硝酸工業(yè)氧化爐灰回收鉑族金屬的試驗研究

解 雪，張邦勝，劉貴清，張 帆，鄭遠(yuǎn)東，王 芳，吳祖璇

（江蘇北礦金屬循環(huán)利用科技有限公司，江蘇 徐州 221121）

硝酸是化學(xué)工業(yè)的重要原料之一，在石油化工、化肥生產(chǎn)、炸藥制造和制藥工程等領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。硝酸的主要工業(yè)制備方法是氨氧化法：氨和空氣在高溫、高壓下按一定比例混合，通過催化劑在氧化爐氧化產(chǎn)生硝酸，鉑族金屬具有催化活性高的優(yōu)點，利用氨制備硝酸時，鉑是選擇性最好的催化劑，一般將鉑拉成絲，然后制成鉑催化網(wǎng)。純鉑的高溫強(qiáng)度不足，為提高催化網(wǎng)的強(qiáng)度而又不降低鉑網(wǎng)的催化活性，催化網(wǎng)一般選用鉑銠二元貴金屬合金或鉑鈀銠三元貴金屬合金制作。

鉑銠二元網(wǎng)多采用含鉑90%～95%、含銠5%～10%的鉑銠合金織網(wǎng)，鉑鈀銠三元網(wǎng)常采用含鉑90.0%～92.5%、鈀4%～5%、銠3.5%～5.0%的鉑鈀銠合金織網(wǎng)。現(xiàn)階段，我國硝酸生產(chǎn)企業(yè)基本都采用鉑鈀銠三元催化網(wǎng)。但是，我國鉑族金屬資源非常有限，同時我國又是鉑族金屬資源消耗大國，因此必須大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，從廢催化劑中回收鉑族金屬，這在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科研、環(huán)保等領(lǐng)域都有重要的意義，其經(jīng)濟(jì)效益也相當(dāng)可觀。本試驗采用NaOH 焙燒-水浸-稀鹽酸溶解載體后的富集渣作為研究對象，采用活性組分溶解法研究浸出條件對鉑、鈀浸出率的影響。

1 試驗部分

1.1 原料及試劑

試驗原料為NaOH 焙燒-水浸-稀鹽酸溶解載體后的富集渣，物料的貴金屬含量如表1所示。試驗所用的試劑主要有鹽酸、氯酸鈉、水合肼等，所用試劑均為分析純。

表1 物料中貴金屬含量

1.2 試驗方法

還原試驗以富集渣為研究對象，每個試驗用量為10 g 左右。水合肼還原效果采用鹽酸+氯酸鈉浸出體系充分浸出進(jìn)行驗證，以鈀的浸出率作為結(jié)論。

對于浸出試驗，水浴恒溫攪拌的浸出溫度為80 ℃，浸出時間為60 min，浸出酸度為4 mol/L，鹽酸加入量為50 mL，氯酸鈉加入量為0.5 g。反應(yīng)完成后，過濾，渣烘干稱重，用分光光度法分析渣中鈀的剩余含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 預(yù)還原-氧化浸出

2.1.1 還原劑水合肼加入量對鈀浸出率的影響

試驗條件如下：還原溫度為80 ℃，水合肼加入量分別為0 mL、1 mL、2 mL、3 mL、4 mL 和5 mL，還原時間為30 min。水合肼加入量對鈀浸出率的影響如圖1所示。

圖1 水合肼加入量對鈀浸出率的影響

由圖1 可知，當(dāng)不加入水合肼時，鈀的浸出率僅有61.88%，隨著水合肼加入量的增加，鈀的浸出率先上升后基本保持不變。這是由于在堿熔焙燒過程中，部分鈀被氧化成氧化鈀，因此在浸出前先進(jìn)行還原，有利于提高鈀的一次浸出率。當(dāng)水合肼的加入量為3 mL 時，鈀的浸出率為98.78%，繼續(xù)增加水合肼的使用量，鈀的浸出率基本保持不變。因此，選擇3 mL 作為水合肼的最佳使用量。

