堿熔-酸浸法回收低品位鉑族金屬?gòu)U料中鉑、銠的試驗(yàn)研究

張保明，解雪，李梅

摘要：工業(yè)廢料的鉑族金屬含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地殼中的含量，鉑族金屬二次資源回收利用具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。本文通過(guò)開(kāi)展條件試驗(yàn)，采用堿熔-酸浸法回收低品位鉑族金屬?gòu)U料中的鉑和銠。研究發(fā)現(xiàn)，焙燒溫度為700 ℃，堿用量為物料質(zhì)量的1.8倍，焙燒時(shí)間為90 min時(shí)，鉑、銠的浸出率分別可以達(dá)到99.28%、95.27%。

關(guān)鍵詞：堿熔-酸浸法；鉑族金屬?gòu)U料；低品位；浸出；回收；鉑；銠

中圖分類號(hào)：X781.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2023）11-000-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.11.001

Experimental Study on the Recovery of Platinum and Rhodium from Low Grade Platinum Group Metal Waste by Alkali Melting-Acid Leaching Method

ZHANG Baoming， XIE Xue， LI Mei

（Jiangsu BGRIMM Metal Recycling Science & Technology Co.， Ltd.， Xuzhou 221121， China）

Abstract： The content of platinum group metals in industrial waste is much higher than that in the crust， and the recycling and utilization of platinum group metal secondary resources has significant social and economic benefits. Through conducting conditional experiments， this paper adopts the alkali melting-acid leaching method to recover platinum and rhodium from low-grade platinum group metal waste. Research has found that when the roasting temperature is 700 ℃， the amount of alkali used is 1.8 times the mass of the material， and the roasting time is 90 min， the leaching rates of platinum and rhodium can reach 99.28% and 95.27%， respectively.

Keywords： alkali melting-acid leaching method; platinum group metal waste; low grade; leaching; recycling; platinum; rhodium

在礦物分類中，鉑族元素礦物屬自然鉑亞族，鉑族金屬包括釕（Ru）、銠（Rh）、鈀（Pd）、鋨（Os）、銥（Ir）、鉑（Pt）六種金屬元素，其均具有較高的熔點(diǎn)，幾乎不與單一酸反應(yīng)，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，被廣泛應(yīng)用于石油化工、醫(yī)藥化工、集成電路、儀器制造等行業(yè)[1-3]，被稱為“現(xiàn)代工業(yè)維生素”。其中，鉑已經(jīng)成為發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的重要金屬，它是唯一橫跨制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫、用氫四大領(lǐng)域，為清潔能源高效利用提供解決方案的貴金屬。

鉑族金屬元素在地殼中的含量很少且不容易聚集，在自然界常常伴生在含鉑礦物中。截至2021年底，全球已探明鉑族金屬儲(chǔ)量約為7.0萬(wàn)t。全球鉑族金屬資源高度集中，主要分布在南非、俄羅斯、津巴布韋、加拿大和美國(guó)，其儲(chǔ)量占全球儲(chǔ)量的99%以上。我國(guó)是鉑族金屬資源嚴(yán)重匱乏的國(guó)家，其主要產(chǎn)于銅鎳硫化物礦床中，均屬于伴生礦，儲(chǔ)量非常少，對(duì)外依存度高[4-5]。工業(yè)廢料的鉑族金屬含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地殼中的含量，鉑族金屬二次資源回收利用具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[6-8]。本文以難處理的低品位鉑族金屬?gòu)U料為研究對(duì)象，采用堿熔-酸浸法回收其中的鉑和銠，實(shí)現(xiàn)鉑與銠的高效浸出，從而為后續(xù)鉑銠分離提純奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料為催化劑經(jīng)濕法回收鉑、銠后產(chǎn)生的尾渣，其鉑、銠的含量較低，采用濕法很難再將鉑、銠浸出。對(duì)其進(jìn)行化學(xué)成分分析，低品位鉑族金屬?gòu)U料的主要成分如表1所示。低品位鉑族金屬?gòu)U料的Pt含量為0.320 5%，Rh含量為0.057 4%，另外，其中還含有較多的鋁、鈉、鐵、硅等元素。

1.2 試劑與儀器

試劑有氫氧化鈉（NaOH）、鹽酸（HCl）和氯酸鈉（NaClO3），均為分析純。儀器有恒溫加熱磁力攪拌器（型號(hào)78HW-1）、電子天平（型號(hào)JY-2001）和箱式馬弗爐。

1.3 試驗(yàn)方法

稱取低品位鉑族金屬?gòu)U料，將廢料與氫氧化鈉按照一定比例混合均勻。焙燒溫度設(shè)置為550～750 ℃，焙燒時(shí)間設(shè)置為30～120 min，焙燒時(shí)，蒸發(fā)皿不加蓋。將焙燒后的物料進(jìn)行水洗，洗去氫氧化鈉，水洗后的物料采用鹽酸+氯酸鈉的酸浸體系進(jìn)行浸出[9-11]，得到酸浸渣。酸浸渣中鉑含量采用分光光度法進(jìn)行測(cè)定，銠含量采用電感耦合等離子體光譜儀（ICP）進(jìn)行測(cè)定[12-16]。

