貴金屬鉑、鈀、銠含量檢測(cè)及判定規(guī)范

譚濤(中海油(山西)貴金屬有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

降低污染排放是環(huán)境保護(hù)中有效的方式，可以分為機(jī)內(nèi)凈化和機(jī)外凈化兩種方式。以生成機(jī)理為主要的出發(fā)點(diǎn)，改造發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒方式稱之為機(jī)內(nèi)凈化，可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的整體燃燒過程進(jìn)行改善。在進(jìn)入大氣之前將尾氣當(dāng)中含有的有害物質(zhì)進(jìn)行處理，使其轉(zhuǎn)化為無害氣體的方式，被稱之為機(jī)外凈化方式?，F(xiàn)階段催化轉(zhuǎn)化器的凈化處理過程中，屬于機(jī)外凈化的核心部件構(gòu)件，可以實(shí)現(xiàn)通過鉑、鈀、銠等金屬材料的有效凈化，實(shí)現(xiàn)廢氣處理，此種催化轉(zhuǎn)化器主要應(yīng)用于摩托車當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)尾氣的凈化排放控制[1]。

1 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)方式主要分為酸溶解、堿溶解以及共沉淀富集及試液分析這三種方式。在酸溶解方式當(dāng)中，需要將催化轉(zhuǎn)化器放入到2 000 mL的燒杯當(dāng)中，并且按照1：1的比例進(jìn)行鹽酸的配比。需要將其進(jìn)行充分溶解之后,對(duì)剩下的外筒進(jìn)行去除,利用超聲波清洗機(jī)進(jìn)行清洗。在清洗之后的溶液和原本的溶液實(shí)現(xiàn)混合之后,可以得到混合溶液A，過濾之后所產(chǎn)生的物質(zhì)在蒸餾水的作用下進(jìn)行洗滌。需要值得注意的是，洗滌的次數(shù)需要保證在三次以上，在這個(gè)過程當(dāng)中產(chǎn)生的濾液和洗滌液體可以將其標(biāo)記為B[2]。

在堿溶解當(dāng)中，對(duì)上述產(chǎn)生的物質(zhì)利用坩堝來進(jìn)行干燥，干燥箱在120 ℃的溫度進(jìn)行烘干。利用馬弗爐在300 ℃的狀態(tài)下保持碳化30 min，然后進(jìn)行700 ℃的保溫操作，保溫1 h之后進(jìn)行冷卻。在冷卻之后加入4倍過氧化鈉粉末，在馬弗爐當(dāng)中保持770 ℃的狀態(tài)持續(xù)半個(gè)小時(shí)，等到冷卻之后取出。利用1 000 mL的坩堝和100 mL的水來進(jìn)行加熱溶解，冷卻后增加10倍量的濃鹽酸進(jìn)行加熱沸騰，得到溶液C。進(jìn)行溶液酸度的調(diào)整之后，把容液標(biāo)記為V總。在共沉淀富集及試液分析的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，從上一步驟得出的V總?cè)〕?00 mL的溶液，放置到500 mL的燒杯當(dāng)中，利用1：3的比例將200 mL的鹽酸和 5 mL的HBF4進(jìn)行融合，加熱沸騰30 min。然后，將氯化碲和氯化亞錫來進(jìn)行加熱，其容量均為10 mL，保持15 min微沸騰之后加入5 mL的氯化亞錫溶液及1 mL氯化碲溶液，保持微沸騰半個(gè)小時(shí)，冷卻后進(jìn)行過濾。在過濾過程中，利用微孔濾膜過濾共沉淀物，將微孔濾膜和濾渣在水中進(jìn)行溶解，根據(jù)ICP或者AAS的方式進(jìn)行分析研究，可以得出其制備溶液當(dāng)中的貴金屬含量。在現(xiàn)階段的摩托車檢測(cè)機(jī)構(gòu)當(dāng)中被廣泛地應(yīng)用的方式為AAS方式[3]。

