汽車尾氣廢舊催化劑中鉑、鈀、銠的浸出研究

徐興莉

關鍵詞：催化劑 鉑族金屬 金屬 萃取率

1引言

汽車尾氣催化劑作為鉑族金屬最大的應用領域之一，每年都消耗大量的鉑族金屬。同時，每年也有大量的汽車尾氣失效催化劑產生，其中鉑族金屬含量比最富的礦體含量高出很多，而且提取流程相對較短，因此，汽車尾氣失效催化劑已成為鉑族金 屬最重要的二次資源[1]。本實驗主要研究汽車尾氣廢舊催化劑中鉑族中鉑、鈀、銠的浸出特性，通過一系列單因素實驗，對確定的浸出實驗方案進行可行研究，并確定浸出的最佳條件。

2實驗部分

2.1化學試劑及設備

本實驗所用的化學試劑有鹽酸、硫酸、氯酸鈉和去離子水;設備有電子天平（SOP）、電子恒溫水浴鍋（M347228）和ICP-AES（ICP-6300）。

2.2實驗過程

（1）用電子天平稱取10g 預處理原料，加入到250mL 的三口燒瓶中，按照液固比L：S（6：1）加入一定摩爾數的鹽酸和硫酸溶液;在電子恒溫水浴鍋中加熱到所需溫度，在電動攪拌器的攪拌下，緩慢的往三口燒瓶中加入一定濃度的NaClO3 溶液，在500r/min 的攪拌速度下進行浸出[3]。（2）浸出反應2h 后，電動攪拌器停止攪拌，電子恒溫水浴鍋停止加熱，將三口燒瓶靜置冷卻后進行過濾，并將濾渣洗滌至濾液無色。（3）取一定量濾液定容，用ICP-AES 分析溶液中鉑、鈀、銠的含量，根據濃度計算Pt、Pd、Rh 的浸出率。

3結果與討論

3.1鹽酸濃度對鉑、鈀、銠浸出率的影響

稱取預處理過的廢舊催化劑105 份，實驗條件為：浸出溫度85℃，液固比6：1，加入硫酸濃度5mol/L，NaClO3 的濃度0.4mol/L，反應時間2h，分別在鹽酸濃度為1mol/L，2mol/L，3mol/L，4mol/L，5mol/L 下進行浸出，浸出結束后，固液分離，對浸出液做鉑、鈀、銠的ICP-AES 分析，根據分析結果按公式（4-1）計算鉑、鈀、銠的浸出量，數據見表1。

鹽酸濃度對鉑族金屬浸出率的影響如圖1示：

由圖1可知，鉑族金屬鉑、鈀、銠的浸出率隨著鹽酸濃度的增加而增加，當HCl 濃度為4mol/L 時，Pt、Pd、Rh 的浸出率可以達到88.6%、96.2% 和49.4%， 當HCl 濃度為5mol/L 時，Pt、Pd、Rh 的浸出率可以達到90.4%、96.6% 和53.8%。由此可推斷，當HCl 濃度為5mol/L 時繼續增加HCl 的濃度對Pt、Pd、Rh 的浸出率的增加影響不太大，而僅用HCl+NaClO3 做浸出劑Rh 的浸出率不高，當HCl 濃度為5mol/L 時，Rh 的浸出率還達不到60%，從經濟和環保的角度考慮，實驗選用濃度為5mol/LHCl 做浸出劑。

3.2硫酸濃度對鉑、鈀、銠浸出率的影響

在5mol/LHCl 溶液中，其余條件相同，分別在H2SO4 濃度為1mol/L，2mol/L，3mol/L，4mol/L，5mol/L 下進行浸出，浸出結束后，固液分離，對浸出液做鉑、鈀、銠的ICP-AES 分析，數據見表2。

硫酸濃度對鉑族金屬浸出率的影響如圖2示：

由圖2 可得，H2SO4 的加入，使浸出液對鉑族金屬的浸出有促進作用，而且隨著H2SO4濃度的增加，浸出率也明顯增加，當H2SO4濃度增加到5mol/L 時，Pt、Pd、Rh 的浸出率可以達到97.5%、99.2% 和84.2%，Rh 的浸出率明顯提高，這是由于Rh 易于硫酸根離子發生絡合反應有關，繼續增加H2SO4 的濃度，由于硫酸鹽的過飽和，浸出液中會生成大量的硫酸鹽結晶，因此浸出液中加入的5mol/L 的H2SO4 為宜。

3.3NaClO3 濃度對鉑、鈀、銠浸出率的影響

其余條件相同， 加入HCl 5mol/L，H2SO4 5mol/L，分別在NaClO3 的濃度為0.1mol/L，0.2mol/L，0.3mol/L，0.4mol/L，0.5mol/L 下進行浸出，浸出結束后，固液分離，對浸出液做鉑、鈀、銠的ICP-AES 分析，計算鉑、鈀、銠的浸出量，數據見表3。

NaClO3 濃度對鉑族金屬浸出率的影響如圖3示：

由圖可知，隨著NaClO3 濃度的升高，鉑族金屬的浸出率逐漸增加，當濃度達到0.4mol/L 時，Pt、Pd、Rh 的浸出率可以達到99.3%、99.0% 和70.2%，繼續增加NaClO3的量，浸出率有所下降，這是由于氧化劑的加入，浸出反應發生了以下反應：

該反應的的發生，導致生成Cl2的副反應加強，如果氧化劑的濃度增加Cl2的揮發增加，相應的浸出反應減少，導致浸出率降低[2]。

4結語

通過單因素實驗結果可知，最佳浸出條件為：廢舊催化劑浸出的液固比為6：1，浸出溫度85℃，加入的HCl 濃度5mol/L，H2SO4 濃度5mol/L，NaClO3 濃度0.4mol/L，反應時間為2h，鉑族金屬Pt、Pd、Rh 的浸出率可以達到99.5%，99.6% 和84.6%，浸出效果較好。