硝酸工业氧化炉灰回收铂族金属的试验研究

解 雪，张邦胜，刘贵清，张 帆，郑远东，王 芳，吴祖璇

（江苏北矿金属循环利用科技有限公司，江苏 徐州 221121）

硝酸是化学工业的重要原料之一，在石油化工、化肥生产、炸药制造和制药工程等领域都得到广泛应用。硝酸的主要工业制备方法是氨氧化法：氨和空气在高温、高压下按一定比例混合，通过催化剂在氧化炉氧化产生硝酸，铂族金属具有催化活性高的优点，利用氨制备硝酸时，铂是选择性最好的催化剂，一般将铂拉成丝，然后制成铂催化网。纯铂的高温强度不足，为提高催化网的强度而又不降低铂网的催化活性，催化网一般选用铂铑二元贵金属合金或铂钯铑三元贵金属合金制作。

铂铑二元网多采用含铂90%～95%、含铑5%～10%的铂铑合金织网，铂钯铑三元网常采用含铂90.0%～92.5%、钯4%～5%、铑3.5%～5.0%的铂钯铑合金织网。现阶段，我国硝酸生产企业基本都采用铂钯铑三元催化网。但是，我国铂族金属资源非常有限，同时我国又是铂族金属资源消耗大国，因此必须大力发展循环经济，从废催化剂中回收铂族金属，这在经济发展、科研、环保等领域都有重要的意义，其经济效益也相当可观。本试验采用NaOH 焙烧-水浸-稀盐酸溶解载体后的富集渣作为研究对象，采用活性组分溶解法研究浸出条件对铂、钯浸出率的影响。

1 试验部分

1.1 原料及试剂

试验原料为NaOH 焙烧-水浸-稀盐酸溶解载体后的富集渣，物料的贵金属含量如表1所示。试验所用的试剂主要有盐酸、氯酸钠、水合肼等，所用试剂均为分析纯。

表1 物料中贵金属含量

1.2 试验方法

还原试验以富集渣为研究对象，每个试验用量为10 g 左右。水合肼还原效果采用盐酸+氯酸钠浸出体系充分浸出进行验证，以钯的浸出率作为结论。

对于浸出试验，水浴恒温搅拌的浸出温度为80 ℃，浸出时间为60 min，浸出酸度为4 mol/L，盐酸加入量为50 mL，氯酸钠加入量为0.5 g。反应完成后，过滤，渣烘干称重，用分光光度法分析渣中钯的剩余含量。

2 结果与讨论

2.1 预还原-氧化浸出

2.1.1 还原剂水合肼加入量对钯浸出率的影响

试验条件如下：还原温度为80 ℃，水合肼加入量分别为0 mL、1 mL、2 mL、3 mL、4 mL 和5 mL，还原时间为30 min。水合肼加入量对钯浸出率的影响如图1所示。

图1 水合肼加入量对钯浸出率的影响

由图1 可知，当不加入水合肼时，钯的浸出率仅有61.88%，随着水合肼加入量的增加，钯的浸出率先上升后基本保持不变。这是由于在碱熔焙烧过程中，部分钯被氧化成氧化钯，因此在浸出前先进行还原，有利于提高钯的一次浸出率。当水合肼的加入量为3 mL 时，钯的浸出率为98.78%，继续增加水合肼的使用量，钯的浸出率基本保持不变。因此，选择3 mL 作为水合肼的最佳使用量。

2.1.2 还原温度对钯浸出率的影响

试验条件如下：还原温度分别为25 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃和90 ℃，水合肼加入量为3 mL，还原时间为30 min。还原温度对钯浸出率的影响如图2所示。由图2 可知，钯的浸出率随着还原温度的增加逐渐上升，当温度达到80 ℃时，钯的浸出率达到99.19%。继续升高温度，钯的浸出率反而稍有下降。这是由于温度过高导致水合肼的挥发速度过快，造成钯的还原不彻底。因此，选择还原温度80 ℃。

图2 还原温度对钯浸出率的影响

2.1.3 还原时间对钯浸出率的影响

试验条件如下：还原温度为80 ℃，水合肼加入量为3 mL，还原时间分别为10 min、15 min、20 min、25 min 和30 min。还原时间对钯浸出率的影响如图3所示。

图3 还原时间对钯浸出率的影响

由图3 可知，随着还原时间的延长，钯的浸出率先上升后保持不变。当时间延长至20 min 时，钯的浸出率达到99.10%，继续增加还原时间，钯的浸出率变化不大。因此，还原时间选择20 min。

2.2 铂、钯浸出试验

2.2.1 浸出酸度对铂、钯浸出率的影响

浸出条件如下：浸出温度为90 ℃，浸出时间为60 min，浸出酸度（盐酸浓度）分别为2 mol/L、4 mol/L、5 mol/L、6 mol/L 和8 mol/L。浸出酸度对铂钯浸出率的影响如图4所示。由图4可知，随着浸出酸度的增加，铂、钯的浸出逐渐上升，当浸出酸度达到6 mol/L 时，铂、钯的浸出率分别为98.23%、99.18%。继续增加浸出酸度，浸出率基本保持不变。基于成本考虑，选择浸出酸度6 mol/L。

图4 浸出酸度对铂钯浸出率的影响

2.2.2 浸出温度对铂钯浸出率的影响

浸出条件如下：浸出温度分别为60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃和95 ℃，浸出时间为60 min，浸出酸度为6 mol/L。浸出温度对铂钯浸出率的影响如图5所示。

图5 浸出温度对铂钯浸出率的影响

由图5 可知，随着温度的上升，铂、钯的浸出率逐渐增加，当温度升高到90 ℃时，铂、钯的浸出率分别达到98.59%、99.04%，继续增加浸出温度，浸出率变化不大。在湿法反应中，随着反应温度的升高，反应速度加快，能耗与试剂的消耗也同时升高。因此，选择浸出温度90 ℃。

2.2.3 浸出时间对铂钯浸出率的影响

浸出条件如下：浸出温度为90 ℃，浸出时间分别为20 min、40 min、60 min 和80 min，浸出酸度为6 mol/L。浸出时间对铂钯浸出率的影响如图6所示。随着浸出时间的增加，铂、钯的浸出率先上升后保持不变。当反应进行至60 min 时，铂、钯的浸出率分别为98.09%、99.03%，继续增加反应时间，浸出虽然有所增加，但变化不大。因此，选择浸出时间60 min。

图6 浸出时间对铂钯浸出率的影响

3 结论

水合肼还原钯的优化工艺条件为：水合肼3 mL，还原温度80 ℃，还原时间20 min。铂钯浸出的优化工艺条件为：盐酸浓度6 mol/L，浸出温度90 ℃，浸出时间60 min。此时，铂的浸出率为98.09%，钯的浸出率为99.03%。