P- 952 鉑功能交換樹脂的應(yīng)用

索永喜

（徐州浩通新材料科技股份有限公司，江蘇 徐州221004）

鉑族元素是近兩百年來才陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的新金屬，主要包含鉑（Pt）、鈀（Pd）、鋨（Os）、銥（Ir）、釕（Ru）、銠（Rh）6 種元素，在地殼中的豐度低于1ng·g-1，其中，Pt 的豐度最高為0.4ng·g-1[1]。鉑族金屬具有極好的抗腐蝕性和抗氧化性，具有熔沸點(diǎn)高的性質(zhì)，因而是優(yōu)良的高溫耐腐蝕金屬材料[2]。鉑族金屬中鉑的物理化學(xué)性質(zhì)優(yōu)良，在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，如醫(yī)藥、石油及石油化學(xué)工業(yè)的催化、汽車工業(yè)、燃料電池、電子工業(yè)等領(lǐng)域，隨著科技的進(jìn)不，鉑的應(yīng)用領(lǐng)域會越來越廣[3]。隨著鉑金屬的礦產(chǎn)資源越來越少，因此，從各類含鉑廢催化劑、含鉑鍍液、廢礦渣、生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的廢料中高效回收鉑對其二次資源綜合應(yīng)用具有重要意義，而國內(nèi)對鉑的二次回收技術(shù)還存在很多問題，嚴(yán)重制約其在各領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展。研究鉑的分離提取具有重要意義。

1 離子交換樹脂的組成

離子交換樹脂由三種單元結(jié)構(gòu)組成，一是不溶性空間網(wǎng)狀骨架，二是骨架上連接的特殊功能基團(tuán)，三是特殊功能基團(tuán)帶有的與交換電荷想法的離子[4]。離子交換樹脂也是一種具有特殊功能基的高分子化合物。解離時(shí)，能夠提供陽離子與溶液中的目標(biāo)陽離子進(jìn)行交換的樹脂叫做陽離子交換樹脂；解離時(shí)，能夠提供陰離子與溶液中的目標(biāo)陰離子進(jìn)行交換的樹脂叫做陰離子交換樹脂[5-6]，它們通常被列入高分子領(lǐng)域。本文所使用的P-952 功能樹脂即為弱堿性陰離子交換樹脂。

離子交換樹脂不溶于一般的酸性和堿溶液，也不溶于有機(jī)溶劑，如乙醇、丙酮和烴類等。離子交換樹脂是一種具有多孔性海綿狀固體高分子物質(zhì)，既不溶解也不熔融。功能基固定在網(wǎng)絡(luò)骨架上不能自由移動，但功能基所帶的可以解離的離子卻能自由移動，再生時(shí)，在不同的外界條件下，與周圍的同類型的其它離子互相交換，將吸附的目標(biāo)離子進(jìn)行解吸。通過控制樹脂上的可交換離子，提供適宜的交換條件，如通過改變?nèi)芤簼舛炔睢⒗秒x子親和力的差別等因素，使樹脂與要交換的同類型離子進(jìn)行反復(fù)交換，從而達(dá)到分離、濃縮、提純、凈化等的目的。

離子交換樹脂提取鉑的方法具有分離效率高、污染少、簡單、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，對于金屬元素的分離十分有效。隨著樹脂的種類不斷增加，應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越廣泛，因此，開發(fā)具有選擇性好、高吸附率等優(yōu)良性能的新型樹脂成為了國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。某公司在自主研發(fā)的P-952 功能樹脂具有交換效率高、易解吸和再生等優(yōu)點(diǎn)，但在使用過程中樹脂上會殘留少量的鉑，本文探討了樹脂交換過程并對殘留原因進(jìn)行了分析。

2 P-952 功能樹脂

P-952 功能樹脂是一種弱堿性陰離子樹脂，該樹脂為一種專門用于貴金屬鉑、錸回收的樹脂，已使用多年，樹脂吸附鉑、錸效果好，解析和再生簡單容易，P-952 功能樹脂屬于苯乙烯系大孔徑陰離子交換樹脂，在酸性條件下，氯離子與鉑能形成穩(wěn)定的配陰離子PtCl62-，而大部分的賤金屬與氯形成配陰離子的能力很差，在溶液中以陽離子的形式存在。通過調(diào)節(jié)pH 的大小，使樹脂上的特殊功能團(tuán)和金屬鉑的配陰離子發(fā)生配位反應(yīng)，與堿性陰離子樹脂進(jìn)行交換，在樹脂上以小分子螯合物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定存在，即吸附過程。從而達(dá)到鉑金屬元素的富集，同時(shí)也與賤金屬進(jìn)行了分離。

