniónico de base fuerte (Amberlite IRA900) y el WO4- divalente se separó selectivamente en condiciones de pH alto18. Choi et al. (2019, 2018a) realizaron experimentos de tostado con soda con Na2CO3 para reaccionar con los catalizadores SCR gastados. La cantidad de Na2CO3 fue de 10 equivalentes y el catalizador SCR gastado con un tamaño de partícula inferior a 106 μm se calcinó a 1070 K durante 120 min. En este estudio, se encontró que el aumento de la cantidad de tungsteno lixiviado estaba relacionado con la inhibición de la producción de CaWO4 debido al aumento de la adición de Na2CO3 junto con la tasa de cambio de fase de la anatasa TiO2 a rutilo. Por el contrario, la cantidad de vanadio lixiviado no estuvo influenciada por la cantidad de carbonato de sodio, y los resultados del experimento mostraron una tasa constante aproximada de aproximadamente el 40%. Esto se atribuyó a la producción de ácido calcio vanadio al reaccionar con CaO presente en la materia prima, y la capacidad de lixiviación del V se obtuvo analizando la cantidad de calcio en la materia prima2,10,15. Wu et al. (2018) examinaron los mecanismos de reacción y lixiviación selectiva de V y Fe utilizando ácido oxálico. El experimento se realizó durante 180 minutos bajo la condición de una temperatura de reacción de 90 °C, una alta proporción de líquido de 20 ml/g y un tamaño de partícula de 75 μm utilizando una concentración de ácido oxálico de 1,0 mol/l. Los resultados mostraron una Se lixiviaron el 84% del V y el 96% del Fe. Los cationes solubles VO2+ y Fe3+ fueron reducidos mediante el proceso de disolución y complejación en la reacción de lixiviación. Se encontró que V y Fe producían una alta lixiviación cuando estaban presentes en ciertas formas de VOC2O4 y Fe(C2O4)2 a un pH de 0,33, lo que demostró que la reacción de oxidación-reducción resultó en la destrucción del equilibrio de disolución y complejación de VO2+, VO+. y Fe3+. En el caso del tungsteno y el titanio, sólo se produjo la reacción de disolución y complejación y la eficiencia de lixiviación se vio obstaculizada por la solubilidad19.

Sin embargo, en estudios previos, si se lixivia una gran cantidad de SiO2 junto con vanadio y tungsteno, existe un proceso de lixiviación competitivo donde la lixiviación de vanadio y tungsteno podría inhibirse por la presencia de silicio. Además, después de la lixiviación para la separación de los metales del título mediante intercambio iónico o extracción con solventes, se debe eliminar el silicio agregando un paso adicional al proceso de recuperación y purificación15,20,21,22.

En este estudio, realizamos un proceso hidrometalúrgico mediante tostación de soda y lixiviación con agua para la recuperación de vanadio (V) y tungsteno (W) de catalizadores SCR deNOx usados. La eficiencia de lixiviación de vanadio, tungsteno y la impureza de silicio se comparó basándose en la premisa de que la fase del agente de tostación, ya sea NaOH sólido o solución de NaOH, afecta las condiciones de lixiviación de los metales del título y la cantidad de impureza de silicio lixiviada. La condición óptima de lixiviación se deriva de la cantidad, temperatura y tiempo del agente de tostación. Para la lixiviación con agua, los parámetros a considerar son la relación sólido-líquido, la temperatura de reacción y el tiempo de reacción.

En el proceso de tostado de soda, el vanadio y el tungsteno reaccionan con NaOH para formar los compuestos solubles en agua NaVO3 y Na2WO4 como se muestra en las reacciones 1 y 2. Sin embargo, en los catalizadores SCR gastados, además del vanadio y el tungsteno, actúan como catalizador principal. agentes, existe una matriz de fibra de vidrio que mejora las propiedades mecánicas del catalizador y está formado principalmente por SiO2, por lo que se genera Na2SiO3 (reacción 3) durante el proceso de tostación. Al ser Na2SiO3 un compuesto soluble en agua, se lixivia junto con V y W, lo que posiblemente podría inhibir o reducir la eficiencia de lixiviación de los metales valiosos. Como resultado, la cantidad de vanadio y tungsteno lixiviados disminuye debido a la presencia de compuestos solubles en silicio. Su et al. (2018) estudiaron la termodinámica de las tres reacciones que se muestran a continuación y establecieron que todas las energías de Gibbs libres estándar para las reacciones son negativas, lo que indica espontaneidad en la producción de las sales de sodio, sin embargo para temperaturas entre 0 y 200 °C la mayoría La reacción favorable es la reacción del vanadio seguida de la del tungsteno y el silicio23.

