BE740945A - Recovery of platinium metal catalysts free from con- - taminants as their double salts - Google Patents

Recovery of platinium metal catalysts free from con- - taminants as their double salts

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BE740945A
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/04Preparation of carboxylic acid esters by reacting carboxylic acids or symmetrical anhydrides onto unsaturated carbon-to-carbon bonds
    • C07C67/05Preparation of carboxylic acid esters by reacting carboxylic acids or symmetrical anhydrides onto unsaturated carbon-to-carbon bonds with oxidation
    • C07C67/055Preparation of carboxylic acid esters by reacting carboxylic acids or symmetrical anhydrides onto unsaturated carbon-to-carbon bonds with oxidation in the presence of platinum group metals or their compounds

Abstract

Recovery of platinum metal catalysts free from contaminants as their double salts. M7-. Comprises treating the contaminated platinum metal catalyst at an elevated temp. in a solvent with an oxidant, an acidic anion and an alkali metal cation, eliminating the undissolved solids, e.g. catalyst supports such as silica and/or alumina and/or carbon, at an elevated temp., cooling the soln. to form crystals of the double salt which are obtd. by filtration. Further concentration results in a second crop of crystals. The process is particularly suitable for purifying platinum metal catalysts used in the prodn. of vinyl acetate and which are contaminated with copper. Water and acetic acid are suitable solvents. The oxidant preferably contains "peroxy" oxygen e.g. persulphates, organic hydroperoxides or peroxides, inorganic peroxides, especially hydrogen peroxide. The acid present preferably contains halogen and may be a hydrohalic acid, especially HCl, chloric acid, chloroacetic acid or trichloroacetic acid. The alkali metal cation is supplied by a soluble salt such as a nitrate, sulphate or chloride.

Description

  

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  PROCEDE ET   SOLUTION   TOUR RECUPERER DES   CATALYSEURS   
 EMI1.1 
 I.#TALLIQUES CO-nTîs,IINES. - 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 
Cette invention comprend un procédé pour réactiver et purifier .des catalyseurs usés constitués d'un métal du groupe du platine, en particulier des catalyseurs au palladium qui ont été utilisés en présence de contaminants de cuivre tels que les catalyseurs utilisés dans la production de l'acétate de vinyle. 



   Dans la production des esters vinyliques tels que l'acétate de vinyle à partir   d'éthylène.en   phase liquide, on utilise normalement des systèmes de catalyseurs constitués de sels de métaux du groupe du platine et d'acétate. Typiquement, on régénère le catalyseur dans un réacteur à acétate de vinyle au moyen, d'un système redox comprenant de l'acétate cupro-cuprique.   Ixes   ions du métal du catalyseur sont réduits en forme métallique pendant la synthèse de l'acétate de vinyle et le système redox réoxyde le métal en ions.

   La présence de cuivre dans le bain du réacteur est la cause d'une forte contamination du catalyseur après qu'il ait été désactivé. on utilise aussi le platine et le palladium comme catalyseurs dans d'autres procédés tels que   l'oxychloruration   et l'hydrogénation où ils sont contaminés par des impuretés que l'on doit éventuellement éliminer. 



   On a généralement effectué la régénération de ces métaux catalyseurs en dissolvant le métal avec les contaminants dans l'eau régale et ensuite en évaporant à sec en plusieurs étapes pour récupérer un produit métallique pureCe procédé, cependant, prend du temps et est cher. De plus, il n'est pas souhaitable à   ' cause   des vapeurs produites par l'évaporation de l'eau régale, vapeurs qui sont nocives pour le personnel et corrosives   gour   l'appareillage. De même, d'autres contaminants métalliques tels que les métaux du Groupe 1B peuvent être retenus même après les étapes successives de dissolution et d'évaporation dans l'eau régale. 



   Un des objectifs de cette invention est de fournir une méthode pour purifier les catalyseurs constitués d'un métal du groupe du platine, contaminés, méthode qui esr relativement rapide et sûre. 



   Un autre objectif de cette invention est de fournir un procédé pour récupérer   les catalyseurs constitués du   métal platine, contaminés, qui ne nécessite pas une série d'étapes successives de dissolution et d'évaporation. 



   Un autre objectif encore de cette invention est de fournir un procédé pour récupérer un métal de platine à partir de 

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 catalyseurs constitués d'un métal de platine, contaminés, ledit métal récupéré étant pratiquement exempt de tout contaminant métallique . 



   Un autre objectif encore de cette invention est de fournir un procédé pour récupérer le métal palladium dans un état pratiquement non contaminé, à partir de catalyseurs au palladium qui ont été contaminés par des sels métalliques. 



   Un'autre objectif de cette invention est de fournir un procédé pour récupérer un sel double de palladium ou de platine pratiquement pur à partir d'un catalyseur au palladium   -ou   au ¯platine, contaminé. 



   Ces objectifs et d'autres objectifs de cette invention   ressor-   tiront plus facilement des revendications annexées et de la discussion détaillée suivante. 



