P- 952 鉑功能交換樹脂的應用

索永喜

（徐州浩通新材料科技股份有限公司，江蘇 徐州221004）

鉑族元素是近兩百年來才陸續發現的新金屬，主要包含鉑（Pt）、鈀（Pd）、鋨（Os）、銥（Ir）、釕（Ru）、銠（Rh）6 種元素，在地殼中的豐度低于1ng·g-1，其中，Pt 的豐度最高為0.4ng·g-1[1]。鉑族金屬具有極好的抗腐蝕性和抗氧化性，具有熔沸點高的性質，因而是優良的高溫耐腐蝕金屬材料[2]。鉑族金屬中鉑的物理化學性質優良，在工業生產中被廣泛應用，如醫藥、石油及石油化學工業的催化、汽車工業、燃料電池、電子工業等領域，隨著科技的進不，鉑的應用領域會越來越廣[3]。隨著鉑金屬的礦產資源越來越少，因此，從各類含鉑廢催化劑、含鉑鍍液、廢礦渣、生產制造過程中產生的廢料中高效回收鉑對其二次資源綜合應用具有重要意義，而國內對鉑的二次回收技術還存在很多問題，嚴重制約其在各領域的應用發展。研究鉑的分離提取具有重要意義。

1 離子交換樹脂的組成

離子交換樹脂由三種單元結構組成，一是不溶性空間網狀骨架，二是骨架上連接的特殊功能基團，三是特殊功能基團帶有的與交換電荷想法的離子[4]。離子交換樹脂也是一種具有特殊功能基的高分子化合物。解離時，能夠提供陽離子與溶液中的目標陽離子進行交換的樹脂叫做陽離子交換樹脂；解離時，能夠提供陰離子與溶液中的目標陰離子進行交換的樹脂叫做陰離子交換樹脂[5-6]，它們通常被列入高分子領域。本文所使用的P-952 功能樹脂即為弱堿性陰離子交換樹脂。

離子交換樹脂不溶于一般的酸性和堿溶液，也不溶于有機溶劑，如乙醇、丙酮和烴類等。離子交換樹脂是一種具有多孔性海綿狀固體高分子物質，既不溶解也不熔融。功能基固定在網絡骨架上不能自由移動，但功能基所帶的可以解離的離子卻能自由移動，再生時，在不同的外界條件下，與周圍的同類型的其它離子互相交換，將吸附的目標離子進行解吸。通過控制樹脂上的可交換離子，提供適宜的交換條件，如通過改變溶液濃度差、利用離子親和力的差別等因素，使樹脂與要交換的同類型離子進行反復交換，從而達到分離、濃縮、提純、凈化等的目的。

離子交換樹脂提取鉑的方法具有分離效率高、污染少、簡單、經濟等優點，對于金屬元素的分離十分有效。隨著樹脂的種類不斷增加，應用的領域也越來越廣泛，因此，開發具有選擇性好、高吸附率等優良性能的新型樹脂成為了國內外研究的熱點。某公司在自主研發的P-952 功能樹脂具有交換效率高、易解吸和再生等優點，但在使用過程中樹脂上會殘留少量的鉑，本文探討了樹脂交換過程并對殘留原因進行了分析。

2 P-952 功能樹脂

P-952 功能樹脂是一種弱堿性陰離子樹脂，該樹脂為一種專門用于貴金屬鉑、錸回收的樹脂，已使用多年，樹脂吸附鉑、錸效果好，解析和再生簡單容易，P-952 功能樹脂屬于苯乙烯系大孔徑陰離子交換樹脂，在酸性條件下，氯離子與鉑能形成穩定的配陰離子PtCl62-，而大部分的賤金屬與氯形成配陰離子的能力很差，在溶液中以陽離子的形式存在。通過調節pH 的大小，使樹脂上的特殊功能團和金屬鉑的配陰離子發生配位反應，與堿性陰離子樹脂進行交換，在樹脂上以小分子螯合物的結構穩定存在，即吸附過程。從而達到鉑金屬元素的富集，同時也與賤金屬進行了分離。

