用于分离和/或纯化金属的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于在金属精炼工艺中将至少两种金属彼此分离的方法，该方法包括：将包含所述金属的进料溶液注入包含具有多个通道的整料式固体主体的柱或流管中；以及使进料溶液流过整料式固体主体中的该多个通道以分离所述金属。分离所述金属。分离所述金属。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分离和/或纯化金属的方法


[0001]本说明书涉及用于分离和/或纯化进料溶液中的金属的方法。示例包括将铂族金属(PGM)彼此分离并且与PGM进料溶液中含有的相关卑金属(BM)和/或两性元素和/或金(Au)分离。其他示例涉及分离和/或纯化作为电池材料再循环过程的一部分的电池中使用的金属(例如钴、镍、锂和锰)。

技术介绍

[0002]有几种不同的方法可用于分离和/或纯化进料溶液中的金属。这些可大致分为两组：(i)固相萃取；以及(ii)液
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液萃取。
[0003]在固相萃取技术中，使进料溶液通过设置有固相萃取剂材料的柱或流管。图1示出了现有技术的固相萃取柱2。固相萃取剂材料4可包括例如具有表面官能化以优先吸附一种或多种含金属物质的固体材料。固相萃取剂材料为粉末、颗粒或珠粒的形式，并填充到供所述进料溶液通过的柱中。提供多孔玻璃料6以将固相萃取剂材料保持在适当位置。含目标金属的物质被吸附到固相萃取剂材料4上，而其他金属物质保留在溶液中。吸附到固相萃取剂4上的含金属物质可随后从固相萃取剂解吸，例如通过用合适的洗脱液洗涤。
[0004]这种固相萃取技术的一个示例是PGM元素的色谱分离。在此类方法中，色谱柱可通过用合适的色谱载体介质填充来制备。许多不同类型的介质是本领域已知的。示例包括甲基丙烯酸酯聚合物。在制备之后，将含有PGM的进料溶液进样到包含色谱载体介质的色谱柱中。通常，进料溶液可包含至少两种铂族金属和至少一种卑金属和/或两性元素和/或Au。然后通过使洗脱液流动通过柱，在洗脱循环中从柱中洗脱进料。合适的洗脱液的示例包括卤化物盐或酸例如HCl、NaCl或LiCl的浓缩溶液。一个选项是使用浓度在约5.5M至6.5M范围内的浓缩HCl。不同的物质在柱中具有不同的保留时间，并因此可使用以高纯度顺序收集的产物来实现多组分分离。
[0005]这种技术可应用于多种PGM和卑金属混合物，并且可根据进料溶液组合物、色谱载体介质和洗脱液实现许多不同的分离变体。一个重要的示例是将钯和铂彼此分离并且与不溶性金属(IM，例如Rh、Ir和Ru)分离。这通常对已经溶解在氯化物基质中的进料进行并且在去除金、铁和其他后洗脱杂质之后进行。
[0006]当应用于金属分离和纯化方法时，使用传统的固相萃取技术存在几个问题。就这一点而言，可以注意到，金属分离和纯化方法通常采用极具腐蚀性的化学过程，这可能涉及使用高反应性和/或高浓度化学品，诸如高浓度无机酸和/或高浓度卤化物洗脱液。这种化学过程可能会攻击固相萃取剂，从而引起固相萃取剂的降解和/或失活。
[0007]附加地或另选地，由于粉末状/颗粒状/珠粒状固相萃取剂介质的膨胀或收缩，在这种金属萃取过程中使用的洗脱液可能使填充到分离柱中的固相萃取剂介质不稳定。当使用极其不同类型或浓度的洗脱液时，例如使用具有广泛不同pH的洗脱液时，这是一个特别的问题。在金属(例如PGM)分离技术中使用的典型聚合物色谱载体介质的体积随着洗脱液浓度的降低而收缩，并且这不利地影响金属组分的保留时间和分离。
[0008]此外，现有技术方法的另一个问题是从填充有固相萃取剂介质的柱洗脱所有金属(例如PGM)物质的时间可能很长，从而导致很长的洗脱循环时间。
[0009]现有技术方法的另一个问题是，某些金属物质在宽时间谱带上洗脱，这增加了收集这些物质所需的洗脱液的体积。这导致非常稀的金属产物溶液。谱带的特征通常在于所谓的高浓度的“激震前沿”，然后是长峰“尾部”或色散前沿。这些是由Langmuir型等温线的形状确定的，Langmuir型等温线的形状是过载/非线性色谱中峰形状的控制因素。
[0010]上述特征导致低浓度产物和延长的循环时间，这降低了工艺的生产率。这具有限制任何使用该方法的大规模工业过程的经济生存能力的效果。
[0011]这些问题中的一些可以使用梯度色谱技术来缓解。例如，在PGM分离技术中，使用高浓度洗脱液(例如6M HCl)开始洗脱能够使卑金属和不溶性金属(IM，例如Ru、Ir、Ru)从柱中快速洗脱。已经发现，随后将洗脱液的浓度降低(例如至0.1M HCl)加快后洗脱组分的洗脱，并且还使洗脱谱带变窄。因此，缩短洗脱循环所需的时间，并且产物溶液的浓度增加，从而减少蒸发要求。还已经发现，该方法降低所需柱的直径并且使得实际上能够实现宽范围的PGM分离，同时显著提高此类过程的大规模经济性。
[0012]虽然梯度色谱方法已经用于其他