   En bref, cette invention comprend une composition de solution et un procédé pour purifier un catalyseur contaminé, usé,constitué d'un métal du groupe du platine. On dissout le catalyseur avec les contaminants dans une solution aqueuse   chaude   contenant un oxydant, un anion, et un cation de métal alcalin. 



    ) On   filtre la solution, pendant   au  elle est chaude, pour éliminer tous les solides non dissous tels que supports de catalyseurs, etc....On refroidit ensuite la solution filtrée pour précipiter les cristaux de sel double de métal catalyseur et on .filtre à travers un gâteau de filtration solide pour éliminer les cristaux . de sel double qui sont pratiquement exempts de cuivre ou d'autres contaminants métalliques. On récupère les sels doubles sous une forme   hautement   purifiée en lavant les cristaux avec un mélange acétone-eau pour éliminer toute solution de la surface des cristaux. Le sel double métallique de platine est relativement insoluble dans le liquide de lavage acétone-eau et est récupéré sous forme de cristaux exempts de cuivre. 



     Les   métaux du groupe du platine que   l'on   peut traiter par le procédé de cette invention   conprennent   le ruthénium, le rhodium, le palladium, l'osmium, l'iridium et le platine.   On   peut utiliser les sels doubles récupérés cosse   catalyseurs  ou les   décomposer     pour   récupérer le métal. 



   Pour fonctionner dans le procédé de cette invention, la solution dans laquelle le catalyseur de métal platine contaminé est dissous, doit contenir trois constituants fondamentaux : un oxydant, un acide fournissant un anion 

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   @   et un sel fournissant un cation. L'oxydant doit fournir de l'oxygène   peroxydique   pour oxyder le   métal   du catalyseur en sa forme ionique de sort3 qu'il puisse être dissous et ensuite précipité sous forme d'un sel double. On a établi que l'on peut utiliser des persulfates, des   hydroperoxydes   et des peroxydes organiques. On préfère le peroxyde d'hydrogène car on peut se le procurer facilement et il est relativement bon marché. 



   Le second constituant de la solution est un acide qui fournira les anions pour le sel double. On a établi que l'acide   chlorhy-   drique, l'acide bromhydrique, l'acide fluoroborique, l'acide perchlorique,   l'acide   chlorique et les acides organiques tels que l'acide acétique, l'acide   chloracétique   et l'acide   trichlora-   cétique sont satisfaisants pour co besoin. On a trouvé que l'acide sulfurique, l'acide nitrique et l'acide phosphorique, bien   qu'utilisables   dans cette invention, donnent des résultats moins bons que les acides contenant un halogène. 



   Le constituant final de la solution de dissolution est un sel métallique pour fournir un second cation pour le sel double. 



   On peut utiliser les   nitr@@es,   les sulfates, et les halogénures   1 et   analogues, solubles. On préfère, cependant, les halogénures des métaux alcalins tel s que les chlorures, les iodures, les   bromures   ou les fluorures de potassium, sodium, lithium, césium et rubidium, à cause de leur solubilité et de leur compatibilité avec les métaux du groupe du platine dans le sel double. Les sels doubles finals de palladium, par exemple, peuvent être le   pallado-chlorure   de potassium, le pallado-chlorure de lithium, le   pallado-iodure   de sodium et analogues. Une considération pre-   mière   dans la détermination de l'agent fournissant le cation du sel métallique est l'emploi final que l'on fera du sel double du métal du groupe du platine.

   Par exemple, on a trouvé que les sels doubles des métaux alcalins avec les métaux du groupe du platine sont de bons catalyseurs pour la synthèse de l'acétate de   vinyle à   partir d'éthylène. 



   On dissout ces constituants dans une quantité de solvant suffisante pour assurer la dissolution de tout le catalyseur. Le solvant doit être capable de dissoudre les sels du métal du catalyseur aux températures élevées.   On   a trouvé que l'eau et l'acide acétique sont tous deux efficaces. 



   La solution traitante peut comprendre de 1 à 90 pour cent en volume de l'oxydant, de 5 à   49   pour cent en volume de l'agent 

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 fournissant l'anion et de 5 à 49 pour cent de l'agent fournissant le cation et le reste en solvant comme   l'eau   ou l'acide acétique. 



  Les proportions de constituants ne se révèlent pas   importantes   au-delà de ces limites. Les exigences premières sont   qu'il   yait une   quantité   suffisante   d'anions,   de cations et   d'ions   du métal du catalyseur pour former le sel double. Pour fournir cette quantité, l'agent fournissant l'acide ou l'anion doit avoir une concentration molaire suffisante pour fournir un nombre plus grand que le nombre   théorique   d'anions nécessaires à la combi-   naison   avec   le   métal du catalyseur.

   Par exemple, avec le palladium le rapport des moles d'anion monovalent aux moles de   palla-   dium doit être au moins de   2:1   ou plus   grand.   Afin d'obtenir   le-     nombre   convenable   d'anions,   on peut augmenter la force de l'acide jusqu'à environ   12   M et utiliser des volumes plus faibles. 



