廢催化劑回收貴金屬工藝及前處理技術(shù)研究

雷海波

摘 要：本文在總結(jié)廢催化劑回收貴金屬工藝基礎(chǔ)理論知識的基礎(chǔ)上，對廢催化劑回收鉑、銠和鈀等貴金屬的工藝流程進(jìn)行深度分析，進(jìn)而探究了廢催化劑前處理技術(shù)，并對廢催化劑回收貴金屬工藝關(guān)鍵理論和經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行評價(jià)，旨在為我國廢催化劑回收貴金屬工藝水平及前處理技術(shù)的不斷提高帶來更多參考。

關(guān)鍵詞：廢催化劑;貴金屬;前處理技術(shù)

0 引言

由于實(shí)際使用過程中催化劑化學(xué)結(jié)構(gòu)變化和催化劑碳質(zhì)積累等，導(dǎo)致催化劑失活而必須定期更換催化劑以確保工業(yè)生產(chǎn)。貴金屬催化劑的高活性、選擇性，相關(guān)工業(yè)項(xiàng)目擴(kuò)能、擴(kuò)產(chǎn)，近年來貴金屬催化劑的用量逐年增多。然而，被更換的催化劑中往往含有比貴金屬礦物更高的貴金屬含量。因此，失效的廢催化劑逐步成為現(xiàn)代社會貴金屬回收和循環(huán)利用的重要原材料，廢催化劑中貴金屬回收工藝及前處理技術(shù)研究也就逐步成為該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。在此背景下，本文對廢催化劑回收貴金屬工藝及前處理技術(shù)的深入探討有著強(qiáng)烈理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 廢催化劑回收貴金屬工藝概述

在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展過程中，貴金屬物質(zhì)憑借其較高催化活性、較高熔點(diǎn)、較高沸點(diǎn)以及較低的蒸汽氣壓和較高的抗氧化與耐腐蝕性等諸多特質(zhì)，在石油石化、生化環(huán)保等諸多產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展過程中發(fā)揮了不容估量的作用。盡管貴金屬催化劑在實(shí)際使用過程中會發(fā)生組分形態(tài)的變化，甚至結(jié)構(gòu)、數(shù)量的改變，但廢催化劑仍舊會含有相當(dāng)數(shù)量的貴金屬，且往往會高于其他貧礦中相應(yīng)貴金屬元素含量。因此，強(qiáng)化對廢催化劑貴金屬工藝的回收與重視，是實(shí)現(xiàn)貴金屬循環(huán)利用的重要途徑。目前，廢催化劑回收貴金屬工藝主要包括間接回收處理法和直接回收處理法，又可進(jìn)一步分為干法、濕法、干濕結(jié)合法、分離法和不分離法等諸多類別。

2 廢催化劑回收貴金屬工藝分析

2.1 催化劑中鉑的回收

近年來，在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中，絕大部分以三氧化二鋁為鉑的基本催化劑載體。在石油石化行業(yè)，石油重整工業(yè)所使用的催化劑活性會隨使用時(shí)間的不斷延長而逐步減弱，但催化劑中鉑金屬元素的含量不會發(fā)生改變，因此，從廢催化劑中回收貴金屬鉑是其重要的循環(huán)利用方法。

一般而言，該回收工藝主要包括溶解鉑金屬法、溶解載體法和載體--鉑金屬共溶法三大類別。以載體和鉑金屬共溶法為例探究廢催化劑中鉑金屬的回收可知，該類方法完全溶解貴金屬鉑和三氧化二鋁，并在完全溶解液體中以離子交換樹脂的方式吸附貴金屬鉑，從而回收該貴金屬類別。首先，烘焙燃燒廢催化劑，利用鹽酸、硫酸和氧化劑的混合物浸泡、溶解被焙燒的廢催化劑，再以離子交換樹脂的方式吸附得到含鉑樹脂，載鉑樹脂以解吸劑解吸，最后利用鹽酸酸化、氧化劑氧化和沉鉑劑沉淀的方法將貴金屬元素鉑完全沉淀，再輔以精煉工藝得到純度較高的海綿鉑，完成從整個(gè)廢催化劑中有效回收與利用鉑金屬的過程。該方法能完全實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，且鉑金屬回收利用率較高，整個(gè)工藝生產(chǎn)過程無污染無公害。

2.2 廢催化劑中銠的回收

在汽車尾氣凈化以及燃料電池等諸多生產(chǎn)領(lǐng)域，含銠催化劑有著良好的應(yīng)用前景。目前而言，含銠催化劑的制備主要依賴于銠粉、硝酸銠以及水合三氯化銠等諸多物質(zhì)，而從廢催化劑中提取銠粉并制備得到水合三氯化銠就成為回收貴金屬銠的重要途徑。就銠粉的回收工藝流程而言，首先可焚燒含有銠元素的廢催化劑，再利用亞硫酸鉀對含銠廢催化劑進(jìn)行熔融處理。在熔融后的物質(zhì)中加入氨水得到氫氧化銠沉淀物，最后利用鹽酸的中和反應(yīng)得到含銠溶液，再還原得到粗銠粉。此外，為進(jìn)一步將粗銠粉轉(zhuǎn)化為純銠粉，還需經(jīng)歷酸洗、水洗、化學(xué)電解和焙燒等工藝過程，由此方法得到的純銠粉回收純度大于99.5%。

