一种清洁高效的捕集和富集催化剂中铂族金属的方法

技术领域

本发明涉及一种清洁高效的捕集和富集催化剂中铂族金属的方法，属于贵金属回收技术领域。

背景技术

我国铂族金属原矿资源十分匮乏，远景储量不到400吨；然而，我国处于经济快速发展时期，铂族金属用量逐年增加，已成为世界铂族金属第一消耗大国，依靠现有的矿产资源远不能满足工业发展的需要，导致我国铂族金属资源的供需矛盾十分突出。我国汽车、石油化工及精细化工等产业处于高速发展阶段，需要使用大量的铂族金属作为催化剂的活性组分。例如，约60%的Pt、84%的Pd和Rh主要用于制备汽车尾气净化催化剂。预计在2025年，我国的汽车保留量将超过美国成为全球第一位。另外，我国政府对汽车尾气治理日益严格，随着国六标准的实施以及对重型车实现严格的国四排放标准，将导致单车铂族金属的质量逐渐增加。因此，从失效汽车催化剂中回收铂族金属十分重要。失效汽车催化剂回收技术流程包括催化剂的预处理、富集和精炼。其中，富集工艺是决定铂族金属能否高效回收的关键。富集工艺可分为火法和湿法两大类。湿法工艺设备简单和成本低，但铑的回收率不高，且会产生大量难处理的废酸。火法工艺主要有金属/硫化物捕集法，其本质是利用贵金属捕集剂（金属或硫化物）与铂族金属的强亲和力达到提取废汽车催化剂中铂族金属的目的。由于捕集剂的用量较少，捕集剂的质量通常不超过失效汽车催化剂质量的1/10，少量的捕集剂能够达到富集铂族金属的目的。火法捕集法具有处理量大、铂族金属捕集率高的优点。随着含铂族金属催化剂产品的不断更新换代，未来将产生大量的失效汽车尾气净化催化剂、石油重整催化剂、精细化工行业催化剂等含铂族金属的失效催化剂。因此，开展铂族金属废料高效回收，实现资源循环利用，是解决我国铂族金属矿产资源严重不足、供需矛盾突出问题的必然选择，同时也具有明显的经济效益。

目前，火法捕集催化剂中铂族金属主要以等离子熔炼铁捕集、电炉熔炼铜捕集回收铂族金属的技术，但存在如下问题：（1）当采用Fe作为捕集剂时，由于Fe的熔点高，通常采用比较昂贵的等离子熔炼设备，熔炼捕集铂族金属的温度通常高于1973K，设备维护成本高，需要采用特殊的耐火材料；（2）当采用Cu作为捕集剂时，需要将Cu捕集后的Cu-PGMs（PGMs为铂族金属）进行进一步富氧吹炼形成氧化铜，或者电解Cu-PGMs合金，获得铂族金属富集物，富氧吹炼和电解精炼都增加了能耗的过程；（3）无论采用Fe还是Cu作为捕集剂，需要采用碳将铁氧化物或者铜氧化物还原成金属Fe或者金属Cu才能捕集铂族金属，还原过程产生了大量的含碳废气；（4）无论是采用何种铂族金属捕集剂，都会有少量的铂族金属以复合氧离子的形态损失在熔渣中，影响铂族金属的直收率；（5）无论是采用何种铂族金属捕集剂，捕集过程中的熔渣都对耐火材料有一定的侵蚀，缩短了耐火材料的寿命；（6）目前的熔炼捕集技术通常采用对环境有害或对炉衬具有强腐蚀性的氟化物、氯化物、硼化物或氧化钠作为造渣剂。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种清洁高效的捕集和富集催化剂中铂族金属的方法。具体为：（1）创新性地使用安全可靠的Ar+5~10%H

本发明通过以下技术方案实现。

一种清洁高效的捕集和富集催化剂中铂族金属的方法，其包含以下工艺步骤：

步骤1：将含铂族金属的催化剂、造渣剂、Al

步骤2：在Ar+5~10%H

步骤3：熔炼捕集后熔渣浮于合金熔体上面，在熔融状态下从上部排除熔渣，熔渣冷凝后形成玻璃态残渣；

步骤4：排除熔渣后，往合金熔体中再次加入步骤1的混合物料进行捕集催化剂中的铂族金属，重复步骤2、3和4，经过多次捕集后实现铂族金属在合金熔体中的富集，合金熔体经冷却后得到铂族金属富集物。