2.1.2 還原溫度對鈀浸出率的影響

試驗條件如下：還原溫度分別為25 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃和90 ℃，水合肼加入量為3 mL，還原時間為30 min。還原溫度對鈀浸出率的影響如圖2所示。由圖2 可知，鈀的浸出率隨著還原溫度的增加逐漸上升，當(dāng)溫度達(dá)到80 ℃時，鈀的浸出率達(dá)到99.19%。繼續(xù)升高溫度，鈀的浸出率反而稍有下降。這是由于溫度過高導(dǎo)致水合肼的揮發(fā)速度過快，造成鈀的還原不徹底。因此，選擇還原溫度80 ℃。

圖2 還原溫度對鈀浸出率的影響

2.1.3 還原時間對鈀浸出率的影響

試驗條件如下：還原溫度為80 ℃，水合肼加入量為3 mL，還原時間分別為10 min、15 min、20 min、25 min 和30 min。還原時間對鈀浸出率的影響如圖3所示。

圖3 還原時間對鈀浸出率的影響

由圖3 可知，隨著還原時間的延長，鈀的浸出率先上升后保持不變。當(dāng)時間延長至20 min 時，鈀的浸出率達(dá)到99.10%，繼續(xù)增加還原時間，鈀的浸出率變化不大。因此，還原時間選擇20 min。

2.2 鉑、鈀浸出試驗

2.2.1 浸出酸度對鉑、鈀浸出率的影響

浸出條件如下：浸出溫度為90 ℃，浸出時間為60 min，浸出酸度（鹽酸濃度）分別為2 mol/L、4 mol/L、5 mol/L、6 mol/L 和8 mol/L。浸出酸度對鉑鈀浸出率的影響如圖4所示。由圖4可知，隨著浸出酸度的增加，鉑、鈀的浸出逐漸上升，當(dāng)浸出酸度達(dá)到6 mol/L 時，鉑、鈀的浸出率分別為98.23%、99.18%。繼續(xù)增加浸出酸度，浸出率基本保持不變。基于成本考慮，選擇浸出酸度6 mol/L。

圖4 浸出酸度對鉑鈀浸出率的影響

2.2.2 浸出溫度對鉑鈀浸出率的影響

浸出條件如下：浸出溫度分別為60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃和95 ℃，浸出時間為60 min，浸出酸度為6 mol/L。浸出溫度對鉑鈀浸出率的影響如圖5所示。

圖5 浸出溫度對鉑鈀浸出率的影響

由圖5 可知，隨著溫度的上升，鉑、鈀的浸出率逐漸增加，當(dāng)溫度升高到90 ℃時，鉑、鈀的浸出率分別達(dá)到98.59%、99.04%，繼續(xù)增加浸出溫度，浸出率變化不大。在濕法反應(yīng)中，隨著反應(yīng)溫度的升高，反應(yīng)速度加快，能耗與試劑的消耗也同時升高。因此，選擇浸出溫度90 ℃。

2.2.3 浸出時間對鉑鈀浸出率的影響

浸出條件如下：浸出溫度為90 ℃，浸出時間分別為20 min、40 min、60 min 和80 min，浸出酸度為6 mol/L。浸出時間對鉑鈀浸出率的影響如圖6所示。隨著浸出時間的增加，鉑、鈀的浸出率先上升后保持不變。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行至60 min 時，鉑、鈀的浸出率分別為98.09%、99.03%，繼續(xù)增加反應(yīng)時間，浸出雖然有所增加，但變化不大。因此，選擇浸出時間60 min。

圖6 浸出時間對鉑鈀浸出率的影響

3 結(jié)論

水合肼還原鈀的優(yōu)化工藝條件為：水合肼3 mL，還原溫度80 ℃，還原時間20 min。鉑鈀浸出的優(yōu)化工藝條件為：鹽酸濃度6 mol/L，浸出溫度90 ℃，浸出時間60 min。此時，鉑的浸出率為98.09%，鈀的浸出率為99.03%。