一種鉑精煉的新工藝探索

李明++馬紅周++黃國生

摘 要：該文針對傳統鉑精煉工藝“王水溶解—氯化銨反復沉淀法”存在含氮氧化物尾氣難以治理、勞動強度大等不足，探索了一種采用水合肼還原精煉的新型鉑精煉方法。該研究者考察了水合肼對粗氯鉑酸銨的還原效果，確定了最佳反應條件。在最佳反應條件下，水合肼還原法所得海綿鉑合格率為100%，單次提純直收率為95%左右，三遍提純直收率為86%左右。

關鍵詞：鉑 水合肼 還原精煉 合格率 直收率

中圖分類號：TF83 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（b）-0076-02

由于鉑族金屬具有獨特的、其他金屬不可替代的物理化學性能，已廣泛應用于航天、汽車、原子能、信息、環保、能源、化學化工、石化、玻璃纖維、廢氣凈化、新材料、冶金、生物工程、醫學醫療等各個領域，在20世紀中期被稱為“現代工業維他命”，二十世紀九十年代以來更進一步被贊謄為“笫一重要的高技術金屬”，其中鉑因其獨特的物理化學性質而被廣泛應用于汽車、石油化工、電氣電子等現代工業中[1]。

鉑精煉有多種方法，歸納起來有溴酸鈉水解法、氧化載體水解法、堿溶法、氯化羰基鉑法、熔鹽電解法、氯化銨反復沉淀法等[2]。作為我國礦產鉑族金屬提煉中心，金川集團股份有限公司貴金屬冶煉廠采用的就是王水溶解—氯化銨反復沉淀工藝，該工藝存在含氮氧化物尾氣難以治理、勞動強度大等不足。為解決上述問題，開展鉑精煉新工藝研究，對于提升金川乃至我國鉑精煉工藝水平，降低環境污染都將具有十分重大的意義。

1 鉑精煉新工藝研究

1.1 原理

該文通過水合肼還原精煉的方法進行鉑的提純，利用水合肼的還原性將難溶于水的氯鉑（Ⅳ）酸銨還原成易溶于水的氯亞鉑（Ⅱ）酸銨，再利用氯氣的強氧化性質將氯亞鉑（Ⅱ）酸銨氧化成氯鉑（Ⅳ）酸銨而沉淀下來。通過氧化還原法有效地實現了鉑（Ⅱ）與鉑（Ⅳ）相互轉變，在該過程中實現分離與提純。

水合肼將氯鉑（Ⅳ）酸銨還原為氯亞鉑（Ⅱ）酸銨的反應方程式如下：

2NH2NH2+（NH4）2PtCl6→（NH4）2PtCl4+2N2↑+3H2↑+2HCl （1）

氯氣將氯亞鉑（Ⅱ）酸銨氧化為氯鉑（Ⅳ）酸銨的反應方程式如下：

（NH4）2PtCl4+Cl2→（NH4）2PtCl6↓ （2）

由于水合肼屬于有機還原劑，在反應過程中不會帶入新的金屬雜質，對鉑的產品質量具有良好的保障；同時還原反應過程放出氮氣及氫氣，不會對周邊環境產生污染，氧化過程使用氯氣，也不存在尾氣污染難以治理的問題[3]。

1.2 工藝流程

見圖1。

1.3 實驗原料與工具

實驗原料：通過萃取或化學精煉法產出的粗氯鉑酸銨，產品純度95%～98%，水分約20%。

實驗試劑：工業水合肼、工業用瓶裝氯氣、純水。

實驗工具：燒杯、量杯、電熱板、溫度計、抽濾瓶、定性濾紙、實驗用真空泵等。

1.4 實驗過程

1.4.1 原料預處理

由于工業原料粗氯鉑酸銨中含有大量的水和氯化銨等可溶性的鹽，直接在實驗中使用不便計算實驗收率，因此需要對其進行預處理，以除去其中所含絕大部分的可溶性鹽及水份。粗氯鉑酸銨的預處理方法如下。

取一定量粗氯鉑酸銨，按照固液比1：10加入到含17%氯化銨的水溶液中，不斷攪拌并加熱至微沸，恒溫1 h后冷卻過濾，用17%氯化銨溶液洗滌3～4次，再用純水快速沖洗2次后干燥。