2 實(shí)驗(yàn)解析

2.1 酸溶解

在酸溶解的過程中，想要實(shí)現(xiàn)三效催化劑的有效應(yīng)用，需要利用堇青石蜂窩陶瓷來作為載體，化學(xué)表達(dá)式為Mg2Al3。在以貴金屬主要為催化活性組的成分當(dāng)中，助劑主要為稀土?？紤]到鉑族金屬在酸和化學(xué)試劑的抗腐蝕性方面具有良好的性能，鉑不能使用普通酸來進(jìn)行分解，而是需要緩慢的在水中進(jìn)行溶解，生成氯鉑酸物質(zhì)。鈀對(duì)酸的抗腐蝕能力比較差，可以很快地溶解于硝酸。銠與酸性物質(zhì)和化學(xué)試劑的單一侵蝕反應(yīng)活性較差，在水中也很難溶解。因此，貴金屬鉑、鈀、銠的化學(xué)性質(zhì)均屬于不溶解于鹽酸的物質(zhì)，在酸溶解的過程中，依然是原子狀態(tài)。在酸溶解的步驟當(dāng)中，主要是利用催化轉(zhuǎn)化器作為載體進(jìn)行有效的溶解。溶解之后，得到的溶液B的成分當(dāng)中，主要包含了Cl1－、Fe3+、Mg2+、La3+、Ce4+，并且其中還存在微量的Al3+、Si4+、H2[PtCl6］、H3[R hCl3］、H2[PbCl4］物質(zhì)。如果在溶解過程當(dāng)中催化轉(zhuǎn)化器的材料不相同，還可能存在其他成分，包括 Zn2+、Ca2+、Mn2+、Co2+、Ni2+、Cr3+、Zr4+、Cu2+等。

在過濾的整個(gè)過程當(dāng)中，用濾紙將濾渣劃分為多個(gè)成分，包含沒有溶解和溶解的元素，其中Al2O3、SiO2、Pt、Pb、Rh為沒有溶解的元素。在酸溶解作用之后，其本身在固體狀態(tài)中所包含的催化劑可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液和濾渣的有效溶解。值得注意的是，其中本身的貴金屬原子以原子狀態(tài)的方式存在[4]。

2.2 堿溶解分析

在和過氧化鈉和氫氧化鈉的混合物產(chǎn)生混合作用之后，鉑族元素需要借助高鋁坩堝在高溫狀態(tài)下進(jìn)行熔融操作，使其中的鉑族元素渣滓在堿的作用下充分溶解。利用堿熔法進(jìn)行溶解，鉑族元素與過氧化鈉反應(yīng)，可以完全分解。實(shí)驗(yàn)中過氧化鈉本身的用量相對(duì)較多，比較容易造成污染，因此需要提出和富集溶解物質(zhì)，在《貴金屬鉑鈀銠含量檢測(cè)及判定規(guī)范》中，對(duì)共沉淀富集和微孔濾膜的操作規(guī)程進(jìn)行了規(guī)定，規(guī)定在堿溶解的結(jié)合當(dāng)中，需要對(duì)共沉淀的富集和微孔濾膜過濾，有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品中所包含的貴金屬鉑、鈀、銠的含量不產(chǎn)生破壞，同時(shí)還可以去除其他元素產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象。

在鉑族元素的抗酸性分析的過程當(dāng)中，鉑元素和鈀元素都可以溶解于水中，但是銠不能溶解于水，因此堿溶解的操作主要是對(duì)難溶解的銠進(jìn)行處理，其在濾渣當(dāng)中產(chǎn)生的Al2O3、SiO2都會(huì)被堿所溶解。在氫氯酸當(dāng)中，鉑物質(zhì)可以分為兩種類型的絡(luò)合物，分別為Na2[PtCl4]和Na[PtCl6]，鈀和鉑一樣可以形成兩種類型的絡(luò)合物，分別是Na2[PtCl4]和Na2[PtCl6]，其 中Na2[PtCl4]、Na2[PtCl4]相 較Na[PtCl6]、Na2[PtCl6]來說穩(wěn)定性相對(duì)較高。保持存在的物質(zhì)為銠的絡(luò)合物、銠本身的氯絡(luò)合物Na2[RhCl5H2O]和銠的含水五氯絡(luò)合物質(zhì)Na2[RhCl5H2O]。在強(qiáng)堿溶液當(dāng)中，氯離子會(huì)逐漸的取代羥基離子，形成一個(gè)可溶解的氯羥化合物質(zhì)。由此可見，在V總?cè)芤寒?dāng)中包含著上述溶解所得出的所有成分元素，其中分別為: Na2[PtCl4]、Na2[PtCl6]、Na2[9PbCl4]、Na2[PbCl6]、Na3[RhCl6]、Na2[RhCl5H2O]、 Cl1－、Fe3+、Mg2+、La3+Ce4+、Al3+、Si4+、Zn2+、Ca2+、Mn2+、Co2+、Ni2+、Cr3+、Zr4+、Cu2+等成分[5]。