P-952 功能樹脂和OH- 有較大的親和力，可用氫氧化鈉溶液洗脫樹脂上的鉑，從而實現將鉑與樹脂分離，形成高濃度的含鉑溶液。樹脂上的鉑洗脫下來后，再用一定濃度的鹽酸將樹脂再生，從而實現樹脂的循環往復使用。

3 P-952 功能樹脂交換鉑

離子交換技術在鉑族金屬的富集、分離提純過程中有著廣泛的應用，與化學法、萃取法等其他傳統的冶金方法相比，離子交換法具有設備簡單、易于操作、流程短、交換率高等一系列的優點[7，8]，因此，利用具有選擇性的功能離子交換樹脂分離、凈化和提取鉑族金屬成為當前鉑族金屬分離的主要方法之一。

以P-952 功能樹脂交換鉑為例，一組交換柱采用三根交換柱串聯，每根內徑280mm，高度2000mm 交換柱，日交換溶液量每天可達到5m3，交換流速200L/h，首柱吸附率可達到90%，尾柱尾液中鉑離子濃度小于2ppm，總體吸附率可達到99%，通過調節不同閥門的開關閉，三根交換柱可隨機互換，每根均可作為首、次、尾柱。

4 P-952 功能樹脂殘留鉑的原因分析

由于鉑族金屬比較稀少，價格昂貴，因此對鉑族金屬廢料進行回收，達到循環使用，是一項十分重要的工作。

樹脂在使用過程中由于自身要經受介質、負荷、以及溶液中不溶物的反復摩擦、沖擊以及解吸和再生過程中溶液酸、堿性和及反應過程中吸熱和放熱造成的冷、熱變化等各種力學作用，強度小的樹脂烴質基體表面易遭破壞，部分小顆粒樹脂會粉化，樹脂在交換前后以及再生過程中也會產生空間結構的改變，會使雜質卡在原來進入樹脂內，雜質的存在會占有樹脂內的有效空間，從而阻塞孔道。另外溶液中少量不溶細顆粒物交換過程中會圍堵在樹脂周圍，解吸時由于沖洗不徹底，樹脂內部的交換孔道被雜質堵塞或表面被覆蓋，或交換基團被占用，使樹脂的交換能力明顯下降，再生困難，此外樹脂上吸附鉑解吸不完全，少量鉑殘留在樹脂上。

圖1 P-952 樹脂沉淀鉑的質量分數

在石油化工及石油精煉過程中，常以鉑作為催化劑。石化行業所使用的含鉑催化劑工況復雜，部分催化劑表面會殘留少量鉬、鈷、鎳等少量使樹脂中毒的賤金屬，此部分少量金屬離子會破壞樹脂的結構，交換基因降解或交聯導致結構斷裂，這種污染對于樹脂來說是不可逆的，無法還原，導致使樹脂老化，也會在一定程度上影響吸附、解吸。

5 P-952 功能樹脂提取鉑的工業實踐

根據某公司生產經驗，P-952 功能樹脂殘留鉑金量如圖1所示。

從圖1 可以看出，樹脂沉淀鉑金量與流經樹脂的鉑金量有關，樹脂上沉淀鉑金量隨著流經樹脂上鉑量的增加而逐漸增加，最終趨于穩定，最終穩定在4%～5%。

6 結論

6.1 P-952 功能樹脂對鉑離子具有極強的選擇性吸附性P-952 功能樹脂在使用過程中殘留鉑金隨著使用頻次的增加而逐漸增多，殘留樹脂上的鉑金達到一定量后，處于動態平衡，最終殘留量維持在4.5%上下。

6.2 由于鉑金價值高，樹脂中殘留鉑對企業運行成本會造成一定影響，此部分鉑金如何回收有待進一步研究。