   Les rapports molaires préférés pour l'acide, l'oxydant et l'agent fournissant le cation sont approximativement deux parties d'acide pour une partie d'oxydant pour quatre parties d'agent fournissant le cation. De préférence. la quantité   molaire   de sel fournissant le cation doit être de   1,5   à 2, 5 fois celle de l'acide fournissant l'anion peur donner un agent à action rapide et la solubilisation efficace peur le métal de   palladium   contaminé. 



  De nouveau, il faut noter que l'on a trouvé que les proportions de constituantspour la solution de dissolution ne sont pas essentielles à la réalisation, les exigences principales pour la récupération complète des catalyseurs contaminés étant qu'il y ait un norbre suffisant de moles de chacun des constituants pour former un sel double à partir de tout la métal du catalyseur contaminé. 



   Les solutions typiques qui fonctionnent comme solvants pour Le métal du catalyseur dans le procédé de cette invention   compren-   lent: 

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 EMI6.1 
 
<tb> 
<tb> COMPOSITION <SEP> DE <SEP> DISSOLUTION <SEP> . <SEP> VOLUME <SEP> POUR <SEP> CENT
<tb> Acide <SEP> chlorhydrique <SEP> 1-90
<tb> 'Persulfate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 5- <SEP> - <SEP> 49
<tb> Chlorurées <SEP> lithium <SEP> 5- <SEP> 49
<tb> i <SEP> Eau <SEP> Le <SEP> reste
<tb> Acide <SEP> perchlorique <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 90
<tb> Peroxyde <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 49 <SEP> 
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> potassium <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 49 <SEP> 
<tb> Eau <SEP> ¯ <SEP> ¯ <SEP> ¯Le <SEP> reste
<tb> Acide <SEP> fluoroborique <SEP> 1-90
<tb> Peroxyde <SEP> de <SEP> benzoyle <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 49
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> potassium <SEP> 5 <SEP> - 

  <SEP> 49 <SEP> 
<tb> Eau <SEP> Le <SEP> reste
<tb> Acide <SEP> nitrique <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 90 <SEP> 
<tb> Persulfate <SEP> de <SEP> lithium <SEP> 5-49
<tb> Chlorure <SEP> de <SEP> lithium <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 49 <SEP> 
<tb> Eau <SEP> Le <SEP> reste
<tb> 
 
Les sels doubles finals de platine, par exemple, que l'on récupère par le procédé de cette invention après traitement par les solutions précédents   sont  le platine chlorure de lithium,, le platine perchlorate de potassium, le platine   fluoroborate   de potassium, et le platine nitrate de lithium,   respectivement.   



   La caractéristique essentielle du sel double pour permettre sa récupération est qu'il doit être soluble dans la solution aux températures élevées, de l'ordre de 80  C ou plus élevées et insoluble aux températures inférieures de l'ordre de 10  à 20  C. Cette caractéristique permet au sel doubla d'être retenu dans la solution filtrée, aux températures élevées, lorsque les solides non dissous sont éliminés, mais permet la séparation du sel de la solution par   précipitation   aux températures plus basses. 



   Le mécanisme du procéda de récupération de la présente invention est que le catalyseur de métal de platine contaminé s'ionise dans la solution d'oxydant, d'anion, et de cation en donnant un couple de cations et un anion qui vont se combiner. 



  Il se forme ainsi un sel double du métal platine. Les équations 

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 fondamentales peuvent être représentées en fonction de la récupération de palladium avec une solution de peroxyde d'hydrogène,   d'acide chlorhydrique et de chlorure de potassium comme suit : s   
 EMI7.1 
 
Puisque ce sel est insoluble dans la solution à la   tempé-   rature ambiante ou inférieure, il commence à précipiter de la solution et peut être éliminé par filtration, centrifugation ou d'autres moyens conventionnels de séparation liquide-solide, lorsque la solution est refroidie à une température de   la    à 20  C. 



   Le catalyseur au métal platine en cours de traitement, est   normalement   contaminé par les substances du support du catalyseur telles que silice, alumine, ou particules de carbone. Ces particules sont insolubles dans la solution de dissolution même aux températures voisines de 100  C et peuvent être éliminées par filtration à ces températures, avant refroidissement. 



   De préférence, le procédé est réalisé aux pressions atmos-   phériques   et le métal du catalyseur est dissous à une température allant de 25  à 100  C et le domaine de 80  à 90  C est Le domaine de température le plus efficace   pour   dissoudre le catalyseur de métal platine dans la solution. Les cristaux de sel double sont précipités par refroidissement à   la* -   20  C. 



   On lave les cristaux de sel double précipités,jusqu'à ce qu'ils soient exempts de solvant, avec une solution de rinçage ians laquelle le sel double n'est pas soluble. On a trouvé qu'une solution de rinçage d'acétone et d'eau contenant de 20 à 80 pour cent d'acétone est excellente. Si la solution de rinçage   contient   des pourcentages d'acétone plus grands, il se produit me précipitation des impuretés dissoutes à partir du solvant, due à   l'acétone   présent. Avec des pourcentages d'eau supérieurs 80 pour cent, le sel double se dissout en même temps que les smpüretés ce qui rend   impossible   la récupération du produit à   .'état   pur.

