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铑作为铂族金属的重要一员,具有其独特的物理特性和化学特性

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铑作为铂族金属的重要一员,具有其独特的物理特性和化学特性,因为其高催化活性以及多选择性,在石油工业催化剂、汽车尾气净化器、催化加氢等方面得到了广泛应用,因此在市场中具有极高的需求量。

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废贵金属铑回收[1]

废贵金属催化剂的处理

废贵金属铑催化剂大多存在于汽车尾气催化剂中,除此之外,在石油工业催化剂、玻璃玻纤工业以及镀层的废渣废液中也十分常见。铑的分离和提取工艺具有一定的复杂性,废料再生回收工艺流程冗长,且不同的形态及性质对应回收技术也不尽相同,对于技术水平有极高的要求。现阶段,废贵金属催化剂铑的回收方法可分为下述两种方式。第一,湿法回收。湿法回收涵盖了萃取法、沉淀法、氧化蒸馏法、洗涤法等多种方法,各个方法均各有利弊,需要与废贵金属催化剂的性质特点相结合进行合理选择,也有报道将几种分离工艺耦合以获得更优的铑回收率。第二,火法回收。火法回收法主要包括熔炼法和燃烧法,其中熔炼法指的是在高温环境下将贵金属和载体分离后进行回收;燃烧法适用于载体为碳质的催化剂,燃尽载体后进行贵金属的提取和回收。

废贵金属铑催化剂的预处理

大多数工业所应用的铑催化剂的主要载体为活性炭、氧化铝等。废贵金属铑催化剂中存在较多难溶固体类、有机磷、硫类杂质等,不利于铑的提取,而废贵金属铑催化剂中存在的杂质会严重阻碍铑工艺的顺利进行,所以做好预处理作业十分重要。首先需要将废贵金属铑催化剂与碱金属或碱土金属化合物混合,经过高温燃烧,将表层的一些杂质清除,如有机物和积炭,之后将其放在氧化剂和无机酸中自行溶解,再通过少量碱对溶液pH值进行调节,这样便能够获得沉淀的氢氧化铑。之后进行盐酸溶解便能够得到氯化铑的溶液。通过离子交换树脂将贱金属中的杂质清除,通过重结晶获得纯度极高的水合氯化铑。根据相关研究显示在废贵金属铑催化剂的预处理过程中,在坩埚中均匀混合一定数量的废贵金属铑催化剂和一定数量的添加剂,基于一定的升温条件在电阻炉中进行焙烧,待其冷却后研细焙烤残渣便能够得到铑灰,并再使用盐酸将其溶解,可得到较高的铑液相回收率。

铑的提纯[1]

沉淀法

沉淀法是一种铑提纯应用最为广泛之一的方法,操作简单,效果明显。主要是使用水解沉降或者化学试剂沉淀实现铑的回收。首先废催化剂使用氧化蒸馏法浓缩,将铑的质量分数保持在0.1~0.7%之间,之后向其中通入氧气或者氧化剂进行氧化处理,时间为10-20h,接下来进行沉淀反应。沉淀法作为一种工业生产最为常用的手段,其优势在于操作简便,工艺成熟,但对原物料杂质种类要求较高,在调节pH值时,易于同时导致多种离子沉淀导致得到沉淀内的贵金属品位出现较低的情况。

亚硝酸钠配合法

该方法主要是向预处理过程后得到的氯铑酸溶液中的铑催化剂进行有效处理,在亚硝酸钠的作用下能够将含铑溶液中存在的贱金属杂质全面清除。但在实际操作的过程中需要合理控制铑的浓度,通常情况下铑的浓度需要保持在50g/L左右,同时也需要合理把握温度和pH值,通常情况下应将温度控制在80℃-90℃之间,将pH值设置在1~1.5之间,通过搅拌将固体亚硝酸钠放入,基于这一条件,氯铑酸离子便能够及时转化为亚硝基铑离子,具有较强的可溶性,之后使用Na2CO3:NaOH=(3∶1)的溶液对pH值进行合理调整,之后进行30min-60min的煮沸,通过上述操作能够将贱金属转化为氢氧化物沉淀,进而能够有效分离铑。该方法常应用于分析测试实验中对铑的分离和检验,因NaNO3造价相对较高,故在工业中应用程度较小。

氨化法

该方法是向氯铑酸溶液中加入大量的氨水,发生反应,形成[Rh(NH3)5Cl]Cl2。在过滤沉淀后,使用氯化钠溶液完成洗涤,再将其溶于NaOH中,使用盐酸酸化并使用硝酸进行有效处理,这样便能够使铑转化为[Rh(NH3)5Cl](NO3)2的溶液,将该溶液浓缩赶硝转化为铑氯配合物,通过煅烧后使用稀王水蒸煮将部分可溶性的杂质溶去,之后通过氢气还原获得具有一定纯度的铑。氨化法与上述两种方法具有类似的工艺原理,均为通过引入第三组分沉淀剂,使不同形态的铑离子以沉淀形式析出,进而通过精炼方式将铑进行分离和纯化。而氨化法的优势在于,其造价较低,且流程简便,是一种被广泛应用的沉铑和精炼铑的方法。

离子交换和吸附法

该方法主要是对溶解后的铑离子进行回收,因具有较高的分离效率,并且设备操作较为简单,并且树脂和吸附剂能够再生利用和反复使用,对环境影响非常小,属于一种富集分离且绿色环保的方法,得到了贵金属分离应用的关注、重视和广泛的应用。

氧化法

氧化法也是一种从废贵金属催化剂中回收贵金属的方法。其主要依赖于强氧化剂对贵金属的浸取从而完成对贵金属离子的溶解和富集,以氯气、王水、浓硫酸等为主。这种方法自上世纪50年代以来,就被广泛应用于贵金属的分离与提纯。但因其在反应过程中会有大量氮氧化物、氯气等有毒有害气体的生成,因而逐步被其他方法所取代。对于废铑催化剂,因铑本身化学性质稳定,难以在强氧化环境中溶解,需要重复多次对其进行氧化,在此过程中产生的废液废气量大、溶解度小,不易于大规模工业化溶解、精炼和富集。

萃取法

萃取法具有分离效果好、回收率高的优势,主要是在水相中使用有机萃取剂将预处理后的铑配位离子萃取出来。但铑除在不同氧化环境中会表现出不同的氧化价态外,还会随环境酸度、氯离子浓度等发生水合或羟合,呈现出顺式、反式或者多核结构,这种化学性质导致其难以保持稳定的价态和物种,为萃取分离提纯带来了困难。现阶段主要通过使用TBP、TRPO分离Rh(Ⅲ),这意味着在萃取使用前需要严格控制铑的价态变化,对工业化生产提出了挑战,但也有望成为未来高效分离回收铑的方法。

氢气还原法

为了能够得到具有较高纯度的铑粉,将一定数量的铑黑放置在管式炉中,将其与气管相连,通入氮气后抽尽空气,之后通入氢气,进行加温处理,将温度设置在700℃左右,时间为2h,之后进行冷却处理,将温度冷却至400-500℃,通入氮气,降温至100℃以下,停止通入气体。温度降低至室内温度后将其取出,使用37%盐酸进行洗涤处理,使用去离子水将滤液洗至中性,真空环境下烘干,便能够得到具有一定纯度的铑粉,效果明显。

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