廢催化劑回收貴金屬工藝及前處理技術分析

梅 昆

（寧波華研節能環保安全設計研究有限公司，浙江 寧波 315800）

在當前化工業的發展過程中，催化劑往往占有不可或缺的地位，但是隨著周期的不斷加長，化學反應過程中使用的催化劑活性很可能會由于溫度過高、發生燒結等等情況而大大降低，同時也會由于污染物的聚集而導致催化劑孔道阻塞，此時就需要對其加以更換[1]。在制備催化劑的過程中，使用貴金屬作為其成分可以大大提高其活性和耐久性，雖然隨著催化劑的使用其組分可能產生變化，但是其中貴金屬的含量并不會發生改變。全世界每年都會產生大量的廢催化劑，其中含有許多的貴金屬，包括鉑、銠、鈀等等，從廢催化劑中將這些貴金屬提取出來不僅能夠保證資源的充分利用，同時還能保護環境。

1 廢催化劑回收貴金屬工藝

（1）廢催化劑中鉑的回收。就目前來看，化學工業上所使用的大多都是以Al2O3為載體的Pb催化劑，在石油重整過程中，催化劑的活性會隨著使用不斷減弱，但是其中鉑的含量以及狀態并不會發生改變。因此，從廢催化劑中回收鉑通常包括三類：第一，溶解鉑金屬法，這一類方法首先將廢催化劑放在1000℃到1100℃中進行焙燒，以此除去其表面的雜質，再使用王水將廢催化劑中的鉑溶解出來，溶解鉑金屬法的優點在于它能夠保護三氧化二鋁載體，但是缺點就是難以完全溶解鉑，貴金屬回收率并不高。第二，溶解載體法，此類方法利用了三氧化二鋁在鹽酸和硫酸中的可溶性，以及金屬鉑的不溶性，將其留于濾渣中，再使用王水進行溶解，雖然溶解載體法能夠提高金屬鉑的回收率，但是其缺點在于操作手段較為復雜。第三，載體-鉑金共溶法，此類方法是將金屬鉑與三氧化二鋁進行完全溶解，再用離子交換樹脂來吸附金屬鉑，具體操作步驟如下，首先焙燒廢催化劑，然后用鹽酸和氧化劑的混合物浸泡，用樹脂進行吸附得到氯化鋁溶液以及載鉑樹脂，用解吸劑進行解吸，用鹽酸酸化，氧化劑氧化，再用沉鉑劑進行將金屬鉑沉淀出來，最后精制得到質量分數為99.98%的海綿鉑，這一工藝能夠用于處理所有以三氧化二鋁為載體的含鉑廢催化劑，同時能夠有效回收金屬鉑和鋁，能夠用于工業化，金屬回收率也比較高，這整個工藝并無污染，殘渣也能得到良好的利用[2]。

（2）廢催化劑中銠的回收。含銠催化劑在許多工業反應中都有著良好的應用，包括尾氣凈化、燃料電池等等領域。就目前來看，可以用來制備催化劑的有銠粉、硝酸銠以及水合三氯化銠，從廢催化劑中提取銠粉并制備得到水合三氯化銠主要從以下幾個方面進行。第一，銠粉的回收工藝流程主要包括以下幾個步驟：首先焚燒含銠的廢催化劑，再用KHSO4進行熔融處理，加氨水得到Rh（OH）3沉淀，用鹽酸進行反應得到Rh3+鹽溶液，再電解還原得到粗銠粉，這一環節較為重要，在很大程度上影響著金屬銠的回收率，再經過一系列酸洗、水洗、焙燒最終得到純銠粉，其純度大于99.5%。第二，制備水合三氯化銠的方法，由于三氯化銠在各個工業結構中的用途有一定的不同，因此所使用的制備手段也有所不同，比方說有一部分催化劑對于原料并沒有過多的要求，所以可以使用一些比較簡便的手段。首先是熱壓分解法，此類方法按照容器的不同分為不同的方式，在容器中加入王水并高溫加熱來溶解金屬銠，但是其缺點在于反應速度較慢，難以保證安全性。其次是微波消解法，這類方法是將金屬銠在密閉容器中進行加熱處理，其優點在于反應速度較快，但是缺點在于不適合于工業化應用[3]。