   La proportion préférée pour le liquide de lavage   tcétone -   eau est environ 80 pour cent d'acétone pour 20 pour cent   t'eau.   En outre, à la place d'acétone dans la solution de lavage, un peut utiliser tout composé organique soluble dans   l'eau   ou   tiscible   à l'eau tel que   méthanol,-   éthanol, dioxane,   ttrahydro-   turanne, alcool   t-butylique,     diméthylformamide,   diméthylsulfoxyde 

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 et acide acétique. 
 EMI8.1 
 #,gÉ- Après séparation des cristaux de sel double par fUtraior1sr Jon peut évaporer la relation filtrée jasoe' à environ 1/4 à 1/10 ème de son volume et on peut effectuer une seconde récolte de cristaux.

   On   peut     rejeter   la solution filtrée qui est désormais 
 EMI8.2 
 paratiqnnement exempte de métal. platine. Ensuite on sèche les 1 ixùnx à une température d'environ 100" à 350- C. AUX teMP6- ratures de séchage inférieures, l'eau   n'est   pas totalement 
 EMI8.3 
 éliminée des cristaux et aux températuras de séchage supérieures il se produit une décomposition du sel. 



  Le procédé de cette invention récupère essentiellement 100 
 EMI8.4 
 Pour cent du métal platine initial contamimê. De petits pourcen- ,tages peuvent, cependaiit, être perdus dans la filtration ini- tiale ou dans la   récupération   finale du sel. Pour tous les besoins pratiques, cependant, la récupération est essentiellement de 100 pour cent et dans tous les cas plus de   99,5   pour cent du catalyseur de métal platine initial est récupéré
Initialement, on peut chauffer le catalyseur contaminé à   une     température   de 80  à 90  C dans l'acide pour le dissoudre 
 EMI8.5 
 partie1J.e.ment.

   On préfère, pendant ce stade, agiter en remuant ou agiter en brassant 1' -,=ide, on peut ensuite ajouter l'agent fournissant le cation à   la   solution chauffée d'acide et de métal 
 EMI8.6 
 platine qui doit être r3xaorruais une température d'environ 90  C. L'addition d'eau dissout l'agent fournissant le cation et une majeure partie du métal platine.

   A ce point, le   peroxydant   et le sel peuvent être   ajoutés   pour s'ioniser et pour dissoudre complètement le catalyseur de métal platine. on peut alors amener la solution à son point d'ébullition (environ 100  C) et la filtrer pour éliminer les solides non dissous tels que les 
 EMI8.7 
 impuretés du support du catalyseur et les impuretés mêtalllgues.   Lorsque     :la   solution est refroidie jusqu'à   température   d'environ 10  à 20  C. les cristaux de sel double forment rapidement une 
 EMI8.8 
 boui1.1.ie semi-solide liquide de cristaux qui sont récupérables par filtration. 



   Si le chlorure de cuivre est le contaminant et le palladium est le catalyseur à métal du groupe du   platine,   les sels de cuivre restent en solution à des   températures   de l'ordre de 10  à 20  C et sont éliminés par filtration. Ces portions de la solution retenues sur les cristaux du filtrat sont facilement éliminées par lavage de la solution de rinçage. Les cristaux de 

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 palladium du sel double   récupérée     été'cette   façon sont  exempts     de   cuivre ou d'autres contaminants et la :récupération est pratiquement de 100 pour cent. 



     Four     illustrer   plus en détail le procédé de cette invention, on expose un procédé de récupération du catalyseur, détaillé, dans l'exemple   suivant  
EXEMPLE   On   a mis cent, vingt quatre grammes de métal palladium contaminé par du cuivre   il,,16     mole)   dans   un   flacon   d'Erlenmeyer     de 2   litres ainsi que   430   ml de BC1 6 N (1,27 mole).

   On a refroidi le flacon pour empêcher   l'ébullition   et on a ajouté 131 m1   (1,16   mole) de H2O2 à 30 pour cent, par portion de 5 ml, pendant environ   30   minâtes tout en agitant par brassage le contenu du   flacon.   On a ensuite ajouté 179 grammes de chlorure de potassium (2,40 moles} et chauffé le mélange à environ 90  C. 



  On a ensuite ajouté environ 400   ml     d'eau   jusqu'à dissolution   de   la plupart du KC1. La température du mélange était de 80 - 90  C pendant que l'on ajoutait   44   ml de H2O2 à   30   pour cent   (0,33     mole),   par portion de 2 m1,   en-l'espace   d'environ   4   heures. 



