废催化剂回收贵金属工艺及前处理技术研究

雷海波

摘 要：本文在总结废催化剂回收贵金属工艺基础理论知识的基础上，对废催化剂回收铂、铑和钯等贵金属的工艺流程进行深度分析，进而探究了废催化剂前处理技术，并对废催化剂回收贵金属工艺关键理论和经济效果进行评价，旨在为我国废催化剂回收贵金属工艺水平及前处理技术的不断提高带来更多参考。

关键词：废催化剂;贵金属;前处理技术

0 引言

由于实际使用过程中催化剂化学结构变化和催化剂碳质积累等，导致催化剂失活而必须定期更换催化剂以确保工业生产。贵金属催化剂的高活性、选择性，相关工业项目扩能、扩产，近年来贵金属催化剂的用量逐年增多。然而，被更换的催化剂中往往含有比贵金属矿物更高的贵金属含量。因此，失效的废催化剂逐步成为现代社会贵金属回收和循环利用的重要原材料，废催化剂中贵金属回收工艺及前处理技术研究也就逐步成为该领域研究热点。在此背景下，本文对废催化剂回收贵金属工艺及前处理技术的深入探讨有着强烈理论意义和现实价值。

1 废催化剂回收贵金属工艺概述

在现代工业发展过程中，贵金属物质凭借其较高催化活性、较高熔点、较高沸点以及较低的蒸汽气压和较高的抗氧化与耐腐蚀性等诸多特质，在石油石化、生化环保等诸多产业的快速发展过程中发挥了不容估量的作用。尽管贵金属催化剂在实际使用过程中会发生组分形态的变化，甚至结构、数量的改变，但废催化剂仍旧会含有相当数量的贵金属，且往往会高于其他贫矿中相应贵金属元素含量。因此，强化对废催化剂贵金属工艺的回收与重视，是实现贵金属循环利用的重要途径。目前，废催化剂回收贵金属工艺主要包括間接回收处理法和直接回收处理法，又可进一步分为干法、湿法、干湿结合法、分离法和不分离法等诸多类别。

2 废催化剂回收贵金属工艺分析

2.1 催化剂中铂的回收

近年来，在化学工业生产过程中，绝大部分以三氧化二铝为铂的基本催化剂载体。在石油石化行业，石油重整工业所使用的催化剂活性会随使用时间的不断延长而逐步减弱，但催化剂中铂金属元素的含量不会发生改变，因此，从废催化剂中回收贵金属铂是其重要的循环利用方法。

一般而言，该回收工艺主要包括溶解铂金属法、溶解载体法和载体--铂金属共溶法三大类别。以载体和铂金属共溶法为例探究废催化剂中铂金属的回收可知，该类方法完全溶解贵金属铂和三氧化二铝，并在完全溶解液体中以离子交换树脂的方式吸附贵金属铂，从而回收该贵金属类别。首先，烘焙燃烧废催化剂，利用盐酸、硫酸和氧化剂的混合物浸泡、溶解被焙烧的废催化剂，再以离子交换树脂的方式吸附得到含铂树脂，载铂树脂以解吸剂解吸，最后利用盐酸酸化、氧化剂氧化和沉铂剂沉淀的方法将贵金属元素铂完全沉淀，再辅以精炼工艺得到纯度较高的海绵铂，完成从整个废催化剂中有效回收与利用铂金属的过程。该方法能完全实现工业化生产，且铂金属回收利用率较高，整个工艺生产过程无污染无公害。

2.2 废催化剂中铑的回收

在汽车尾气净化以及燃料电池等诸多生产领域，含铑催化剂有着良好的应用前景。目前而言，含铑催化剂的制备主要依赖于铑粉、硝酸铑以及水合三氯化铑等诸多物质，而从废催化剂中提取铑粉并制备得到水合三氯化铑就成为回收贵金属铑的重要途径。就铑粉的回收工艺流程而言，首先可焚烧含有铑元素的废催化剂，再利用亚硫酸钾对含铑废催化剂进行熔融处理。在熔融后的物质中加入氨水得到氢氧化铑沉淀物，最后利用盐酸的中和反应得到含铑溶液，再还原得到粗铑粉。此外，为进一步将粗铑粉转化为纯铑粉，还需经历酸洗、水洗、化学电解和焙烧等工艺过程，由此方法得到的纯铑粉回收纯度大于99.5%。

