一种铋捕集废催化剂中铂族金属的方法技术

本发明专利技术公开了一种铋捕集废催化剂中铂族金属的方法，以金属Bi为捕集剂，建立了“两碱两酸一两性”氧化物的五元渣型，实现酸碱性氧化物的种类平衡，并充分利用催化剂中含量较高的氧化铝的“两性”特性，在熔炼过程中既可以显酸性、又可以显碱性，五元渣型可有效消除催化剂中高熔点氧化铝和氧化硅对熔渣的影响，形成低熔点复杂玻璃态熔渣。使用惰性气氛熔炼捕集和还原气氛保温沉降，能够提高PGMs捕集效率。能够提高PGMs捕集效率。能够提高PGMs捕集效率。

【技术实现步骤摘要】
一种铋捕集废催化剂中铂族金属的方法


本专利技术涉及稀贵金属冶炼领域，具更具体地说，涉及一种多元低温熔炼渣型的设计及铋捕集废汽车尾气催化剂或其他含PGMs废料中Pt、Pd、Rh的方法。

技术介绍

据USGS地质调查显示，全球99％以上的铂族金属(PGMs)矿产资源分布在南非、俄罗斯、津巴布韦、美国和加拿大等地。我国PGMs矿产资源极其匮乏，总储量不超过全球储量的0.5％，但PGMs消耗量却稳居全球第一，其中75％以上的钯铑以及25％以上的铂均应用在汽车尾气催化剂领域。由此可知，报废后的汽车尾气催化剂成为最重要的PGMs二次资源，从该类催化剂中回收PGMs对于缓解我国PGMs资源供给矛盾具有重要意义。火法熔炼金属捕集是从废汽车尾气催化剂中回收PGMs最具应用前景的工艺之一，PGMs的捕集率主要取决于熔炼渣型的设计和捕集剂的选择，尤其是渣型的理化性能直接影响PGMs捕集率、冶炼成本、金属相杂质种类和元素分布等重要技术指标，熔炼造渣是火法过程最重要的环节。现有火法熔炼金属捕集PGMs工艺多以铁、铅、铜、锍等为捕集剂为捕集剂原料，构建三元或四元渣型。比如申请号为202110978732.8的专利申请文件中，以Fe作为捕集剂，采用Al2O3‑
MgO
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MnO“两碱一两性”氧化物的三元渣型，在1200
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1350℃进行熔炼捕集PGMs；申请号为202010835163.7的专利申请文件中，以Fe为捕集剂，采用CaO
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Al2O3‑
Fe2O3‑
B2O
3“一碱两酸一两性”氧化物的四元渣型，在熔炼温度1500
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1800℃进行熔炼。申请号为202110861970.0的专利申请文件中，以Fe或Cu为捕集剂，采用SiO2‑
Al2O3‑
MgO
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MnO“两碱一酸一两性”氧化物四元渣型，在1200
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1400℃熔炼2h，Pt、Pd、Rh的捕集率可达到99％以上；申请号为CN201810185054.8的专利申请文件中，以Fe3O4为捕集剂原料，采用FeO
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CaO
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Al2O3‑
MgO
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SiO
2“三碱一酸一碱性”氧化物的五元渣型，熔炼温度高达1600
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2000℃；赵家春等(铜捕集法回收铂族金属的理论及实验研究，中国有色金属学报,2018,39(01):56
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59)以CuO为捕集剂原料，采用SiO2‑
CaO
‑
Al2O3‑
MgO“两碱一酸一两性”氧化物的四元渣型，在1400℃熔炼5h，Pt、Pd、Rh的捕集率可达到97％以上；通过以上方案不难看出上述方案受限于熔炼过程的温度要求高，高达1600
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2000℃。同时，铁的熔点较高(1535℃)，一般需要在等离子熔炼炉内进行熔炼，设备要求高，能耗较大，且得到的含铂族金属的铁合金需要通过硫酸或盐酸将单质铁溶解，再从浸出渣中回收精炼铂族金属，操作较为复杂；铜、锍虽然是铂族金属良好的捕集剂，但其同样存在熔点较高的问题、直接溶解易产生铜基体干扰的不足，且一般情况下还需要通过电解的方式分离铜，再从阳极泥中分离回收铂族金属，操作也较为复杂；铅作为经典贵金属检测方法通用且成熟，但重金属铅毒性大、易造成环境污染申请号为201911196098.1的专利申请文件中，采用Bi为捕集剂，火法还原熔炼富
集废汽车尾气催化剂中PGMs，专利技术人对熔炼工艺进行优化设计，不仅提高了PGMs的捕集率，解决了传统铜、铅、铁等捕集方法中存在基体贱金属分离困难、捕集剂毒性大等问题，并且在一定程度上降低了熔炼温度高。基于此可知，火法捕集熔炼温度较高是行业普遍存在的问题，在此基础上，能够获得尽量高的PGMs回收量也极为重要。

