高純度鉑粉制備的研究

摘 要：將粗Pt進行王水溶解--氧化，載體水解--離子交換-NH4Cl沉淀工藝制備了高純度Pt。研究了每個過程中去除雜質(zhì)元素的效果。結(jié)果顯示，粗Pt溶解在王水中，Pt溶液經(jīng)氧化，載體水解，離子交換和沉淀處理，實現(xiàn)了Pt與其他貴金屬和賤金屬的有效分離，獲得的純（NH4）2PtCl6前驅(qū)體，然后煅燒和洗滌后得到Pt粉末，通過GDMS分析，雜質(zhì)元素含量小于3×10-6，Pt純度大于99.999%。

關(guān)鍵詞：高純度;鉑粉;制備工藝

鉑族金屬因其獨特的理化性能而被稱為“第一高科技金屬”和“現(xiàn)代工業(yè)維生素”，在現(xiàn)代工業(yè)和新技術(shù)工業(yè)中具有非常重要的地位，并且不能被其他金屬或材料取代。Pt作為鉑族金屬的代表性元素，在集成電路、半導體器件、精密合金和磁記錄材料等方面有著重要的應用。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，對Pt的需求量逐漸增加，這對純度的要求也隨之增高。在Pt的提純過程中，趙飛以爐灰和酸渣為原料，通過酸浸、置換、離子交換、調(diào)價、氯化銨沉淀等方法制備了99.99%的高純鉑。羅耀等以99.99%鉑為原料，用離子交換法脫除貴金屬和賤金屬雜質(zhì)，制備純度為99.999%的高純鉑。結(jié)果表明，載體水解法能有效分離高純鉑中的微量Pd、Rh、Ir，達到凈化鉑的目的。傳統(tǒng)的NH4Cl沉淀法也可用于分離鉑與其他貴金屬和賤金屬雜質(zhì)，從而提高鉑的純度。然而，單離子交換法、水解法和NH4Cl沉淀法需要多次重復才能提純鉑，工藝長，直收率低。因此，在前人研究的基礎(chǔ)上，提出了以粗鉑王水為原料，采用溶解氧化、載體水解離子交換-NH4Cl沉淀法制備高純鉑的工藝，重點研究了各種雜質(zhì)去除工藝中雜質(zhì)元素的去除效果。

1 實驗部分

1.1 工藝過程

將粗Pt粉放入王水中，然后加入H2O2、NaOH和FeCl3

進行氧化載體水解，接著進行離子交換，再通過NH4Cl化學沉淀，最后進行煅燒，得到高純度Pt粉。

1.2 實驗儀器與設(shè)備

實驗儀器：電子天平，馬弗爐，電爐，有機玻璃離子交換柱兩根，瓷坩堝，燒杯。

實驗試劑：粗Pt粉，其純度為99.95%;HCl、HNO3、NH4Cl、FeCl3和NaOH，這些試劑都具有很高的純度;001×7型強酸性陽離子樹脂;超純水，其電阻率為18MΩ·cm。

1.3 分析方法

通過使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀檢測溶液中Pt和雜質(zhì)元素含量;使用輝光放電質(zhì)譜儀檢測海綿Pt雜質(zhì)元素含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 粗Pt溶解造液

先稱取2kg粗Pt作為原料，然后用2.4L王水進行溶解，等到Pt完全溶解后，將溶液進行濃縮，同時加入HCl、然后冷卻過濾，可以得到20L粗Pt溶液，其中Pt溶液濃度為100g/L，雜質(zhì)Au濃度為1.932g/L，Ag濃度為1.028g/L，Pd濃度為1.921g/L，Rh濃度為1.373g/L，Ir濃度為1.943g/L，Cu濃度為0.821g/L，F(xiàn)e濃度為0.782g/L，Ni濃度為1.203g/L，Al濃度為0.221g/L，Pb濃度為0.601g/L，Mg濃度為0.134g/L，Si濃度為0.143g/L，Na濃度為0.087g/L，K濃度為0.053g/L。由此我們可以知道，粗Pt溶液中其他雜質(zhì)含量比較高，只有將這些雜質(zhì)去除，才能得到高純Pt粉。

2.2 氧化、載體水解除雜

將上一步驟的粗Pt溶液稀釋30L，溶液濃度變?yōu)?6.7g/L，再加入Pt量0.3%的Fe（以FeCl3溶液加入）當作載體，然后加入210mL的H2O2，進行加熱煮沸，等到氧化完全后加熱停止，接著通過使用10%NaOH溶液調(diào)整酸堿度到pH=7～8，迅速冷卻至室溫，過濾并洗滌，得到體積為31L的溶液，Pt濃度為58.5g/L，水解渣315.3g，Pt含量59%。此過程Pt損失率為9.3%，直收率為90.7%，其余雜質(zhì)Au濃度為0.869g/L，Ag濃度為0.530g/L，Pd濃度為0.764g/L，