  A ce point, le métal palladium et KC1 étaient complètement   dissous.   On a amené la solution à son point d'ébullition et on l'a filtrée   à   l'aide d'une cuillerée à thé d'adjuvant de filtration   (Colite).   Lorsqu'on refroidit légèrement le filtrat,   il   se forme rapidement des amas de lames rectangulaires bien formées de K2PdC14. Les cristaux individuels apparaissent colorés en verdâtre lorsqu'ils sont vus à travers la solution. Après refroidissement à environ   10'     C,   on a filtré la bouillie cris- talline et lavé les cristaux par un mélange   acé-cone -   eau   (80-20   en volume) jusqu'à ce que le filtrat soit pratiquement incolore. 



  Les sels de cuivre restaient en solution dans le mélange acétoneeau et le coloraient en orange. On a séché les cristaux   bruns   de K2PdC14 à environ 200  C, pendant une heure. En faisant fondre -une portion pesée,   on   a libéré 1% en poids   d'eau.   Il n'y avait pas de cuivre dans les cristaux récupérés. 



   L'évaporation des liqueurs mères a donné une seconde récolte   de   cristaux de K2PdC4 également aussi purs que les premiers. 



  A ce point, les liqueurs mères   apparaissaient   pratiquement   exécutes     de,  palladium et, à 1'évaporation   complète,   il restait environ   100   g de cristaux verts brillants de CuC12 et de KC1, avec   seulement   très peu de cristaux en   aiguillât    rectangulaires -   

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 du K2PdC14 
Au lieu   d' eau   comme solvant de base de la solution, on a trouvé qui on pouvait utiliser de   l'acide   acétique. L'acide acétique agit comme solvant sans interférer avec, ou sans entrer dans la réaction de formation du sel ou l'oxydation du catalyseur au métal platine à récupérer.. 



   On peut faire denombreuses modifications   et  de variantes de l'invention, comme   exposé   précédemment, sans s'écarter de son esprit et de son   -domaine   d'application et;,seules des limitations comme celles   indiquées   dans les revendications annexées,seront imposées.



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  PROCESS AND SOLUTION TOWER RECOVER CATALYSTS
 EMI1.1
 I. # TALLIQUES CO-nTîs, IINES. -

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This invention includes a process for reactivating and purifying spent catalysts made from a platinum group metal, particularly palladium catalysts which have been used in the presence of copper contaminants such as the catalysts used in the production of platinum. vinyl acetate.



   In the production of vinyl esters such as vinyl acetate from ethylene in the liquid phase, catalyst systems consisting of salts of platinum group metals and acetate are normally used. Typically, the catalyst is regenerated in a vinyl acetate reactor using a redox system comprising cupro-cupric acetate. The ions of the catalyst metal are reduced to metallic form during the synthesis of vinyl acetate and the redox system reoxidizes the metal to ions.

   The presence of copper in the reactor bath is the cause of a strong contamination of the catalyst after it has been deactivated. platinum and palladium are also used as catalysts in other processes such as oxychlorination and hydrogenation where they are contaminated with impurities which may need to be removed.



   Regeneration of these catalyst metals has generally been accomplished by dissolving the metal with contaminants in aqua regia and then evaporating to dryness in several stages to recover a pure metallic product. This process, however, is time consuming and expensive. In addition, it is undesirable because of the vapors produced by the evaporation of aqua regia, which vapors are harmful to personnel and corrosive to the equipment. Likewise, other metal contaminants such as Group 1B metals can be retained even after the successive steps of dissolution and evaporation in aqua regia.



   One of the objectives of this invention is to provide a method for purifying contaminated catalysts consisting of a platinum group metal, which method is relatively fast and safe.



   Another object of this invention is to provide a process for recovering the catalysts made up of the contaminated metal platinum which does not require a series of successive dissolution and evaporation steps.



   Yet another object of this invention is to provide a method for recovering platinum metal from

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 catalysts made of a contaminated platinum metal, said recovered metal being substantially free of any metallic contaminant.



   Yet another object of this invention is to provide a process for recovering the metal palladium in a substantially uncontaminated state from palladium catalysts which have been contaminated with metal salts.



   A further object of this invention is to provide a process for recovering a substantially pure palladium or platinum double salt from a contaminated palladium -or platinum catalyst.



   These and other objects of this invention will more readily emerge from the appended claims and the following detailed discussion.



   Briefly, this invention comprises a solution composition and a method for purifying a contaminated, spent, platinum group metal catalyst. The catalyst is dissolved with the contaminants in a hot aqueous solution containing an oxidant, an anion, and an alkali metal cation.



    ) The solution is filtered, while it is hot, to remove all undissolved solids such as catalyst supports, etc. The filtered solution is then cooled to precipitate the crystals of the double salt of the catalyst metal and it is filtered. through a solid filter cake to remove crystals. of double salt which are practically free of copper or other metal contaminants. Double salts are recovered in highly purified form by washing the crystals with an acetone-water mixture to remove any solution from the crystal surface. The double platinum metal salt is relatively insoluble in the acetone-water wash liquid and is recovered as copper-free crystals.



     Platinum group metals which can be treated by the process of this invention include ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, and platinum. The double salts recovered as catalysts can be used or decomposed to recover the metal.



