從富鉑液中選擇性沉鉑的綠色提純新工藝研究

王芳，張金池，吳祖璇，張邦勝，劉貴清，曲志平

（江蘇北礦金屬循環利用科技有限公司，江蘇 徐州 221121）

鉑具有熔點高、延展性好、抗氧化性強和催化活性卓越等優點，廣泛應用于汽車、石油化工、國防、玻璃、電氣和電子工業等領域[1-3]。但是，全球鉑礦產資源分布極為不均，主要分布在南非、俄羅斯和美國，我國鉑的對外依存度大于90%，供需矛盾尖銳[4]。因此，從含鉑二次資源中高效回收鉑成為冶金行業的重要課題。

目前，工業上主要采用王水溶解-蒸發趕硝-氯化銨沉淀-煅燒制備海綿鉑，該工藝存在生產周期長、流程煩瑣、氮氧化物外溢污染等問題[5]。同時，中間產物氯鉑酸銨在高溫煅燒時一般需要8～10 h，時間長、能耗高，并產生鹽酸、氯化銨氣體，對環境和設備造成嚴重腐蝕，廢氣治理成本較高[6]。如何突破上述制約該行業發展的瓶頸問題，實現鉑的精準分離和綠色高效回收具有重要意義。因此，本文針對鉑二次資源回收加工過程中含鉑富集物的精制提純，開發一種氯鹽沉淀劑選擇性沉鉑的綠色高效提純新工藝。該工藝摒棄傳統氯化銨沉鉑方法，無須濃縮趕硝，縮短了工藝流程，實現鉑與其他雜質元素的精準分離，規避了氮氧化物污染外溢隱患，工藝綠色環保，具有良好的工業應用前景。

1 試驗方法

試驗所用含鉑溶液為鉑富集物的王水浸出液，呈橙紅色。試驗時，首先準確量取一定量含鉑溶液置于燒杯中，在水浴攪拌條件下加入一定量氯鹽沉淀劑，保溫反應至預定時間后，進行固液分離。沉淀多次洗滌后，在電熱恒溫真空干燥箱內（溫度105 ℃）烘烤5 h，濾液和洗水合并送檢，以沉鉑前后溶液中的鉑差量計算鉑的沉淀率。本研究系統考察了原料鉑濃度、反應時間、反應溫度和氯鹽沉淀劑加入倍數等因素對沉鉑效果的影響。

2 結果與討論

2.1 原料鉑濃度對沉鉑效果的影響

控制反應溫度15 ℃、氯鹽沉淀劑加入倍數6.5、反應時間2 h，考察原料鉑濃度對沉鉑效果的影響，結果如圖1 所示。

圖1 原料鉑濃度對沉鉑效果的影響

由圖1 可知，沉鉑率隨原料初始鉑濃度增加而增加。當溶液初始鉑濃度由3 g/L 增加至40 g/L時，沉鉑率由50.93%增加至99.19%，沉鉑尾液含鉑率由0.039 0%降低至0.008 7%。初始鉑濃度繼續增加至60 g/L時，沉鉑率變化不大，沉鉑尾液含鉑率為0.006 5%。這說明沉鉑尾液中鉑的濃度存在最低限度，溶液初始鉑濃度越高，越有利于鉑的沉淀分離，最終得到高沉鉑率。因此，后續試驗選擇原料初始鉑濃度40 g/L。

2.2 反應時間對沉鉑效果的影響

控制反應溫度15 ℃、氯鹽沉淀劑加入倍數6.5、原料鉑濃度40 g/L，考察反應時間對沉鉑效果的影響，結果如圖2 所示。

圖2 反應時間對沉鉑效果的影響

由圖2 可得，沉鉑率隨沉鉑反應時間的延長而增加。當反應時間由0.5 h 延長至2 h時，沉鉑率由83.19%增加至99.22%，沉鉑尾液含鉑率由0.181 4%降低至0.008 3%，這是由于氯鹽沉鉑反應未達到動態平衡。繼續延長沉鉑反應時間至2.5 h，沉鉑率基本不變，沉鉑尾液含鉑率為0.008 5%，說明沉鉑反應2 h 已經達到動態平衡。因此，最佳沉鉑反應時間選擇2 h。

2.3 反應溫度對沉鉑效果的影響

控制反應時間2 h、氯鹽沉淀劑加入倍數6.5、原料鉑濃度40 g/L，考察反應溫度對沉鉑效果的影響，結果如圖3 所示。

圖3 反應溫度對沉鉑效果的影響

由圖3 可知，沉鉑率隨反應溫度的升高先增加后降低。當沉鉑反應溫度由0 ℃增加至15 ℃時，沉鉑率由98.64%增加至99.21%，沉鉑尾液含鉑率由0.016 3%降低至0.008 5%，這是由于反應溫度過低，不利于分子運動，活化分子占比降低，從而減小活化分子的有效碰撞率，不利于沉淀反應的進行。繼續升高沉鉑反應溫度至65 ℃的過程中，沉鉑率由99.21%降低至97.56%，沉鉑尾液含鉑率由0.008 5%增加至0.027 3%，這是由于氯鹽沉淀劑在水中的溶解度隨溫度升高而增加。因此，最佳沉鉑溫度選擇15 ℃。

2.4 氯鹽沉淀劑用量對沉鉑效果的影響

控制反應溫度15 ℃、反應時間2 h、原料鉑濃度40 g/L，考察氯鹽沉淀劑加入倍數對沉鉑效果的影響，結果如圖4 所示。

圖4 氯鹽沉淀劑加入倍數對沉鉑效果的影響

由圖4 可得，沉鉑率隨氯鹽沉淀劑加入倍數的增大而增加。當沉淀劑加入倍數由1 增大至6時，沉鉑率由39.79%增加至99.01%，沉鉑尾液含鉑率由2.391 9%降低至0.011 2%，這是由于氯鹽沉淀劑加入量的增大促進了沉鉑反應，有利于相應鉑化合物的生成。沉淀劑加入倍數增至6.5時，鉑的沉淀效果變化不大，沉鉑尾液含鉑率為0.010 8%，說明氯鹽沉淀劑加入倍數為6時，沉鉑反應已較為充分。因此，適宜的氯鹽沉淀劑加入倍數為6。

綜上，采用新型氯鹽作為鉑沉淀劑，可實現鉑富集物王水浸出液中鉑的選擇性高效沉淀分離。氯鹽沉鉑的最佳工藝參數為：溶液初始鉑濃度40 g/L、沉鉑溫度15 ℃、反應時間2 h、氯鹽沉淀劑加入倍數6。最佳條件下，沉鉑率達到99.01%，尾液含鉑量僅為43.6mg/L。

3 結論

本文針對鉑二次資源回收加工過程中含鉑富集物的精制提純，開發一種選擇性沉鉑的綠色高效提純新工藝，摒棄傳統氯化銨沉鉑方法，縮短了工藝流程，實現鉑與其他雜質元素的精準分離，規避了傳統工藝氮氧化物污染氣體的排放。新型氯鹽沉鉑的最佳工藝參數為：溶液初始鉑濃度40 g/L、沉鉑溫度15 ℃、反應時間2 h、氯鹽沉淀劑加入倍數6。在最佳條件下，沉鉑率為99.01%，尾液含鉑量僅為43.6 mg/L，實現富鉑液中鉑的選擇性高效沉淀分離。