銅鋅催化劑的回收

摘 要：隨著工業(yè)各部門日益廣泛的應(yīng)用催化技術(shù)， 每年更換下來(lái)的各種固體廢催化劑數(shù)量也越來(lái)越多。從廢催化劑中回收一些金屬， 不僅可變廢為寶， 起到開(kāi)源節(jié)流的作用， 而且還可消除廢催化劑堆放造成的對(duì)環(huán)境的污染。本文對(duì)用氨絡(luò)合置換法回收催化劑所得產(chǎn)品銅和氧化鋅純度都在99%以上，銅的回收率也都在95%以上，本文主要研究了該工藝的實(shí)驗(yàn)原理。并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：催化劑；銅鋅；回收

1、前言：本文采用的回收銅鋅鋁催化劑中的銅和氧化鋅的方法為一種純化學(xué)的回收方法，該方法稱為氨絡(luò)合——置換法，這種方法簡(jiǎn)單易行，不需特殊設(shè)備，成本也低，氨回收容易，無(wú)污染，所獲得的產(chǎn)品回收率高且純度也高。

2、主要實(shí)驗(yàn)方法及原理

2.1試驗(yàn)方法簡(jiǎn)介

本實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)方法步驟包括：催化劑的粉碎及焙燒；氨絡(luò)合；置換；抽濾及干燥；加熱排氨；回收氧化鋅；計(jì)算回收率；實(shí)驗(yàn)流程如下圖所示：

2.2實(shí)驗(yàn)原理

2.2.1氨絡(luò)合反應(yīng)

①氧化銅是一種銅的黑色氧化物，稍有吸濕性。相對(duì)分子質(zhì)量為79.545，密度為6.3-6.9g/cm3，熔點(diǎn)為1326℃。不溶于水和乙醇，溶于酸、氯化銨及氰化鉀溶液，“氨溶液中能緩慢溶解”。

②氧化鋅是一種性狀為白色六角晶系結(jié)晶或粉末的氧化物，無(wú)味、質(zhì)細(xì)膩。 熔點(diǎn)1975℃， 相對(duì)密度 5.606，折射率 2.008～2.029 ，溶解性 溶于酸、氫氧化鈉、氯化銨，不溶于水、乙醇和氨水。高濃度氨水情況下，有一定的溶解性。另外氧化鋅又名鋅白，一般為白色粉末，無(wú)臭無(wú)味，高溫煅燒后呈現(xiàn)淡黃色。直接用氨水不能溶解氧化鋅，一般使用氨水和碳銨溶液溶解，氧化鋅能夠很快被溶解掉。在溫度升高且氨被熱解蒸發(fā)掉時(shí)，鋅氨絡(luò)合離子轉(zhuǎn)換成堿式碳酸鋅。

③氧化鋁，又稱三氧化二鋁，通常稱為“鋁氧”，是一種白色無(wú)定形粉狀物，俗稱“礬土”。氧化鋁化學(xué)式Al2O3，分子量101.96，是礬土的主要成分。它具有不同晶型，常見(jiàn)的是α-Al2O3和γ-Al2O3。自然界中的剛玉為α-Al2O3，六方緊密堆積晶體，α-Al2O3的熔點(diǎn)2015±15℃，密度3.965g/cm3，硬度8.8，不溶于水、酸或堿。γ-Al2O3屬 立方緊密堆積晶體，不溶于水，但能溶于酸或堿，是典型的兩性氧化物。但α-Al2O3和γ-Al2O3二者均不溶于氨水。

2.2.2置換反應(yīng)

可以用單質(zhì)鋅置換出銅氨絡(luò)合離子中的銅，從而獲得單質(zhì)銅，鋅在置換過(guò)程中可能存在這樣的一個(gè)問(wèn)題，就是鋅可以溶于濃氨水，但反應(yīng)到置換這個(gè)階段，氨的濃度已經(jīng)很低了，參與反應(yīng)的鋅的量也很少，由于鋅置換出銅的過(guò)程中，存在鋅用量過(guò)量的問(wèn)題，這樣便在置換出的銅中含有少量鋅，為保證銅的純度，特向抽濾經(jīng)洗滌的置換出的銅中加入鹽酸，從而獲得純度很高的銅單質(zhì)。