   To function in the process of this invention, the solution in which the contaminated platinum metal catalyst is dissolved, must contain three fundamental constituents: an oxidant, an acid providing an anion

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   @ and a salt providing a cation. The oxidant must provide peroxidic oxygen to oxidize the catalyst metal to its ionic form so that it can be dissolved and then precipitated as a double salt. It has been established that persulfates, hydroperoxides and organic peroxides can be used. Hydrogen peroxide is preferred because it is readily available and relatively inexpensive.



   The second component of the solution is an acid which will provide the anions for the double salt. It has been established that hydrochloric acid, hydrobromic acid, fluoroboric acid, perchloric acid, chloric acid and organic acids such as acetic acid, chloroacetic acid and trichlora acid - cetics are satisfactory for co-need. Sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid, although useful in this invention, have been found to perform worse than the halogen-containing acids.



   The final component of the dissolving solution is a metal salt to provide a second cation for the double salt.



   Soluble nitrates, sulphates, halides and the like can be used. Preferred, however, are alkali metal halides such as chlorides, iodides, bromides or fluorides of potassium, sodium, lithium, cesium and rubidium, because of their solubility and compatibility with the group metals. platinum in double salt. The final double salts of palladium, for example, can be potassium pallado-chloride, lithium pallado-chloride, sodium pallado-iodide and the like. A primary consideration in determining the agent providing the cation of the metal salt is the end use to be made of the double salt of the platinum group metal.

   For example, double salts of alkali metals with platinum group metals have been found to be good catalysts for the synthesis of vinyl acetate from ethylene.



   These constituents are dissolved in an amount of solvent sufficient to ensure the dissolution of all of the catalyst. The solvent should be able to dissolve the metal salts of the catalyst at elevated temperatures. Both water and acetic acid have been found to be effective.



   The treating solution may include 1 to 90 percent by volume of the oxidant, 5 to 49 percent by volume of the agent

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 providing the anion and 5 to 49 percent of the cation providing agent and the remainder as a solvent such as water or acetic acid.



  The proportions of constituents do not prove to be significant beyond these limits. The primary requirements are that there be a sufficient amount of anions, cations and ions of the catalyst metal to form the double salt. To provide this amount, the acid or anion providing agent must have a sufficient molar concentration to provide a greater number than the theoretical number of anions necessary for combination with the catalyst metal.

   For example, with palladium the ratio of moles of monovalent anion to moles of palladium should be at least 2: 1 or greater. In order to obtain the proper number of anions, the strength of the acid can be increased to about 12 M and smaller volumes can be used.



   The preferred molar ratios of acid, oxidant and cation providing agent are approximately two parts acid to one part oxidant to four parts cation providing agent. Preferably. the molar amount of the salt providing the cation should be 1.5 to 2.5 times that of the acid providing the anion to give a fast acting agent and efficient solubilization for the contaminated palladium metal.



  Again, it should be noted that it has been found that the proportions of constituents for the dissolving solution are not essential to the performance, the main requirements for the complete recovery of contaminated catalysts being that there be a sufficient number of moles. of each of the components to form a double salt from all the metal of the contaminated catalyst.



   Typical solutions which function as solvents for the catalyst metal in the process of this invention include:

 <Desc / Clms Page number 6>

 
 EMI6.1
 
<tb>
<tb> COMPOSITION <SEP> OF <SEP> DISSOLUTION <SEP>. <SEP> VOLUME <SEP> FOR <SEP> CENT
<tb> Hydrochloric acid <SEP> <SEP> 1-90
<tb> 'Sodium <SEP> persulfate <SEP> <SEP> 5- <SEP> - <SEP> 49
<tb> Chlorinated <SEP> lithium <SEP> 5- <SEP> 49
<tb> i <SEP> Water <SEP> The <SEP> remains
<tb> Perchloric acid <SEP> <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 90
<tb> Sodium <SEP> <SEP> <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 49 <SEP>
<tb> <SEP> Potassium <SEP> <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 49 <SEP>
<tb> Water <SEP> ¯ <SEP> ¯ <SEP> ¯The <SEP> remains
<tb> Fluoroboric acid <SEP> <SEP> 1-90
<tb> Benzoyl <SEP> <SEP> <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 49
<tb> <SEP> Potassium <SEP> <SEP> 5 <SEP> -

  <SEP> 49 <SEP>
<tb> Water <SEP> The <SEP> remains
<tb> Nitric acid <SEP> <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 90 <SEP>
<tb> Persulfate <SEP> of <SEP> lithium <SEP> 5-49
<tb> <SEP> lithium chloride <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 49 <SEP>
<tb> Water <SEP> The <SEP> remains
<tb>
 
The final double salts of platinum, for example, which are recovered by the process of this invention after treatment with the foregoing solutions are platinum lithium chloride, platinum potassium perchlorate, platinum potassium fluoroborate, and platinum. lithium nitrate, respectively.



   The essential characteristic of the double salt to allow its recovery is that it must be soluble in solution at high temperatures, of the order of 80 C or higher and insoluble at lower temperatures of the order of 10 to 20 C. This This characteristic allows the doubla salt to be retained in the filtered solution, at elevated temperatures, when the undissolved solids are removed, but allows separation of the salt from the solution by precipitation at the lower temperatures.