Por lo tanto, se realizó un experimento para reducir la tasa de lixiviación de SiO2 y al mismo tiempo maximizar las condiciones de lixiviación para vanadio y tungsteno.

En el proceso de tostado de soda, la temperatura de reacción es un factor muy importante en la conversión de V2O5 y WO3 en NaVO3 y Na2WO4 de la materia prima. Se realizó un experimento para determinar el efecto de la fase y temperatura de reacción del NaOH utilizado como agente tostador en la cantidad de vanadio, tungsteno y silicio presentes en la solución lixiviante. Se agregaron 15 g de NaOH (50% de la materia prima) como un sólido a la muestra de catalizador SCR gastado y se tostó a 773 ~ 1173 K durante 2 h mientras se disolvían 15 g de NaOH en una cantidad suficiente de agua y se sometían a la misma tostación. temperaturas. Después del tostado, el residuo se lixivió en 100 mL de agua destilada a 298 K durante 3 h, densidad de pulpa = 30%. Como se muestra en la Fig. 1a, la eficiencia de lixiviación de vanadio y tungsteno aumentó a medida que aumentaba la temperatura de tostación. Cuando se utilizó NaOH disuelto como agente tostador, la tasa de lixiviación fue muy baja a 773 K, pero aumentó significativamente a 873 K, y se encontró que alcanzaba el máximo a 973 K. Por otro lado, cuando el agente tostador es sólido NaOH, la reacción comienza después de la fusión del NaOH, lo que da como resultado una menor eficiencia de lixiviación de los metales del título. Además, el NaOH disuelto tiene una actividad de transferencia de masa superior con vanadio y tungsteno en el catalizador gastado y los iones de sodio ionizados tienen una superficie de reacción mayor con las partículas del catalizador gastado que el NaOH en estado fundido. La Figura 1a muestra que la capacidad de lixiviación del vanadio y el tungsteno se maximiza cuando el agente de tostación es una solución de NaOH, mientras que la Fig. 1b muestra que a la misma temperatura de tostación (973 K) la concentración de silicio lixiviado en la solución es casi la mitad que en la solución. caso del sólido NaOH utilizado como agente de tostado. La lixiviación de compuestos de Si muestra que a una temperatura de tostación más alta la cantidad de Si lixiviado también aumenta, por lo tanto, es preferible una temperatura de tostación de sosa más baja para minimizar las impurezas de lixiviación de silicio.

Efectos de la temperatura al momento del proceso de tostación (s = sólido, aq = acuoso) en la (a) lixiviación de vanadio y tungsteno y (b) en la concentración de Si lixiviado.

Se realizó un experimento agregando la misma cantidad en masa de catalizador SCR gastado con una alícuota de NaOH (disuelto en suficiente agua) en diferentes proporciones que oscilan entre 0,1 y 0,5 de la materia prima para comparar la eficiencia de lixiviación del vanadio y el tungsteno. La mezcla de solución acuosa de NaOH y materia prima se calcinó en un horno de mufla durante 2 h a 973 K, y después de calcinarse; la muestra se añadió a agua destilada y se lixivió a 278 K durante 3 h con una densidad de pulpa del 30%. La cantidad de vanadio y tungsteno lixiviados según cada condición experimental se muestra en la Fig. 2a. A medida que aumentaba la concentración de NaOH, la eficiencia de lixiviación del vanadio y el tungsteno era mayor. Cuando la proporción de NaOH/catalizador SCR gastado fue superior a 0,1, la tasa de lixiviación aumentó significativamente, y cuando la proporción alcanzó 0,4, la eficiencia de lixiviación del tungsteno alcanzó un máximo, mientras que el aumento de la lixiviación de vanadio fue insignificante. Por lo tanto, una proporción de 0,4 de NaOH/materia prima se considera óptima para futuros experimentos. En el caso de la lixiviación de silicio, según el principio de Le-Chatelier, si la cantidad de NaOH es mayor el equilibrio se destinará a la formación de productos, que en el caso incluyen compuestos de silicio. Por lo tanto, una minimización de la cantidad de NaOH utilizada mientras se maximiza el vanadio y el tungsteno lixiviados conducirá a la minimización de los compuestos de silicio producidos. Como se analizó en la sección anterior, cuando se usa una solución de NaOH como agente de tostación la cantidad de Si lixiviado es menor, por lo tanto a una concentración reducida de NaOH la producción de compuesto de silicio será menor que en el caso del NaOH sólido usado como agente de tostación.