2.3 废工业催化剂中钯的回收

在石油化工行业，含有金属钯的催化剂被广泛应用于各生产过程，而进一步对含钯贵金属的废催化剂回收利用进行分析可知，不同的钯催化剂载体在其废催化剂回收过程中有着截然不同的回收工艺。例如，以三氧化二铝为载体的含钯催化剂的回收利用可采用焙烧浸出法、电解法以及氯代烃法等诸多方式。以氯代烃法为例探究三氧化二铝载体的含钯催化剂回收利用可知，该类方法主要是在废催化剂焙烧处理并除去其他无关杂质后，将其放置于石英管中，利用含钯废催化剂和氯代烃反应得到钯氯化物，回收得到类似于棕红色粉末的钯盐。在500℃的化学反应温度条件下，钯金属元素的回收率达到最高，且氯代烃法并不会对三氧化二铝造成损害，三氧化二铝还可进一步回收利用，成为含钯催化剂载体。另一方面，以活性炭为载体的钯金属废催化剂回收时，由于该类废催化剂具有较高的吸水率，因此必须对该类废催化剂进行干燥处理。

3 废催化剂前处理技术

就绝大部分的废催化剂而言，电解法、氯代烃法以及溶解铂金属法、载体--铂金属共融法等诸多工艺流程往往并未进行前处理，而是直接利用废催化剂进行焙烧和溶解。但在直接焙烧和溶解过程中，烧结磁珠也会随废催化剂溶解，进而在一定程度上加大废催化剂处理工艺难度，并给废催化剂中贵金属元素的后续提纯造成一定障碍。因此，在废催化剂贵金属元素的回收利用过程中，必须加强对废催化剂前处理技术的重视与关注。由于脉动气流作用能较良好地实现对废催化剂中各类化学物质的高效分离，而主动脉动气流分选设备也能利用其良好性能分选废催化剂，实现对废催化剂中有效贵金属元素的回收，并能够利用连续工作方式提高废催化剂分选效率，有助于降低废催化剂中钯、铂、铑等贵金属元素后续工艺处理的复杂度，还可进一步将分离出的磁珠作为净水剂进行二次循环利用。

4 关键理论与经济评价

总而言之，废催化剂中贵金属的回收过程主要涉及组分溶解和溶液组分分离两大基本理论。就组分溶解理论而言，废催化剂固体组分的溶解是在固液相中进行的，而绝大部分的废催化剂中往往含有部分对溶解过程有益的微量杂质，因此，在废催化剂溶解时，可预先充分磨碎废催化剂固体物质，确保废催化剂组分溶解反应时接触面积的最大化，并增加废催化剂中贵金属元素晶格缺陷，以提高废催化剂整体溶解速率。就溶液组分分离理论而言，常用的溶液组分分离方法主要包括金属沉淀法、离子沉淀法、交换萃取法以及结晶吸附法等。近年来，分离法逐步成为废催化剂中贵金属元素回收利用的全新方法，而分离法主要包括磁分离法和膜分离法两大类别，在催化剂毒性越高的情况下，磁分离法磁性越强。

利用磁分离技术对废催化剂进行分离，效果越优良。就废催化剂回收贵金属元素项目的经济评价问题而言，可根据当地政策制度、废催化剂处理容量以及贵金属回收效率和整个项目运转费用等进行综合分析。在合理估量设计方案的基础上评价经济效益，考虑废催化剂原材料、回收贵金属产品市场以及环保节能等诸多内容，科学选择回收厂厂址，确保项目经济效益评价和社会综合评价合理科学。

5 结论与建议

在废催化剂回收贵金属元素过程中，由于废催化剂化学特性有所不同，废催化剂的制备本身存在一定技术难度，且国内频频更换废催化剂载体以及废催化剂使用数量远远高于国外等，都在一定程度上增大了废催化剂中贵金属元素的回收压力。另外，回收网络信息的不畅通以及市场监管机制的不完善所造成的废催化剂回收过程中不同程度的二次污染等都是现阶段废催化剂回收利用有待解决的重要难题。只有不断提高废催化剂回收技术水平，开发全新的回收技术工艺流程，不断提高废催化剂中贵金属元素的回收效率和回收率，不断提升回收设备的通用性，建立更加完善的市场机制和监管制度，才能确保废催化剂的合理排放、收集与回收，才能实现真正的变废为宝和循环利用。

参考文献：

[1]刘丽萍，马小建，张鹏，等.废催化剂中金属组分回收利用概述[J].工业安全与环保，2017（12）：91-93.

[2]周国平，王锐丽，吴仁超，等.工业废催化剂回收贵金属工艺及前处理技术研究[J].中国资源综合利用，2018（11）： 26-28.

[3]李荣敏，焦向东，卢新宁.废贵金属催化剂中铑回收工艺研究进展[J].贵金属，2014（11）：42-44.