   The mechanism of the recovery process of the present invention is that the contaminated platinum metal catalyst ionizes in the oxidant, anion, and cation solution to give a pair of cations and an anion which will combine.



  This forms a double salt of the metal platinum. Equations

 <Desc / Clms Page number 7>

 Fundamental principles can be represented as a function of the recovery of palladium with a solution of hydrogen peroxide, hydrochloric acid and potassium chloride as follows: s
 EMI7.1
 
Since this salt is insoluble in solution at room temperature or below, it begins to precipitate from solution and can be removed by filtration, centrifugation, or other conventional means of liquid-solid separation, when the solution is cooled to. a temperature of the to 20 C.



   The platinum metal catalyst being processed is normally contaminated with catalyst support substances such as silica, alumina, or carbon particles. These particles are insoluble in the dissolving solution, even at temperatures close to 100 ° C. and can be removed by filtration at these temperatures, before cooling.



   Preferably the process is carried out at atmospheric pressures and the metal of the catalyst is dissolved at a temperature of 25 to 100 C and the range of 80 to 90 C is the most effective temperature range for dissolving the metal catalyst. platinum in solution. The double salt crystals are precipitated by cooling at * -20 ° C.



   The precipitated double salt crystals are washed, until they are free of solvent, with a rinse solution in which the double salt is not soluble. It has been found that an acetone-water rinse solution containing 20 to 80 percent acetone is excellent. If the rinsing solution contains higher percentages of acetone, precipitation of dissolved impurities from the solvent occurs due to the acetone present. With water percentages greater than 80 percent, the double salt dissolves along with the liquid particles making it impossible to recover the product in its pure state.

   The preferred ratio for the ketone-water wash liquid is about 80 percent acetone to 20 percent water. In addition, instead of acetone in the washing solution, one can use any organic compound soluble in water or tiscible with water such as methanol, - ethanol, dioxane, ttrahydroturan, t-butyl alcohol, dimethylformamide, dimethylsulfoxide

 <Desc / Clms Page number 8>

 and acetic acid.
 EMI8.1
 #, gE- After separation of the double salt crystals by fUtraior1sr Jon can evaporate the filtered relation jasoe 'to about 1/4 to 1/10 of its volume and a second crop of crystals can be made.

   We can reject the filtered solution which is now
 EMI8.2
 metal free paratiqnément. platinum. Then the 1 ixùnx are dried at a temperature of about 100 "at 350- C. At lower drying times, the water is not completely.
 EMI8.3
 eliminated from the crystals and at the higher drying temperatures a decomposition of the salt takes place.



  The process of this invention essentially recovers 100
 EMI8.4
 Percent of the original platinum metal contaminated. Small percentages can, however, be lost in the initial filtration or in the final salt recovery. For all practical purposes, however, the recovery is essentially 100 percent and in all cases more than 99.5 percent of the original platinum metal catalyst is recovered.
Initially, the contaminated catalyst can be heated to a temperature of 80-90 C in the acid to dissolve it.
 EMI8.5
 part1J.e.ment.

   It is preferred, during this stage, to agitate while stirring or to agitate while stirring 1 '-, = ide, one can then add the agent providing the cation to the heated solution of acid and metal.
 EMI8.6
 platinum which should be r3xaorruais a temperature of about 90 C. The addition of water dissolves the agent providing the cation and a major part of the platinum metal.

   At this point, the peroxidant and salt can be added to ionize and to completely dissolve the platinum metal catalyst. we can then bring the solution to its boiling point (about 100 C) and filter it to remove undissolved solids such as
 EMI8.7
 impurities of the catalyst support and mixed impurities. When: the solution is cooled to a temperature of about 10 to 20 C. the double salt crystals quickly form a
 EMI8.8
 liquid semi-solid boui1.1.ie crystals which are recoverable by filtration.



   If copper chloride is the contaminant and palladium is the platinum group metal catalyst, the copper salts remain in solution at temperatures on the order of 10 to 20 ° C and are removed by filtration. These portions of the solution retained on the crystals of the filtrate are easily removed by washing the rinsing solution. Crystals of

 <Desc / Clms Page number 9>

 Double salt palladium recovered in this way are free of copper or other contaminants and the recovery is almost 100 percent.



     To illustrate the process of this invention in more detail, a process for recovering the catalyst, detailed, is set forth in the following example.
EXAMPLE One hundred, twenty four grams of palladium metal contaminated with copper ((16 mol)) was placed in a 2 liter Erlenmeyer flask together with 430 ml of 6 N BC1 (1.27 mol).

   The vial was cooled to prevent boiling and 131 ml (1.16 moles) of 30 percent H2O2 was added, per 5 ml portion, over about 30 minutes while stirring the contents of the vial. Then 179 grams of potassium chloride (2.40 moles} was added and the mixture heated to about 90 ° C.