技术实现思路

1.要解决的问题针对现有火法熔炼金属捕集PGMs工艺存在的熔炼温度高、工艺不理想等问题，本专利技术提供一种多元低温熔炼渣型的设计及铋捕集废汽车尾气催化剂或其他含PGMs废料中Pt、Pd、Rh的方法。2.技术方案针对火法捕集熔炼温度较高的问题，本申请专利技术人发现改变熔渣氧化物，对渣型进行设计，可以有效降低熔炼温度。基于此，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0001]一种铋捕集废催化剂中铂族金属的方法，包括以下步骤：S1.废汽车尾气催化剂预处理及配料：使催化剂、捕集剂、还原剂、熔剂混合；S2.惰性气氛熔炼捕集：使S1中的混合所得物，先在惰性气体氛围下进行高温处理，还原气氛保温沉降：在还原气体气氛下继续进行高温处理，最终得到贵金属铋(贵铋)和熔炼渣；其中，S2.中：所述熔炼渣为“两碱两酸一两性”的五元氧化物渣型，所述五元氧化物分别为硼的氧化物、铝的氧化物、硅的氧化物、铋的氧化物，以及碱金属的氧化物；所述惰性气体氛围下的高温处理温度不超过1000℃；所述还原气体氛围下的高温处理温度不超过1000℃；S1.中：所述捕集剂含有金属Bi；典型的如金属Bi或含Bi的化合物；所述还原剂为含碳还原剂；所述熔剂包括酸性物质及碱性物质；所述碱性物质为含碱金属的化合物和含Bi的化合物；所述酸性物质为含有B的化合物；在此需要说明的是，所述熔剂至少包含一种碱金属的化合物、一种含有B的化合物。而所添加的含有Bi的化合物实际上即具有捕集剂的功能，又会参与熔剂的造渣。所以，按照熔炼渣中碱金属氧化物的含量为25～45wt％、铋的氧化物的含量范围为20～40wt％，加入捕集剂、熔剂。实际上，相较于其他金属捕集剂，铋捕集具有熔炼温度低、两相分离容易、捕集剂绿色无毒等优势。即本专利技术在此基础上，对熔炼渣中的氧化物进行了选择，对熔炼渣的渣型进行了设计，最终形成了“两碱两酸一两性”的五元氧化物的渣型；进一步地，在所设计得到的“两碱两酸一两性”的五元氧化物的渣型的基础上，对
本专利技术工艺中所使用的配料进行了设计，主要是熔剂。即本专利技术的熔剂划分为两类，一类是酸性物质，一类是碱性物质，最终按照熔炼渣中碱金属氧化物的含量为25～45wt％、铋的氧化物的含量范围为20～40wt％，加入捕集剂、熔剂。同时配料过程中也充分考虑了堇青石型废汽车尾气催化剂的组成成分并加以利用，以消除高熔点氧化铝和氧化硅对熔炼温度的影响；最终有效的将熔炼温度降低至了不超过1000℃的水平；进一步地，在惰性气氛下进行熔炼、铋捕集PGMs：使S1中的混合所得物，先在惰性气体氛围下进行高温处理，可减小捕集剂、PGMs微颗粒与空气的接触几率，防止还原剂与空气接触而被氧化失效；在还原气氛下进行保温沉降，可将被氧化的捕集剂和PGMs微颗粒进行还原，从而提高PGMs捕集效率。基于此，可以最大程度的提高PGMs的捕集效率、回收量，且在保证高捕集率的前提下，同时能够减少捕集剂的需求量。
[0002]进一步地，通过改变配料的使用量，控制熔炼渣的五元酸碱度R为0.5～2；优选为1.0；其中，所述五元酸碱度R的计算方式如式1或式2所示式1(铝氧化物充当酸性氧化物)：，或者式2(铝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铋捕集废催化剂中铂族金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.使催化剂、捕集剂、还原剂、熔剂混合；S2.使S1中的混合所得物，先在惰性气体氛围下进行高温处理，然后在还原气体气氛下继续进行高温处理，最终得到贵铋和熔炼渣；其中，S2.中：所述熔炼渣为“两碱两酸一两性”五元氧化物的渣型，所述五元氧化物分别为硼的氧化物、铝的氧化物、硅的氧化物、铋的氧化物，以及碱金属的氧化物；所述惰性气体氛围下的高温处理温度不超过1000℃；所述还原气体氛围下的高温处理温度不超过1000℃；S1.中：所述捕集剂含有铋；所述还原剂为含碳还原剂；所述熔剂包括酸性物质及碱性物质；所述碱性物质为含有碱金属的化合物、含有铋的化合物；所述酸性物质为含有B的化合物；按照熔炼渣中碱金属氧化物的含量为25～45wt％、铋的氧化物的含量范围为20～40wt％，加入捕集剂、熔剂。2.根据权利要求1所述的铋捕集废催化剂中铂族金属的方法，其特征在于，控制熔炼渣的酸碱度R为0.5～2；其中，所述酸碱度R的计算方式如式1或式2所示,或者式中ω表示质量的百分含量％。3.根据权利要求1或2任一所述的铋捕集废催化剂中铂族金属的方法，其特征在于，以铋元素的量计算，含铋物质的添加量为催化剂质量的0.1
‑
1.0倍；所述熔剂的添加量为催化剂质量的2
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3倍。4.根据权利要求1或2任一所述的铋捕集废催化剂中铂族金属的方法，其特征在于，所述捕集剂包括金属Bi、海绵铋、Bi2O3、BiOCl、Bi2O2CO3、BiCl3、铋华、Bi2O3、泡铋矿、Bi(OH)3中的一种或一种以上；所述碱性物质包括Na2CO3、NaHCO3、NaOH、CH3COONa、HCOONa、CH3CH2COONa、C3H3O2Na、C7H5NaO2、KOH、KCl、K2CO3、KHCO3、K2SO4、KHSO4、Bi2O3、BiOCl、Bi2O2CO3、BiCl3、铋...

【专利技术属性】
技术研发人员：张福元，李年，徐娟，雷明，赵卓，樊友奇，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：