Efecto de la cantidad de hidróxido de sodio y el tiempo del proceso de tostado.

Para comparar la capacidad de lixiviación del vanadio y el tungsteno según el tiempo de tostación, se realizó una tostación de 30 a 180 min, seguida de la lixiviación. Como se muestra en la Fig. 2b, la eficiencia de lixiviación del vanadio aumenta a medida que aumenta el tiempo de tostación y la lixiviación de tungsteno alcanza un máximo después de 120 minutos. Debido a la baja concentración de vanadio en la muestra original y al objetivo de esta investigación de minimizar la cantidad de compuestos de silicio solubles en agua producidos durante la tostación, se establece 120 min como el tiempo de tostación ideal.

Se utilizaron varios experimentos para examinar cómo influye la densidad de la pulpa en la lixiviación a 298 K y 300 rpm durante un tiempo suficiente para tener una lixiviación completa (120 min). Como se muestra en la Fig. 3a, la densidad de la pulpa no tiene una gran influencia en la eficiencia de lixiviación; aún así, la mayor eficiencia de lixiviación se obtuvo con una densidad de pulpa del 30%. Mientras que, por encima del 40%, la eficiencia de lixiviación disminuye. Se espera que si la cantidad de catalizador usado es mayor, la concentración de vanadio y tungsteno lixiviado también será mayor; sin embargo, como se observa en la Fig. 3a, la eficiencia de lixiviación no mejora con el aumento de la densidad de la pulpa. Por lo tanto, para una transferencia de masa ideal se estableció como condición óptima una densidad de pulpa del 30%.

Efecto de la densidad de la pulpa (a), el tiempo (b) y la temperatura (c) para la lixiviación del catalizador SCR gastado.

Se exploró el efecto del tiempo de lixiviación de 10 a 180 min en la eficiencia de lixiviación de vanadio y tungsteno. Después del tostado con soda a 973 K durante 120 min, se utilizaron 100 mL de agua destilada para la lixiviación de 10 a 180 min a 298 K, 300 rpm y 30% de densidad de pulpa. Como se muestra en la Fig. 3b, el tiempo de lixiviación no contribuye significativamente a la eficiencia de lixiviación de vanadio y tungsteno. Varios investigadores han estudiado las condiciones ideales para la tostación y lixiviación del catalizador SCR gastado; sin embargo, el tiempo de lixiviación siempre ha sido largo (al menos 1 h) para maximizar la lixiviación de vanadio y tungsteno19,20,24,25. Por ejemplo, Luna et al. obtuvieron una lixiviación casi completa de vanadio y tungsteno en un intervalo de 1 h, sin embargo no consideraron la cantidad de silicio lixiviado junto con los metales del título26. Wu et al. realizó una lixiviación alcalina sin preprocesamiento (tostación con soda) del catalizador lo que tiene la desventaja de un gran consumo de álcali en el proceso y toma 180 min para maximizar la eficiencia de lixiviación de los metales valiosos19. Por otro lado, el proceso estudiado en esta investigación alcanza una máxima eficiencia de lixiviación de tungsteno y vanadio en 30 min con la ventaja adicional de la minimización de los compuestos de silicio lixiviados. Como se observa en la Fig. 4c3, la matriz de fibra de vidrio (compuesta principalmente por óxido de silicio) después de la lixiviación mantiene su estructura, lo que muestra la posibilidad de una mayor formación de compuestos de silicio solubles en agua, por lo que minimizar el tiempo de lixiviación es imperativo para minimizar el silicio lixiviado. Se deduce que el vanadio y el tungsteno se convirtieron en compuestos fácilmente solubles durante el proceso de tostación de la soda utilizando NaOH acuoso y eso facilitó la siguiente lixiviación.