诸如药物应用，但是本专利技术人并不知晓在PGM分离和纯化领域中的其他人已经认识到这个问题，或者此类色谱技术将用于改进此类技术的任何指示。其一个原因是将梯度色谱技术应用于PGM分离方法并不简单。如前所述，在这种过程中使用非常浓的卤化物洗脱液(例如6M HCl)。已经发现在洗脱循环期间显著降低洗脱液的浓度(例如至<1M HCl)使色谱载体介质不稳定。在PGM分离技术中使用的典型聚合物色谱载体介质的体积随着洗脱液浓度的降低而收缩，并且这不利地影响PGM组分的保留时间和分离。这对于使用标准PGM分离技术而言基本不是问题，在标准PGM分离技术中洗脱液在洗脱期间保持处于单一浓度(即等度洗脱)。然而，这是在PGM分离技术中应用梯度色谱法的障碍。即使使用等度方法，填充的固相萃取剂的物理结构和稳定性在流速、吸附效率和/或稠度以及穿过含金属溶液所通过的固相介质的压降方面也可能存在问题。
[0013]本专利技术的一个目的是提供能够改进用于分离和/或纯化金属诸如铂族金属和电池材料的固相萃取的系统和方法。需要提高流速、降低压降、提高萃取速率、改善不同金属物质的分离/纯化、降低金属损失和提高固相萃取剂介质的稳定性的组合。
[0014]与上文讨论的固相萃取技术相反，在液
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液萃取技术中，将进料溶液与不混溶的液体萃取剂混合，一种或多种含金属物质优先溶解在该不混溶的液体萃取剂中。图2示出了包括混合室20和沉降槽21的现有技术液
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液萃取构造。进料溶液22可以是水性液体，而不混溶的液体24可以是有机溶剂，反之亦然。叶轮26和马达28可用于混合混合室20中的液体。混合后，将进料溶液和液体萃取剂的混合物30通入沉降槽21并使其沉降回水层和有机层32、34中，以实现液体萃取剂中一种或多种含金属物质的分离和纯化。可以进行多次液
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液萃取以实现高纯度产品的多组分分离。
[0015]如上所述，传统的液
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液萃取过程包括混合池，然后是沉降区。使用叶轮将不混溶的液体在混合室中混合，该叶轮将萃取剂相(例如有机溶剂)破碎成小液滴并使它们与连续进料溶液相(例如水溶液)接触。该过程通常将产生不同尺寸的液滴，包括一定比例的微米级直径的液滴。然后使混合相在沉降区中沉降。较小的液滴比较大的液滴聚结得更慢，这决定了沉降区的尺寸和沉降时间。取决于液滴尺寸和流速，沉降区可以从几米变化到游泳池
的尺寸。萃取剂相的一些液滴作为夹带物保留在连续进料溶液相中并且需要进一步处理以实现分离。
[0016]当应用于金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在金属精炼工艺中将至少两种金属彼此分离的方法，所述方法包括：将包含所述金属的进料溶液注入包含具有多个通道的整料式固体主体的柱或流管中；以及使所述进料溶液流过所述整料式固体主体中的所述多个通道以分离所述金属。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述整料式固体主体由有机聚合物材料形成。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述整料式固体主体通过3D打印形成。4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述整料式固体主体中的每个所述通道具有1mm或更大的直径。5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述金属包括至少一种铂族金属。6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述金属包括至少一种电池金属。7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述方法是固相萃取方法，其中所述进料溶液中的至少一种金属物质被吸附到所述通道内的所述整料式固体主体的表面上，以便当所述进料溶液流过所述整料式固体主体中的所述多个通道时分离所述金属。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述通道内的所述整料式固体主体的所述表面被官能化以选择性地吸附一种或多种含目标金属的物质。9.根据权利要求7或权利要求8所述的方法，还包括在洗脱循环中通过使洗脱液流过所述整料式固体主体而从所述整料式固体主体洗脱所述进料。10.根据权利要求9所述的方法，其中在洗脱所述金属中的至少一种之前，所述洗脱液的浓度在所述洗脱循环期间有所减小。11.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，将所述进料溶液与不混溶的萃取剂液体混合，并使进料溶液和不混溶的萃取剂液体的混合物流过所述整料式固体主体中的所述多个通道以分离所述金属，其中至少一种金属物质被萃取到所述不混溶的萃取剂液体中。12.根据权利要求11所述的方法，其中使用包括多个通孔或喷嘴的分配板将所述进料溶液与所述不混溶的萃取剂液体混合，在进料溶液和不混溶的萃取剂液体的所述混合物流过所述整料式固体主体中的所述多个通道之前，所述进料溶液和/或萃取剂液体通过所述多个通孔或喷嘴注入混合室中。13.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森，
申请(专利权)人：庄信万丰股份有限公司，
类型：发明
国别省市：