Rh濃度為0.527g/L，Ir濃度為0.938g/L，Cu濃度為0.567g/L，F(xiàn)e濃度為0.940g/L，Ni濃度為0.489g/L，Al濃度為0.134g/L，Pb濃度為0.489g/L，Mg濃度為0.081g/L，Si濃度為0.064g/L，Na濃度為0.574g/L，K濃度為0.031g/L。

除了Na、Fe兩種元素，其余雜質(zhì)含量都有較大程度的降低。這是因為氧化劑使貴賤金屬離子轉(zhuǎn)化為高價態(tài)，在堿性環(huán)境下，除了Pt能穩(wěn)定存在以外，其他雜質(zhì)都形式相應的氧化物沉淀。

2.3 離子交換除雜

對于氧化，載體水解得到的鉑溶液通過離子交換深度去除雜質(zhì)。由于鉑和氯離子形成氯化陰離子，并且堿金屬以水合陽離子的方式存在，根據(jù)鉑族金屬與賤金屬化學性質(zhì)的不同，陽離子交換樹脂可以進一步去除溶液中的雜質(zhì)。溶液中陽離子的交換能力與酸度有關(guān)。質(zhì)子的電離常數(shù)越小，H+越容易被其他離子交換，即樹脂交換容量越強。本文選用磺酸型離子交換樹脂（001×7型用強酸性陽離子樹脂試驗）。

首先，將30kg的001×7強酸陽離子樹脂置于交換柱中，在超純水中浸泡20h，使樹脂處于溶脹狀態(tài);然后浸入5%HCl（優(yōu)質(zhì)等級）中15h，以除去樹脂中的雜質(zhì)離子;最后，用純水洗滌直至洗滌水pH=6～7，并對離子交換樹脂進行預處理并填充在離子交換柱中。將氧化的脫水Pt溶液稀釋至35L的體積，Pt濃度為約51.8g/L，用HCl將溶液的pH調(diào)節(jié)至1至1.5，并使溶液在流動下通過溶液速率為60mL/min通過根離子交換柱。將得到的一次交換溶液濃縮，加熱酸化，調(diào)節(jié)pH=2～3，體積35L，Pt濃度約為50.6g/L，然后以60mL/min的流速通過第二離子交換柱，獲得二次交換溶液。將溶液從殘留在樹脂柱中的Pt溶液中洗去，以進行回收。分析后，二次交換溶液的體積為36L，鉑濃度為47g/L，雜質(zhì)Au濃度為0.423g/L，Ag濃度為0.271g/L，Pd濃度為0.213g/L，Rh濃度為0.334g/L，Ir濃度為0.335g/L，Cu濃度為0.223g/L，F(xiàn)e濃度為0.236g/L，Ni濃度為0.241g/L，Al濃度為0.071g/L，Pb濃度為0.224g/L，Mg濃度為0.030g/L，Si濃度為0.032g/L，Na濃度為0.089g/L，K濃度為0.016g/L。

2.4 NH4Cl沉淀和純Pt粉的制備

將離子交換得到的二次交換液加熱濃縮至pH約等于1，溶液體積為33.5L，鉑濃度為50.5g/L，然后向溶液中加入1100g NH4Cl，質(zhì)量分數(shù)約為15%。鉑的沉淀為（NH4）2PtCl6，過濾后將（NH4）2PtCl6的沉淀從母液中分離出來。大部分雜質(zhì)留在母液中。除雜效果很好，然后沖洗五次通過使用5%～15%NH4Cl溶液，去除（NH4）2PtCl6中的雜質(zhì)。得到純（NH4）2PtCl6。

純（NH4）2PtCl6放入坩堝中，按以下煅燒制度分級煅燒：350℃恒溫2h，550℃恒溫2h，750℃恒溫2h。經(jīng)室溫自然冷卻，恒溫1h后得到海綿狀鉑。海綿鉑用去離子水洗滌三次，干燥，在450℃下低溫煅燒1h。采用輝光放電質(zhì)譜法測定了樣品中雜質(zhì)元素的含量。其中Au濃度為0.648g/L，Ag濃度為0.051g/L，Pd濃度為0.0.031g/L，Rh濃度為0.010g/L，Ir濃度為0.047g/L，Cu濃度為0.571g/L，F(xiàn)e濃度為0.345g/L，Ni濃度為0.082g/L，Al濃度為0.016g/L，Pb濃度為0.030g/L，Mg濃度為0.001g/L，Si濃度為0.027g/L，Na濃度為0.050g/L，K濃度為0.001g/L。Pt粉中雜質(zhì)總含量極低，達到高純Pt行業(yè)標準，其純度大于99.999%。

3 結(jié)論

①通過王水溶解，然后進行氧化、載體水解法處理，可以顯著降低粗Pt的雜質(zhì)含量;②利用離子交換法進行2次交換，能夠顯著降低貴賤金屬的雜質(zhì)含量;③最終得到的鉑粉雜質(zhì)含量小于3×10-6，鉑粉純度大于99.999%。

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作者簡介：

何莎（1989- ），女，云南省屏邊人，本科，昆明固釉科技有限公司，研究方向：貴金屬粉體的制備工藝。