Imágenes SEM de (a) catalizador SCR gastado en bruto, (b) catalizador SCR gastado tostado con soda y (c) residuo obtenido cuando la lixiviación con agua se realizó a 298 K.

En el proceso de lixiviación, la temperatura de reacción afecta la actividad de transferencia de masa de los metales objetivo solubles en agua y actúa como un factor importante para determinar la cantidad de metales lixiviados. El efecto de la temperatura de lixiviación sobre la eficacia de lixiviación de vanadio y tungsteno se estudió en un rango entre 298 y 343 K. Como se muestra en la Fig. 3c, la eficiencia de lixiviación para ambos elementos del título no muestra una correlación significativa con la temperatura en el proceso de lixiviación. , este hecho lleva a la conclusión de que desde un punto de vista económico se utilizará 298 K como temperatura óptima de lixiviación. Además, ha sido estudiado por varios autores que a medida que aumenta la temperatura de reacción, aumentan las actividades de sustancias distintas al vanadio y tungsteno en el catalizador gastado2,19,23,27, por lo que se prefiere una temperatura más baja (298 K) para evitar una aumento en la lixiviación de silicio o cualquier otra impureza.

Se tomaron imágenes SEM-EDS para el catalizador SCR gastado en bruto, después de la tostación y después de la lixiviación para comparar la morfología de los residuos en diferentes etapas. La Figura 4 muestra las imágenes SEM con diferentes aumentos para el catalizador SCR gastado original, el catalizador SCR gastado tostado con NaOH disuelto y el residuo después de la lixiviación. Las Figuras 4a1,b1,c1 muestran la muestra de catalizador gastado antes de la tostación, después de la tostación y después de la lixiviación con bajo aumento, respectivamente. Se puede observar que en el caso del catalizador gastado crudo (a1) existe una clara presencia de varillas de fibra de vidrio (sílice, alúmina y óxido de calcio) que son la principal preocupación de esta investigación debido a la minimización de la lixiviación de sílice como objetivo principal de la investigación. Como se observa en las figuras EDS posteriores, está claro que las partículas que rodean las varillas de fibra de vidrio están compuestas principalmente de óxido de titanio (forma anatasa), vanadio y tungsteno, mientras que la estructura primaria de la varilla es sílice. En la Fig. 4b1,c1, las varillas no tienen una forma clara a bajo aumento debido a la trituración realizada con mortero y maja del residuo tostado antes de la lixiviación.

Cuando se aumenta el aumento 1000 veces, se puede observar que en las Fig. 4a2, b2 hay cierta aglomeración en las estructuras tipo varilla, mientras que en la Fig. 4c) las estructuras de varilla muestran una textura suave. En la mayor ampliación Fig. 4a3,b3,c3, se puede observar en el catalizador gastado original una aglomeración en la parte superior del camino de fibra de vidrio que al ser analizado por EDS se atribuye a la presencia de vanadio y tungsteno en la matriz de fibra de vidrio. del catalizador gastado. Además, en la Fig. 4b3 hay aglomeración sobre la estructura tipo varilla, que cuando se analiza con EDS muestra la formación de una capa de compuestos de sodio formada sobre la matriz de fibra de vidrio. Finalmente, en la Fig. 4c3, se observa una textura suave característica de la superficie de fibra de vidrio, lo que lleva a deducir que los compuestos de vanadio y tungsteno sodio se lixiviaron de la superficie dejando la fibra de vidrio (compuesta de calcio, aluminio y silicio) en su forma original. .