2.2.3焙燒

本實(shí)驗(yàn)采用的是氧化焙燒，氧化焙燒是指：粉碎后的固體原料在氧氣中焙燒，使其中的有用成分轉(zhuǎn)變成氧化物，同時(shí)除去易揮發(fā)的砷、銻、硒、碲等雜質(zhì)。在硫酸工業(yè)中，硫鐵礦焙燒制備二氧化硫是典型的氧化焙燒。冶金工業(yè)中氧化焙燒應(yīng)用廣泛，例如：硫化銅礦、硫化鋅礦經(jīng)氧化焙燒得氧化銅、氧化鋅，同時(shí)得到二氧化硫。

2.2.4磁力攪拌

一般的磁力攪拌器具有攪拌，和加熱兩個(gè)作用。具體為：第一個(gè)作用，使反應(yīng)物混合均勻，使溫度均勻；第二是在一個(gè)密閉的容器中加熱，需要防止暴沸，例如在蒸餾過(guò)程中，可以加入沸石，也可以用磁力攪拌器；第三個(gè)作用就是，加快反應(yīng)速度，或者蒸發(fā)速度，縮短時(shí)間。

2.2.5干燥

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，因?yàn)闀?huì)得到產(chǎn)品銅，但得到的銅含有水分不便于計(jì)算產(chǎn)品回收率，所以必須對(duì)其進(jìn)行干燥。如果直接用電熱鼓風(fēng)干燥箱干燥的話，由于有空氣的存在，當(dāng)溫度升高時(shí)，銅單質(zhì)就要被氧化，得到氧化銅。若要得到銅的單質(zhì)，那就要采用真空干燥（存在抽真空不完全的問(wèn)題）。

3、實(shí)驗(yàn)總結(jié)

用氨絡(luò)合置換法回收銅鋅催化劑，通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明這種方法的確工藝較為簡(jiǎn)單，不需特殊設(shè)備，成本也低。然而對(duì)回收工藝的一些工序的具體技術(shù)條件的確定實(shí)則不易，特別是對(duì)影響回收率因素的探測(cè)。通過(guò)多組實(shí)驗(yàn)的對(duì)比分析，總結(jié)得出的如下結(jié)論：

①由于所給定的催化劑為未使用過(guò)的催化劑，也就不存在變質(zhì)中毒、燒結(jié)和夾雜有其它的物質(zhì)等問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)室回收起來(lái)考慮的因素可能也就少一些。催化劑的粉碎程度可以節(jié)省溶解催化劑的時(shí)間，在情況允許的話，可盡量將催化劑粉碎成盡可能的粉末。

②在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不可避免的是誤差的存在，比如在抽濾過(guò)程中存在沉淀或?yàn)V液的損失，稱量的不準(zhǔn)確帶來(lái)的質(zhì)量遺失。還有在干燥的過(guò)程中，可能存在抽真空不安全，部分銅單質(zhì)氧化成了氧化銅。這些都會(huì)對(duì)回收率的準(zhǔn)確性帶來(lái)影響。

③氨絡(luò)合反應(yīng)進(jìn)行的最佳溫度的探測(cè)，在所做的幾組實(shí)驗(yàn)中來(lái)看是25℃，但這只是一個(gè)大概的溫度值。真正要做細(xì)的話，應(yīng)當(dāng)將溫度間隔值設(shè)定的更小些才行，但得出的溫度——回收率大體變化趨勢(shì)應(yīng)該不會(huì)有太大偏差。

④濃氨水是極易揮發(fā)的液體，所以說(shuō)適當(dāng)加入過(guò)量的氨水還是有利于氧化銅的轉(zhuǎn)化。但當(dāng)量加的過(guò)多時(shí)，又存在鋅在濃氨水中存在一定溶解量的問(wèn)題，所以要進(jìn)行適度的調(diào)節(jié)，本實(shí)驗(yàn)中采用了稀釋氨水的方法來(lái)減少鋅的溶解和氨的揮發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐惠忠，王德義，趙 鳴.固體廢棄物資源化技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2014，126～131.

[2]余芳喜，金國(guó)鈞.廢工業(yè)催化劑的回收[J].化學(xué)教育，2014，（6）：11～13.

[3]王德義，于江龍，譚業(yè)花.工業(yè)催化劑的回收利用與環(huán)境保護(hù)[J].再生資源研究，2015，（4）：27～30.

作者簡(jiǎn)介：

熊志堅(jiān)（1986年10月1日），男，漢，江西樟樹，助理工程師，本科，四川瀘天化中藍(lán)新材料有限公司，化工。——四川瀘天化中藍(lán)新材料有限公司