2 結(jié)果與討論

2.1 焙燒溫度對(duì)鉑、銠浸出率的影響

焙燒時(shí)間為90 min，焙燒堿用量為物料質(zhì)量的1.5倍，焙燒溫度分別為550 ℃、600 ℃、650 ℃、700 ℃和750 ℃。焙燒后的物料先在80 ℃水浴條件下浸出1 h，再采用濃度6 mol/L的鹽酸作為浸出劑、氯酸鈉作為氧化劑，攪拌均勻，浸出溫度為95 ℃，浸出時(shí)間為3 h。浸出結(jié)束后，過(guò)濾，濾渣烘干，分析酸浸渣的鉑、銠含量，計(jì)算浸出率。焙燒溫度對(duì)鉑、銠浸出率的影響如圖1所示。

由圖1可以看出，鉑、銠的浸出率隨著焙燒溫度的上升而逐漸升高。當(dāng)焙燒溫度達(dá)到700 ℃時(shí)，鉑、銠的浸出率均達(dá)到最高，分別為99.48%、96.48%。繼續(xù)增加焙燒溫度，浸出率變化不明顯。因此，最佳焙燒溫度為700 ℃。從焙燒后的浸出結(jié)果看，在相同焙燒條件下，鉑的浸出率高于銠的浸出率，說(shuō)明鉑比銠更易浸出。

2.2 焙燒堿用量對(duì)鉑、銠浸出率的影響

焙燒時(shí)間為90 min，焙燒堿用量分別為物料質(zhì)量的1.0倍、1.2倍、1.5倍、1.8倍和2.0倍，焙燒溫度為700 ℃。焙燒后的物料先在80 ℃水浴條件下浸出1 h，再采用濃度6 mol/L的鹽酸作為浸出劑、氯酸鈉作為氧化劑，攪拌均勻，浸出溫度為95 ℃，浸出時(shí)間為3 h。浸出結(jié)束后，過(guò)濾，濾渣烘干，分析酸浸渣的鉑、銠含量，計(jì)算浸出率。堿用量對(duì)鉑銠浸出率的影響如圖2所示。

由圖2可知，隨著堿用量的增加，鉑、銠浸出率呈上升趨勢(shì)。當(dāng)堿用量為物料質(zhì)量的1.5倍時(shí)，鉑的浸出率可以達(dá)到98.19%，但銠的浸出率僅為88.42%。因此，繼續(xù)增加堿用量，進(jìn)一步提高銠的浸出率。當(dāng)堿用量提高到物料質(zhì)量的1.8倍時(shí)，鉑的浸出率可以達(dá)到99.98%，銠的浸出率可以達(dá)到96.50%。繼續(xù)增加堿用量，鉑、銠的浸出率基本無(wú)變化，而且多余的NaOH會(huì)與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉。因此，最佳堿用量為物料質(zhì)量的1.8倍。

2.3 焙燒時(shí)間對(duì)鉑、銠浸出率的影響

焙燒時(shí)間分別為30 min、60 min、90 min和120 min，焙燒堿用量為物料質(zhì)量的1.8倍，焙燒溫度為700 ℃。焙燒后的物料先在80 ℃水浴條件下浸出1 h，再采用濃度6 mol/L的鹽酸作為浸出劑、氯酸鈉作為氧化劑，攪拌均勻，浸出溫度為95 ℃，浸出時(shí)間為3 h。浸出結(jié)束后，過(guò)濾，濾渣烘干，分析酸浸渣的鉑、銠含量，計(jì)算浸出率。焙燒時(shí)間對(duì)鉑、銠浸出率的影響如圖3所示。

由圖3可以看出，隨著焙燒時(shí)間的增加，鉑、銠的浸出率先增加后基本保持不變。當(dāng)焙燒時(shí)間為90 min時(shí)，鉑、銠的浸出率分別達(dá)到99.28%、95.27%。

繼續(xù)增加焙燒時(shí)間，浸出率增加不明顯。因此，最佳焙燒時(shí)間為90 min。

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，堿熔-酸浸法可以用于回收低品位鉑族金屬?gòu)U料中的鉑與銠，實(shí)現(xiàn)鉑與銠的高效浸出，以便后續(xù)進(jìn)行鉑銠分離提純。從最佳工藝條件來(lái)看，焙燒溫度為700 ℃，堿用量為物料質(zhì)量的1.8倍，焙燒時(shí)間為90 min，此時(shí)，鉑、銠的浸出率分別可以達(dá)到99.28%、95.27%。

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