En la Fig. 5 correspondiente al análisis EDS del catalizador SCR gastado en bruto, se puede apreciar que hay una estructura clara de varilla de silicio y calcio en el medio cubierta principalmente de tungsteno. Además, el vanadio y el titanio se distribuyen a lo largo de la muestra, la presencia de titanio alrededor de las estructuras tipo varilla y la distribución está de acuerdo con el componente principal del catalizador SCR que es TiO2 (fase anatasa).

Imágenes SEM-EDS y composición de elementos del catalizador SCR gastado en bruto.

La Figura 6 muestra el análisis EDS del catalizador luego del tostado, se puede observar una aglomeración de partículas de sodio cubriendo la varilla de fibra de vidrio las cuales indican la formación de compuestos de sodio como vanadato de sodio y tungstato. Sin embargo, debido a la gran presencia de sodio en toda la estructura en forma de varilla, se puede deducir que podría haberse formado algo de Na2SiO3, pero debido a la uniformidad y la alta superficie para la reacción de la solución de NaOH con vanadio y tungsteno, no existe una capa formada sobre la matriz de fibra de vidrio que inhibe una alta lixiviación de compuestos de silicio. Además, el porcentaje de sodio en la muestra ha aumentado de acuerdo con la reacción con los metales presentes.

Imágenes SEM-EDS y composición de elementos del catalizador SCR gastado tostado.

Se observa en los patrones EDS en la Fig. 7 que después de la lixiviación la densidad de las partículas de sodio presentes en la muestra disminuye, mientras que el porcentaje de vanadio casi se mantiene constante (debido a la pequeña presencia inicial de este elemento) pero el tungsteno disminuye significativamente. Además, el porcentaje de compuestos de silicio varía, lo cual está de acuerdo con los resultados obtenidos en los parámetros de tostación y lixiviación analizados anteriormente. Además, la morfología de la muestra mantiene la estructura tipo varilla sin un gran cambio en forma o dimensiones, lo que lleva a concluir que se lixivió una menor cantidad de silicio cuando se utilizó solución de NaOH como agente de tostación, además algunas pequeñas La aglomeración de partículas sobre la fibra de vidrio es indicativa de que el vanadio y el tungsteno no se lixiviaron durante el proceso.

Imágenes SEM-EDS y composición de elementos del catalizador lixiviado.

El catalizador SCR gastado en bruto se obtuvo de la central termoeléctrica de Samcheonpo, Corea del Sur. Las muestras se trituraron hasta un tamaño inferior a 100 μm, además de eliminar el polvo y los contaminantes de la superficie antes de los experimentos. Las muestras de catalizador gastado trituradas se secaron a 100 °C durante un día. La composición de la materia prima utilizada en el experimento se muestra en la Tabla 1 y el diagrama XRD se muestra en la Fig. 8.

Patrón XRD del catalizador SCR gastado.

Se utilizó hidróxido de sodio (NaOH, suministrado por Junsei Chemical, 99 % de pureza, Japón) para la tostación con soda del catalizador SCR deNOx gastado. El NaOH reacciona con V2O5 y WO3 insolubles para obtener compuestos solubles (NaVO3, Na2WO4) mediante tostado con soda a partir de catalizadores SCR deNOx gastados. Para comparar la eficiencia según el estado (sólido o líquido) del NaOH utilizado como agente de tostación, se molió NaOH sólido y se mezcló con el catalizador SCR gastado y se colocó en un crisol de alúmina. Por otro lado, se mezcló NaOH disuelto con el catalizador SCR gastado y se estabilizó durante 10 minutos para humedecer totalmente el sólido en un crisol de alúmina en preparación para el proceso de tostación. La cantidad de NaOH añadida fue del 10 al 50% en peso, dependiendo del peso de la materia prima, y se asó en un horno de mufla sin entrada de gas ni aire durante 2 h variando las condiciones de temperatura. Los experimentos de tostación se realizaron a temperaturas que oscilaron entre 773 y 1173 K y con una variación de tiempo de 30 a 180 min para comprender el efecto de la temperatura y el tiempo de reacción. Después de tostar la soda, la muestra enfriada se colocó en un reactor de teflón y se realizaron experimentos de lixiviación en una placa caliente modificando diferentes condiciones como densidad de la pulpa, temperatura y tiempo de reacción. El proceso general para el catalizador SCR gastado se muestra en la Fig. 9.