P-952 功能樹脂和OH- 有較大的親和力，可用氫氧化鈉溶液洗脫樹脂上的鉑，從而實(shí)現(xiàn)將鉑與樹脂分離，形成高濃度的含鉑溶液。樹脂上的鉑洗脫下來后，再用一定濃度的鹽酸將樹脂再生，從而實(shí)現(xiàn)樹脂的循環(huán)往復(fù)使用。

3 P-952 功能樹脂交換鉑

離子交換技術(shù)在鉑族金屬的富集、分離提純過程中有著廣泛的應(yīng)用，與化學(xué)法、萃取法等其他傳統(tǒng)的冶金方法相比，離子交換法具有設(shè)備簡單、易于操作、流程短、交換率高等一系列的優(yōu)點(diǎn)[7，8]，因此，利用具有選擇性的功能離子交換樹脂分離、凈化和提取鉑族金屬成為當(dāng)前鉑族金屬分離的主要方法之一。

以P-952 功能樹脂交換鉑為例，一組交換柱采用三根交換柱串聯(lián)，每根內(nèi)徑280mm，高度2000mm 交換柱，日交換溶液量每天可達(dá)到5m3，交換流速200L/h，首柱吸附率可達(dá)到90%，尾柱尾液中鉑離子濃度小于2ppm，總體吸附率可達(dá)到99%，通過調(diào)節(jié)不同閥門的開關(guān)閉，三根交換柱可隨機(jī)互換，每根均可作為首、次、尾柱。

4 P-952 功能樹脂殘留鉑的原因分析

由于鉑族金屬比較稀少，價(jià)格昂貴，因此對鉑族金屬廢料進(jìn)行回收，達(dá)到循環(huán)使用，是一項(xiàng)十分重要的工作。

樹脂在使用過程中由于自身要經(jīng)受介質(zhì)、負(fù)荷、以及溶液中不溶物的反復(fù)摩擦、沖擊以及解吸和再生過程中溶液酸、堿性和及反應(yīng)過程中吸熱和放熱造成的冷、熱變化等各種力學(xué)作用，強(qiáng)度小的樹脂烴質(zhì)基體表面易遭破壞，部分小顆粒樹脂會粉化，樹脂在交換前后以及再生過程中也會產(chǎn)生空間結(jié)構(gòu)的改變，會使雜質(zhì)卡在原來進(jìn)入樹脂內(nèi)，雜質(zhì)的存在會占有樹脂內(nèi)的有效空間，從而阻塞孔道。另外溶液中少量不溶細(xì)顆粒物交換過程中會圍堵在樹脂周圍，解吸時(shí)由于沖洗不徹底，樹脂內(nèi)部的交換孔道被雜質(zhì)堵塞或表面被覆蓋，或交換基團(tuán)被占用，使樹脂的交換能力明顯下降，再生困難，此外樹脂上吸附鉑解吸不完全，少量鉑殘留在樹脂上。

圖1 P-952 樹脂沉淀鉑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

在石油化工及石油精煉過程中，常以鉑作為催化劑。石化行業(yè)所使用的含鉑催化劑工況復(fù)雜，部分催化劑表面會殘留少量鉬、鈷、鎳等少量使樹脂中毒的賤金屬，此部分少量金屬離子會破壞樹脂的結(jié)構(gòu)，交換基因降解或交聯(lián)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)斷裂，這種污染對于樹脂來說是不可逆的，無法還原，導(dǎo)致使樹脂老化，也會在一定程度上影響吸附、解吸。

5 P-952 功能樹脂提取鉑的工業(yè)實(shí)踐

根據(jù)某公司生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，P-952 功能樹脂殘留鉑金量如圖1所示。

從圖1 可以看出，樹脂沉淀鉑金量與流經(jīng)樹脂的鉑金量有關(guān)，樹脂上沉淀鉑金量隨著流經(jīng)樹脂上鉑量的增加而逐漸增加，最終趨于穩(wěn)定，最終穩(wěn)定在4%～5%。

6 結(jié)論

6.1 P-952 功能樹脂對鉑離子具有極強(qiáng)的選擇性吸附性P-952 功能樹脂在使用過程中殘留鉑金隨著使用頻次的增加而逐漸增多，殘留樹脂上的鉑金達(dá)到一定量后，處于動態(tài)平衡，最終殘留量維持在4.5%上下。

6.2 由于鉑金價(jià)值高，樹脂中殘留鉑對企業(yè)運(yùn)行成本會造成一定影響，此部分鉑金如何回收有待進(jìn)一步研究。