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高纯度铂粉制备的研究

2019-10-21何莎

中国化工贸易·下旬刊 2019年9期
关键词:制备工艺

摘 要:将粗Pt进行王水溶解--氧化,载体水解--离子交换-NH4Cl沉淀工艺制备了高纯度Pt。研究了每个过程中去除杂质元素的效果。结果显示,粗Pt溶解在王水中,Pt溶液经氧化,载体水解,离子交换和沉淀处理,实现了Pt与其他贵金属和贱金属的有效分离,获得的纯(NH4)2PtCl6前驱体,然后煅烧和洗涤后得到Pt粉末,通过GDMS分析,杂质元素含量小于3×10-6,Pt纯度大于99.999%。

关键词:高纯度;铂粉;制备工艺

铂族金属因其独特的理化性能而被称为“第一高科技金属”和“现代工业维生素”,在现代工业和新技术工业中具有非常重要的地位,并且不能被其他金属或材料取代。Pt作为铂族金属的代表性元素,在集成电路、半导体器件、精密合金和磁记录材料等方面有着重要的应用。随着电子工业的飞速发展,对Pt的需求量逐渐增加,这对纯度的要求也随之增高。在Pt的提纯过程中,赵飞以炉灰和酸渣为原料,通过酸浸、置换、离子交换、调价、氯化铵沉淀等方法制备了99.99%的高纯铂。罗耀等以99.99%铂为原料,用离子交换法脱除贵金属和贱金属杂质,制备纯度为99.999%的高纯铂。结果表明,载体水解法能有效分离高纯铂中的微量Pd、Rh、Ir,达到净化铂的目的。传统的NH4Cl沉淀法也可用于分离铂与其他贵金属和贱金属杂质,从而提高铂的纯度。然而,单离子交换法、水解法和NH4Cl沉淀法需要多次重复才能提纯铂,工艺长,直收率低。因此,在前人研究的基础上,提出了以粗铂王水为原料,采用溶解氧化、载体水解离子交换-NH4Cl沉淀法制备高纯铂的工艺,重点研究了各种杂质去除工艺中杂质元素的去除效果。

1 实验部分

1.1 工艺过程

将粗Pt粉放入王水中,然后加入H2O2、NaOH和FeCl3

进行氧化载体水解,接着进行离子交换,再通过NH4Cl化学沉淀,最后进行煅烧,得到高纯度Pt粉。

1.2 實验仪器与设备

实验仪器:电子天平,马弗炉,电炉,有机玻璃离子交换柱两根,瓷坩埚,烧杯。

实验试剂:粗Pt粉,其纯度为99.95%;HCl、HNO3、NH4Cl、FeCl3和NaOH,这些试剂都具有很高的纯度;001×7型强酸性阳离子树脂;超纯水,其电阻率为18MΩ·cm。

1.3 分析方法

通过使用电感耦合等离子体发射光谱仪检测溶液中Pt和杂质元素含量;使用辉光放电质谱仪检测海绵Pt杂质元素含量。

2 结果与讨论

2.1 粗Pt溶解造液

先称取2kg粗Pt作为原料,然后用2.4L王水进行溶解,等到Pt完全溶解后,将溶液进行浓缩,同时加入HCl、然后冷却过滤,可以得到20L粗Pt溶液,其中Pt溶液浓度为100g/L,杂质Au浓度为1.932g/L,Ag浓度为1.028g/L,Pd浓度为1.921g/L,Rh浓度为1.373g/L,Ir浓度为1.943g/L,Cu浓度为0.821g/L,Fe浓度为0.782g/L,Ni浓度为1.203g/L,Al浓度为0.221g/L,Pb浓度为0.601g/L,Mg浓度为0.134g/L,Si浓度为0.143g/L,Na浓度为0.087g/L,K浓度为0.053g/L。由此我们可以知道,粗Pt溶液中其他杂质含量比较高,只有将这些杂质去除,才能得到高纯Pt粉。

2.2 氧化、载体水解除杂

将上一步骤的粗Pt溶液稀释30L,溶液浓度变为66.7g/L,再加入Pt量0.3%的Fe(以FeCl3溶液加入)当作载体,然后加入210mL的H2O2,进行加热煮沸,等到氧化完全后加热停止,接着通过使用10%NaOH溶液调整酸碱度到pH=7~8,迅速冷却至室温,过滤并洗涤,得到体积为31L的溶液,Pt浓度为58.5g/L,水解渣315.3g,Pt含量59%。此过程Pt损失率为9.3%,直收率为90.7%,其余杂质Au浓度为0.869g/L,Ag浓度为0.530g/L,Pd浓度为0.764g/L,