Diagrama de flujo del proceso hidrometalúrgico ecológico para la lixiviación de catalizadores SCR DeNOx gastados.

Para obtener la concentración de los elementos del título (V, W, Si) en el licor de lixiviación se utilizó un espectrómetro de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES, Optima 8500, EE. UU.). La composición de la muestra cruda y los residuos del catalizador SCR gastado se analizó mediante un difractómetro de rayos X (XRD, Rigaku, Japón). Se utilizó el microscopio electrónico de barrido y el espectrómetro de dispersión de energía (SEM-EDS, JSM-6380LA, Japón) para analizar la superficie y la composición de las muestras.

Debido al riesgo medioambiental que supone el catalizador SCR gastado cuando se desecha en los vertederos y a la presencia de metales valiosos como el vanadio y el tungsteno, existe una gran necesidad de reciclar estos recursos secundarios. Durante la presente investigación, se optimizó el proceso de tostación del catalizador SCR gastado comparando la tostación seca con NaOH y la tostación acuosa utilizando una solución de NaOH como agente de tostación. El objetivo principal de la investigación es maximizar la eficiencia de lixiviación de ambos metales y al mismo tiempo minimizar los compuestos de silicio lixiviados en la solución impregnada. Las condiciones óptimas para la tostación son una relación másica de 0,4 de NaOH/solución de catalizador SCR gastado durante 2 h a 973 K. Con una posterior lixiviación con agua desionizada durante 30 min, a 298 K con una densidad de pulpa del 30%. En las condiciones óptimas hubo una eficiencia de lixiviación de 95,4 ± 3% de tungsteno mientras que la eficiencia de lixiviación de vanadio osciló en 80,2 ± 3%. Los resultados de la investigación mostraron que el uso de una solución de NaOH como agente de tostación redujo la lixiviación posterior de compuestos de silicio y se observó que en las condiciones óptimas de tostación la cantidad de sílice lixiviada fue aproximadamente la mitad que cuando se usó NaOH seco como agente de tostación.

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Este estudio fue apoyado por el Centro de I+D para Reciclaje Valioso (Programa de I+D de primer nivel mundial) del Ministerio de Medio Ambiente (Número de proyecto: 2019002230001), Corea. Este trabajo fue apoyado por una subvención del Instituto Coreano de Evaluación y Planificación de Tecnología Energética (KETEP) por el gobierno de Corea (MOTIE) (20217510100020, Desarrollo de un proceso de plataforma utilizando tecnología de materialización y núcleo común para la recuperación de metales raros a partir de líquidos residuales industriales de baja calidad).

Estos autores contribuyeron igualmente: Jong Hyuk Jeon y Ana Belen Cueva Sola

Centro de Investigación de Convergencia para el Desarrollo de Recursos Minerales (DMR), Instituto Coreano de Geociencias y Recursos Minerales (KIGAM), Daejeon, 34132, Corea

Jong Hyuk Jeon, Ana Belén Cueva Sola, Jin-Young Lee y Rajesh Kumar Jyothi

Departamento de Reciclaje de Recursos, Universidad de Ciencia y Tecnología de Corea (UST), Daejeon, 34113, Corea

Ana Belén Cueva Sola, Jin-Young Lee y Rajesh Kumar Jyothi

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El Dr. JHJ hizo todos los experimentos y escribió el manuscrito. La Sra. ABCS hizo el análisis formal de los datos SEM y SEM-EDS y editó el manuscrito, el Prof. J.-YL y el Prof. RKJ supervisaron los experimentos, hicieron el análisis formal y editaron el manuscrito.

Correspondencia a Rajesh Kumar Jyothi.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Jeon, JH, Cueva Sola, AB, Lee, JY. et al. Desarrollo de procesos hidrometalúrgicos para reciclar metales valiosos a partir de catalizadores SCR deNOX gastados. Representante científico 11, 22131 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-01726-0

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Recibido: 29 de junio de 2021

Aceptado: 01 de noviembre de 2021

Publicado: 11 de noviembre de 2021

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-021-01726-0

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