1.4.2 水合肼還原

在2 L的燒杯中加入1000 mL純水及100 g經預處理的氯鉑酸銨，在不斷攪拌下置于電熱板上加熱近沸，按照理論量的105%加入過量水合肼，在此過程中氯鉑（Ⅳ）酸銨不斷轉化為溶解度較大的氯亞鉑（Ⅱ）酸銨，氯鉑（Ⅳ）酸銨黃色沉淀逐漸消失并連續平穩地放出氣泡，溶液最后呈玫瑰紅色。待沉淀全部溶解、溶液基本澄清時加入氯化銨固體170 g攪拌溶解，加入氯化銨的目的是為了補充銨根離子，使氧化沉淀過程更加充分。將燒杯置于自來水中冷卻至室溫后抽濾。

1.4.3 氯氣氧化

將上述濾液轉入另一干凈的2 L燒杯中，升溫至90℃后在通風櫥中通入氯氣，立即產生黃色沉淀，此過程反應平穩。氯鉑酸銨析出完全后將燒杯置于電熱板上繼續加熱至微沸（十分鐘）進行趕氯。將燒杯置于自來水中冷卻至室溫后抽濾，濾餅用17%的氯化銨溶液200 mL分四次洗滌，再用50 mL純水快速沖洗一遍，干燥后得氯鉑酸銨。

1.4.4 實驗結果

重復1.4.2及1.4.3過程共計三次，得到精煉三次后的氯鉑酸銨，將其按照常規方法進行煅燒，最終得到海綿鉑產品。四組平行實驗得到干燥的氯鉑酸銨分別為36.7 g、36.8 g、36.5 g和36.7 g，所得海綿鉑產品質量如表1。

由表1分析數據得知，用水合肼還原法精制的氯鉑酸銨經煅燒產出的海綿鉑產品質量全部達到相關標準的要求，但是此方法單次收率約為71.6%，三遍后氯鉑酸銨的平均總直收率約為36.7%。

2 新工藝優化研究

將2 L三口圓底燒瓶放置于2 L帶磁力攪拌的電加熱套中，分別安裝溫度計、回流冷凝管及恒壓滴液漏斗，在燒瓶中加入100 g經預處理的氯鉑酸銨及1000 mL一定濃度的鹽酸，攪拌加熱至微沸，通過恒壓漏斗加入一定量的還原劑溶液。實驗結果如表2所示。

對表2采用最小二乘法進行效應檢驗，檢驗結果見圖2，從計算結果可以得出，所研究的三個因素中，酸度和時間對鉑收率的影響顯著，液固比對收率的影響較小。

以上可以看出，隨著溶液酸度的提高，鉑收率在提高，反應時間對鉑收率的影響有一個峰值，峰值在2.5 h，再延長時間，鉑的收率會降低。

通過研究確定的最佳實驗條件如下：

（1）酸度4 mol/L；

（2）反應時間2.5 h；

（3）固液比1：10；

（4）還原劑過量3%。

采用以上條件進行了四組平行實驗，得到干燥的氯鉑酸銨分別為86.6 g、86.5 g、86.8 g和86.4 g，所得海綿鉑產品質量如表3。

通過該方法精制氯鉑酸銨的單次平均收率約為95%，純化三遍氯鉑酸銨的平均總直收率約為86%，且產品質量全部達到國標中99.99牌號海綿鉑要求。

3 結語

（1）采用水合肼還原的方法進行鉑的精煉，三遍提純后產品的合格率為100%，單次提純直收率約為95%，三次提純后直收率約為86%左右，技術指標較好。由于該方法操作周期短，勞動強度小，尾氣污染易治理，因此具有較高的工業應用價值。

（2）酸度對反應過程影響較大，酸度較低時或水合肼加入過快時易還原產生鉑黑，對產品收率造成較大影響。

（3）該方法固液比較大（1：10），在工業應用時需解決大量廢水的達標排放問題，通過探索研究，采用鋅粉置換的方式可以使母液中貴金屬含量達到0.5 mg/L的水平，可滿足工業生產要求，但需要考慮其他方式如母液回用等，降低廢水總量及廢水處理壓力。

參考文獻

[1] 陳景，張永俐，劉偉平.中國鉑族金屬的開發與應用，中國科學技術前沿[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2] 彭容秋.有色金屬提取冶金手冊[M].北京：冶金工業出版社，1992.

[3] 劉時杰.鉑族金屬礦冶學[M].北京：冶金工業出版社，2001.endprint