2.3 廢工業(yè)催化劑中鈀的回收

在石油化工行業(yè)，含有金屬鈀的催化劑被廣泛應(yīng)用于各生產(chǎn)過程，而進(jìn)一步對含鈀貴金屬的廢催化劑回收利用進(jìn)行分析可知，不同的鈀催化劑載體在其廢催化劑回收過程中有著截然不同的回收工藝。例如，以三氧化二鋁為載體的含鈀催化劑的回收利用可采用焙燒浸出法、電解法以及氯代烴法等諸多方式。以氯代烴法為例探究三氧化二鋁載體的含鈀催化劑回收利用可知，該類方法主要是在廢催化劑焙燒處理并除去其他無關(guān)雜質(zhì)后，將其放置于石英管中，利用含鈀廢催化劑和氯代烴反應(yīng)得到鈀氯化物，回收得到類似于棕紅色粉末的鈀鹽。在500℃的化學(xué)反應(yīng)溫度條件下，鈀金屬元素的回收率達(dá)到最高，且氯代烴法并不會對三氧化二鋁造成損害，三氧化二鋁還可進(jìn)一步回收利用，成為含鈀催化劑載體。另一方面，以活性炭為載體的鈀金屬廢催化劑回收時(shí)，由于該類廢催化劑具有較高的吸水率，因此必須對該類廢催化劑進(jìn)行干燥處理。

3 廢催化劑前處理技術(shù)

就絕大部分的廢催化劑而言，電解法、氯代烴法以及溶解鉑金屬法、載體--鉑金屬共融法等諸多工藝流程往往并未進(jìn)行前處理，而是直接利用廢催化劑進(jìn)行焙燒和溶解。但在直接焙燒和溶解過程中，燒結(jié)磁珠也會隨廢催化劑溶解，進(jìn)而在一定程度上加大廢催化劑處理工藝難度，并給廢催化劑中貴金屬元素的后續(xù)提純造成一定障礙。因此，在廢催化劑貴金屬元素的回收利用過程中，必須加強(qiáng)對廢催化劑前處理技術(shù)的重視與關(guān)注。由于脈動氣流作用能較良好地實(shí)現(xiàn)對廢催化劑中各類化學(xué)物質(zhì)的高效分離，而主動脈動氣流分選設(shè)備也能利用其良好性能分選廢催化劑，實(shí)現(xiàn)對廢催化劑中有效貴金屬元素的回收，并能夠利用連續(xù)工作方式提高廢催化劑分選效率，有助于降低廢催化劑中鈀、鉑、銠等貴金屬元素后續(xù)工藝處理的復(fù)雜度，還可進(jìn)一步將分離出的磁珠作為凈水劑進(jìn)行二次循環(huán)利用。

4 關(guān)鍵理論與經(jīng)濟(jì)評價(jià)

總而言之，廢催化劑中貴金屬的回收過程主要涉及組分溶解和溶液組分分離兩大基本理論。就組分溶解理論而言，廢催化劑固體組分的溶解是在固液相中進(jìn)行的，而絕大部分的廢催化劑中往往含有部分對溶解過程有益的微量雜質(zhì)，因此，在廢催化劑溶解時(shí)，可預(yù)先充分磨碎廢催化劑固體物質(zhì)，確保廢催化劑組分溶解反應(yīng)時(shí)接觸面積的最大化，并增加廢催化劑中貴金屬元素晶格缺陷，以提高廢催化劑整體溶解速率。就溶液組分分離理論而言，常用的溶液組分分離方法主要包括金屬沉淀法、離子沉淀法、交換萃取法以及結(jié)晶吸附法等。近年來，分離法逐步成為廢催化劑中貴金屬元素回收利用的全新方法，而分離法主要包括磁分離法和膜分離法兩大類別，在催化劑毒性越高的情況下，磁分離法磁性越強(qiáng)。

利用磁分離技術(shù)對廢催化劑進(jìn)行分離，效果越優(yōu)良。就廢催化劑回收貴金屬元素項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)評價(jià)問題而言，可根據(jù)當(dāng)?shù)卣咧贫?、廢催化劑處理容量以及貴金屬回收效率和整個(gè)項(xiàng)目運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用等進(jìn)行綜合分析。在合理估量設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上評價(jià)經(jīng)濟(jì)效益，考慮廢催化劑原材料、回收貴金屬產(chǎn)品市場以及環(huán)保節(jié)能等諸多內(nèi)容，科學(xué)選擇回收廠廠址，確保項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)和社會綜合評價(jià)合理科學(xué)。

5 結(jié)論與建議

在廢催化劑回收貴金屬元素過程中，由于廢催化劑化學(xué)特性有所不同，廢催化劑的制備本身存在一定技術(shù)難度，且國內(nèi)頻頻更換廢催化劑載體以及廢催化劑使用數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國外等，都在一定程度上增大了廢催化劑中貴金屬元素的回收壓力。另外，回收網(wǎng)絡(luò)信息的不暢通以及市場監(jiān)管機(jī)制的不完善所造成的廢催化劑回收過程中不同程度的二次污染等都是現(xiàn)階段廢催化劑回收利用有待解決的重要難題。只有不斷提高廢催化劑回收技術(shù)水平，開發(fā)全新的回收技術(shù)工藝流程，不斷提高廢催化劑中貴金屬元素的回收效率和回收率，不斷提升回收設(shè)備的通用性，建立更加完善的市場機(jī)制和監(jiān)管制度，才能確保廢催化劑的合理排放、收集與回收，才能實(shí)現(xiàn)真正的變廢為寶和循環(huán)利用。

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