2.3 共沉淀富集解析

通過上述處理后得到的溶液，包含鐵、鉻、鎳、鈉、鋁等大量基本元素，可以利用原子吸收法來對(duì)其進(jìn)行測(cè)定，由于溶液本身所含有的基本元素含量要高出貴金屬一千多倍，因此很容易產(chǎn)生干擾和譜線重疊現(xiàn)象。由此可見，在共沉淀富集解析的過程中，貴金屬在沉淀劑的作用下可以對(duì)其他元素實(shí)現(xiàn)過濾，由此區(qū)隔貴金屬和分離元素，控制其他元素對(duì)貴金屬測(cè)定形成的干擾。

在共沉淀分離富集貴金屬的過程中，利用碲進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中的用量需要科學(xué)選擇。碲如果用量不足，就會(huì)造成貴金屬元素沉淀不完全，結(jié)果偏低；如果用量過多那么對(duì)于后續(xù)的待測(cè)樣本溶液來說，其本身所包含的碲含量相對(duì)較高，可能在原子吸收光譜儀中造成污染。在不同用量的碲加入之后，利用等離子光譜儀進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在鉑、鈀、銠的測(cè)定當(dāng)中，利用500 μg貴金屬鉑、鈀、銠和50 mL的空白溶液進(jìn)行溶液的制定，并在其中加入5 mg的氧化碲，其中的鉑、鈀、銠可以實(shí)現(xiàn)定量吸收。催化轉(zhuǎn)化器中的貴金屬的總含量需要在0.16 g以下，因此在總?cè)芤寒?dāng)中，總?cè)芤毫恳话銥? L或者是2 L，其共沉淀的溶液的比例占比只占10%或者是20%，因此在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中加入137.5 mg的氯化碲即可滿足要求。實(shí)驗(yàn)過程中，為了還原溶液中的貴金屬以及高價(jià)氧化物質(zhì)，可以加入氯化亞錫，氯化亞錫和貴金屬產(chǎn)生共沉淀的效應(yīng)，提升貴金屬的回收率[6]。

對(duì)于鉑族金屬來說，很容易還原元素狀態(tài)。在共沉淀富集實(shí)驗(yàn)中，會(huì)將大部分貴金屬元素進(jìn)行過濾，但是相對(duì)于鉑族元素來說，會(huì)產(chǎn)生還原效果，還原之后得出極細(xì)粉末，呈現(xiàn)出黑色狀態(tài)，被稱之為鉑黑、鈀黑以及銠黑。其中溶解于水的為鉑黑和鈀黑，不能溶解于水的為銠黑。過濾之后所產(chǎn)生的鋁膜和黑色粉末，可以溶解于水，對(duì)其液體進(jìn)行測(cè)試的過程需要測(cè)定鉑鈀的絡(luò)合酸和元素形態(tài)的銠元素，其中包含了H2[PtCl4]、H2[PtCl6]、H2[PbCl4]、H2[PbCl6]。在測(cè)試液中，銠元素呈現(xiàn)出的狀態(tài)不屬于絡(luò)合物質(zhì)的狀態(tài)，因此需要進(jìn)行測(cè)量之前的充分搖勻，最終保證其測(cè)量的精確程度。

3 結(jié)語

綜上所述，在催化轉(zhuǎn)化器當(dāng)中，對(duì)活性成分鉑、鈀、銠的化學(xué)行性質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，展示每一個(gè)步驟所貴金屬成分呈現(xiàn)出的化學(xué)狀態(tài)，分析實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響因素，為實(shí)驗(yàn)人員提出了具體的理論指導(dǎo)，并對(duì)之后實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響因素以及不確定性提供出了具體的理論依據(jù)。