Rh浓度为0.527g/L,Ir浓度为0.938g/L,Cu浓度为0.567g/L,Fe浓度为0.940g/L,Ni浓度为0.489g/L,Al浓度为0.134g/L,Pb浓度为0.489g/L,Mg浓度为0.081g/L,Si浓度为0.064g/L,Na浓度为0.574g/L,K浓度为0.031g/L。

除了Na、Fe两种元素,其余杂质含量都有较大程度的降低。这是因为氧化剂使贵贱金属离子转化为高价态,在碱性环境下,除了Pt能稳定存在以外,其他杂质都形式相应的氧化物沉淀。

2.3 离子交换除杂

对于氧化,载体水解得到的铂溶液通过离子交换深度去除杂质。由于铂和氯离子形成氯化阴离子,并且碱金属以水合阳离子的方式存在,根据铂族金属与贱金属化学性质的不同,阳离子交换树脂可以进一步去除溶液中的杂质。溶液中阳离子的交换能力与酸度有关。质子的电离常数越小,H+越容易被其他离子交换,即树脂交换容量越强。本文选用磺酸型离子交换树脂(001×7型用强酸性阳离子树脂试验)。

首先,将30kg的001×7强酸阳离子树脂置于交换柱中,在超纯水中浸泡20h,使树脂处于溶胀状态;然后浸入5%HCl(优质等级)中15h,以除去树脂中的杂质离子;最后,用纯水洗涤直至洗涤水pH=6~7,并对离子交换树脂进行预处理并填充在离子交换柱中。将氧化的脱水Pt溶液稀释至35L的体积,Pt浓度为约51.8g/L,用HCl将溶液的pH调节至1至1.5,并使溶液在流动下通过溶液速率为60mL/min通过根离子交换柱。将得到的一次交换溶液浓缩,加热酸化,调节pH=2~3,体积35L,Pt浓度约为50.6g/L,然后以60mL/min的流速通过第二离子交换柱,获得二次交换溶液。将溶液从残留在树脂柱中的Pt溶液中洗去,以进行回收。分析后,二次交换溶液的体积为36L,铂浓度为47g/L,杂质Au浓度为0.423g/L,Ag浓度为0.271g/L,Pd浓度为0.213g/L,Rh浓度为0.334g/L,Ir浓度为0.335g/L,Cu浓度为0.223g/L,Fe浓度为0.236g/L,Ni浓度为0.241g/L,Al浓度为0.071g/L,Pb浓度为0.224g/L,Mg浓度为0.030g/L,Si浓度为0.032g/L,Na浓度为0.089g/L,K浓度为0.016g/L。

2.4 NH4Cl沉淀和纯Pt粉的制备

将离子交换得到的二次交换液加热浓缩至pH约等于1,溶液体积为33.5L,铂浓度为50.5g/L,然后向溶液中加入1100g NH4Cl,质量分数约为15%。铂的沉淀为(NH4)2PtCl6,过滤后将(NH4)2PtCl6的沉淀从母液中分离出来。大部分杂质留在母液中。除杂效果很好,然后冲洗五次通过使用5%~15%NH4Cl溶液,去除(NH4)2PtCl6中的杂质。得到纯(NH4)2PtCl6。

纯(NH4)2PtCl6放入坩埚中,按以下煅烧制度分级煅烧:350℃恒温2h,550℃恒温2h,750℃恒温2h。经室温自然冷却,恒温1h后得到海绵状铂。海绵铂用去离子水洗涤三次,干燥,在450℃下低溫煅烧1h。采用辉光放电质谱法测定了样品中杂质元素的含量。其中Au浓度为0.648g/L,Ag浓度为0.051g/L,Pd浓度为0.0.031g/L,Rh浓度为0.010g/L,Ir浓度为0.047g/L,Cu浓度为0.571g/L,Fe浓度为0.345g/L,Ni浓度为0.082g/L,Al浓度为0.016g/L,Pb浓度为0.030g/L,Mg浓度为0.001g/L,Si浓度为0.027g/L,Na浓度为0.050g/L,K浓度为0.001g/L。Pt粉中杂质总含量极低,达到高纯Pt行业标准,其纯度大于99.999%。

3 结论

①通过王水溶解,然后进行氧化、载体水解法处理,可以显著降低粗Pt的杂质含量;②利用离子交换法进行2次交换,能够显著降低贵贱金属的杂质含量;③最终得到的铂粉杂质含量小于3×10-6,铂粉纯度大于99.999%。

参考文献:

[1] COTTON S A. Chemistry of precious metals[M]. Lon-don: Blackie Academic & Professional,1997.

[2] DAVID J.Platinum 2010[M].United Kingdom: Johnson Matthey,2010:192-193.

[3]郭学益,田庆华高纯金属材料[M]北京:冶金工业出版社,2010:190-196.

作者简介:

何莎(1989- ),女,云南省屏边人,本科,昆明固釉科技有限公司,研究方向:贵金属粉体的制备工艺。

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