（3）廢催化劑中鈀的回收。當前有許多的催化劑中都含有金屬鈀，這些都被廣泛應用于石油化工反應過程中，以下對幾類金屬鈀的回收方式進行分析。第一，Pd/Al2O3催化劑中回收金屬鈀，首先是焙燒浸出法，此類方法先對廢催化劑進行高溫焙燒從而將其中的雜質除去，然后用王水溶解得到濾液，經過還原、王水溶解、沉淀、加氫煅燒得到粗鈀。焙燒浸出法的優點在于能夠很好地提高金屬鈀的浸出率，但是其缺點在于流程過長，也會耗費較多的成本，會腐蝕設備，因此很少被用于工業化。其次是電解法，這類方法是將含鈀的廢催化劑溶解于含雙氧水的鹽酸中，并將溶解得到的溶液進行電解處理，此方法要求在電解池中進行反應，操作手段較為繁雜，容易消耗大量的成本。最后是氯代烴法，這類方法的具體操作步驟是對廢催化劑進行焙燒處理，并除去雜質，再放入到放置到石英管中，讓含鈀的廢催化劑與有機氯代烴進行化學反應，從而得到鈀氯化物，回收得到一類棕紅色的粉末，經過研究發現，當反應溫度在五百攝氏度時，其回收率達到最高。實際上，氯代烴法的回收率較高，也不會對載體造成損害，所以載體還可以進行二次利用，但是值得注意的是，此類方法對于反應設備的要求較高，設備材質必須是防腐蝕性的。第二，Pb/活性炭催化劑回收金屬鈀，這一類廢催化劑具有較高的吸水率，因此要先進行干燥處理，再放入到馬弗爐中進行焙燒，將炭完全燒掉，并用甲酸進行還原處理，再用王水進行浸出以及過濾處理，之后加入濃氨水，再除去雜質，酸析，加入Pb(NH3)2Cl2進行沉淀結晶，之后再漂洗、烘干和焙燒就可以得到氯化鈀。

2 廢催化劑前處理技術

對于大多數的廢催化劑來說，以上所描述的一系列工藝流程往往都沒有進行前處理，而是直接進行催化劑的焙燒和溶解，在這一過程中燒結磁珠也會溶解，這在一定程度上加大了工藝難度，同時在一定程度上對后續的步驟增加了難度，所以在工藝流程中應該重視前處理技術。對于廢催化劑來說，在脈動氣流的作用下，能夠較好地實現廢催化劑的高效分離。主動脈動氣流分選設備能夠很好地分選廢催化劑，并能夠完全回收有價值的組分，這一設備在一定程度上能夠達到連續工作，其分選效率也較高，在整個分選過程中也沒有污染產生。通過主脈動氣流分選裝置能夠對廢催化劑混合物加以高效分選，在很大程度上降低了工藝流程的處理復雜程度，并且其磁珠還可以二次利用生成凈水劑。

3 結語

綜上所述，我國目前的廢催化劑回收利用效率較低，同時也缺乏相應的技術投入，一些工藝、設備以及制作技術較為落后的地區來說，其廢催化劑越難得到處理，造成的污染就更為嚴重。國內目前的催化劑利用水平并不高，在許多方面都與國外相差甚遠，同時我國還缺乏有關的法律法規和組織機構對其加以約束，隨著經濟的不斷增長，廢催化劑的數量也大大增加，因此尋找一種有效的廢催化劑回收貴金屬工藝及前處理技術值得人們重視。本文探討了廢催化劑中鉑、銠、鈀的回收工藝并分析了前處理技術，以此幫助提高我國廢催化劑的二次利用率。