所述步骤1中含铂族金属的催化剂是以氧化物为载体的催化剂，包括堇青石载体的失效汽车催化剂、以氧化铝为载体的石化催化剂中的一种或两种。

所述步骤1中初始捕集剂为金属硅、金属铜、饱和碳铁、铜氧化物中的一种或多种。

所述步骤1的Al

上述步骤2中Ar+5~10%H

本发明的有益效果是：

（1）本发明工艺流程简单，易于实施，实现催化剂中铂族金属火法捕集回收的半连续性生产，可获得超高的铂族金属直收率，铂族金属直收率大于99.6%。

（2）本发明可有效解决铂族金属以复合氧离子形态损失在熔渣中的问题，并解决耐火材料被熔渣侵蚀的问题，整个捕集过程安全和清洁无污染，无碳和废水排放，是一种清洁高效回收催化剂中铂族金属的新方法。

（3）本发明不仅可以单独回收以堇青石为载体的失效汽车催化剂、以氧化铝为载体的石化催化剂，也可以同时回收上述两种催化剂。

附图说明

图1是本发明工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，该清洁高效的捕集和富集催化剂中铂族金属的方法，其包含以下工艺步骤：

步骤1：将含铂族金属的催化剂（堇青石为载体，其中SiO

步骤2：在Ar+10%H

步骤3：熔炼捕集后熔渣浮于合金熔体上面，在熔融状态下从上部排除熔渣，熔渣冷凝后形成玻璃态残渣；

步骤4：排除熔渣后，往合金熔体中再次加入步骤1相同质量的混合物料进行捕集催化剂中的铂族金属，重复步骤2、3和4，经过共6次捕集后实现铂族金属在合金熔体中的富集，合金熔体经冷却后得到铂族金属富集物（Pd的含量为7.6wt.%，Rh的含量为0.53wt.%）。

实施例2

如图1所示，该清洁高效的捕集和富集催化剂中铂族金属的方法，其包含以下工艺步骤：

步骤1：将含铂族金属的催化剂（堇青石为载体，其中SiO

步骤2：在Ar+10%H

步骤3：熔炼捕集后熔渣浮于合金熔体上面，在熔融状态下从上部排除熔渣，熔渣冷凝后形成玻璃态残渣；

步骤4：排除熔渣后，往合金熔体中再次加入步骤1相同质量的混合物料进行捕集催化剂中的铂族金属，重复步骤2、3和4，经过共10次捕集后实现铂族金属在合金熔体中的富集，合金熔体经冷却后得到铂族金属富集物（Pd的含量为14.1wt.%，Rh的含量为0.98wt.%）。

实施例3

如图1所示，该清洁高效的捕集和富集催化剂中铂族金属的方法，其包含以下工艺步骤：

步骤1：将含铂族金属的汽车催化剂（堇青石为载体，其中SiO

步骤2：在Ar+6%H

步骤3：熔炼捕集后熔渣浮于合金熔体上面，在熔融状态下从上部排除熔渣，熔渣冷凝后形成玻璃态残渣；

步骤4：排除熔渣后，往合金熔体中再次加入步骤1相同质量的混合物料进行捕集催化剂中的铂族金属，重复步骤2、3和4，经过共7次捕集后实现铂族金属在合金熔体中的富集，合金熔体经冷却后得到铂族金属富集物（Pd的含量为9.94wt.%，Rh的含量为0.69wt.%）。

实施例4

如图1所示，该清洁高效的捕集和富集催化剂中铂族金属的方法，其包含以下工艺步骤：

步骤1：将含铂族金属的石化催化剂（氧化铝为载体，其中Al

步骤2：在Ar+6%H

步骤3：熔炼捕集后熔渣浮于合金熔体上面，在熔融状态下从上部排除熔渣，熔渣冷凝后形成玻璃态残渣；

步骤4：排除熔渣后，往合金熔体中再次加入步骤1相同质量的混合物料进行捕集催化剂中的铂族金属，重复步骤2、3和4，经过共6次捕集后实现铂族金属在合金熔体中的富集，合金熔体经冷却后得到铂族金属富集物（Pd的含量为2.99wt%）。

实施例5

如图1所示，该清洁高效的捕集和富集催化剂中铂族金属的方法，其包含以下工艺步骤：

步骤1：将失效汽车催化剂（堇青石为载体，其中SiO

步骤2：在Ar+10%H

步骤3：熔炼捕集后熔渣浮于合金熔体上面，在熔融状态下从上部排除熔渣，熔渣冷凝后形成玻璃态残渣；

步骤4：排除熔渣后，往合金熔体中再次加入步骤1的相同质量的混合物料进行捕集催化剂中的铂族金属，重复步骤2、3和4，经过共5次捕集后实现铂族金属在合金熔体中的富集，合金熔体经冷却后得到铂族金属富集物（Pd的含量为6.65wt.%，Rh的含量为0.405wt.%）。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。