  About 400 ml of water was then added until most of the KCl dissolved. The temperature of the mixture was 80 - 90 ° C while adding 44 ml of 30 percent H2O2 (0.33 moles), per 2 ml portion, over about 4 hours.



  At this point, the palladium metal and KC1 were completely dissolved. The solution was brought to its boiling point and filtered with a teaspoon of filter aid (Colitis). When the filtrate is cooled slightly, clusters of well-formed rectangular plates of K2PdC14 quickly form. Individual crystals appear greenish colored when viewed through the solution. After cooling to about 10 ° C, the crystalline slurry was filtered and the crystals washed with ace-cone-water (80-20 by volume) until the filtrate was practically colorless.



  The copper salts remained in solution in the acetone-water mixture and colored it orange. The brown crystals of K2PdCl4 were dried at about 200 ° C for one hour. By melting a weighed portion, 1% by weight of water was released. There was no copper in the crystals recovered.



   Evaporation of the mother liquors gave a second crop of K2PdC4 crystals also as pure as the first.



  At this point the mother liquors appeared to be practically run out of palladium, and upon complete evaporation there was about 100 g of bright green crystals of CuC12 and KC1, with only very few rectangular needle crystals -

 <Desc / Clms Page number 10>

 of K2PdC14
Instead of water as the base solvent for the solution, it was found that acetic acid could be used. Acetic acid acts as a solvent without interfering with, or without entering into the reaction of salt formation or oxidation of the platinum metal catalyst to be recovered.



   Numerous modifications and variations of the invention can be made, as set forth above, without departing from its spirit and its field of application and, only limitations such as those indicated in the appended claims will be imposed.

 

Claims (1)

REVENDICATIONS 1. Un procédé pour récupérer des sels métalliques pratiquement purs à partir de catalyseurs constitués de métaux du groupe du platine et contaminés, en faisant réagir le métal avec un acide pour former un composé récupérable,, caractérisé par le fait qu'on dissout lesdits catalyseurs contaminés, à une,.température élevée, dans une solution comprenant un solvant, un oxydant, un anion d'acide, et un cation de métal, alcalin, qu'on élimine les solides non dissous de ladite solution à température élevée, qu'on refroidit la solution pour former des cristaux d'un se]. double contenant ledit métal catalyseur, cristaux que l'on sépare du mélange par séparation liquide - solide. CLAIMS 1. A process for recovering substantially pure metal salts from catalysts consisting of contaminated platinum group metals, by reacting the metal with an acid to form a recoverable compound, characterized in that said catalysts are dissolved. contaminated catalysts, at an elevated temperature, in a solution comprising a solvent, an oxidant, an acid anion, and a metal cation, alkali, that undissolved solids are removed from said solution at elevated temperature, which the solution is cooled to form crystals of a salt. double containing said metal catalyst, crystals which are separated from the mixture by liquid-solid separation. 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on évapore au moins une partie de ladite solution, après avoir séparé lesdits cristaux, pour en récupérer des cristaux de sel. double supplémentaires. 2. A method according to claim 1, characterized in that at least part of said solution is evaporated, after having separated said crystals, in order to recover salt crystals therefrom. extra double. 3. Un procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit solvant est l'eau. 3. A process according to either of claims 1 and 2, characterized in that said solvent is water. 4. Un procédé selon l'une des revendications 1, 2, et 3, caractérisé par le fait que ledit solvant est l'acide acétique. 4. A method according to one of claims 1, 2, and 3, characterized in that said solvent is acetic acid. 5. Un procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3, et 4, caractérisé par le fait que ladite solution, comprend de 1.' eau, un EMI11.1 oxydant 8peroxydique-.. un acide halohydrique ct un cation de métal alcalin. 5. A method according to one of claims 1, 2, 3, and 4, characterized in that said solution comprises 1. ' water, one EMI11.1 8peroxidic oxidant - a hydrohalic acid and an alkali metal cation. 6. Un procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ladite solution comprend de l'eau, de l'acide chlorhydrique, du chlorure de potassium et du peroxyde d'hydrogène. 6. A method according to claim 5, characterized in that said solution comprises water, hydrochloric acid, potassium chloride and hydrogen peroxide. 7. Un procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3. 4, 5 et 6, caractérisé par le fait qu'on sépare lesdits cristaux de ladite solution par filtration. 7. A method according to one of claims 1, 2, 3. 4, 5 and 6, characterized in that said crystals are separated from said solution by filtration. 8. Un procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4,5, 6 et 7, caractérisé par le fait que ladite température élevée est de 25 à 100 C et que ladite solution est ensuite refroidie au-dessous de 20 C. 8. A process according to one of claims 1, 2, 3, 4,5, 6 and 7, characterized in that said high temperature is 25 to 100 C and that said solution is then cooled below 20 vs. 9. Un procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 et 8, caractérisé par le fait qu'on sépare lesdits cristaux par filtration, qu'on les récupère en les rinçant dans un bain acétone-eau dans lequel lesdits cristaux sont insolubles et EMI11.2 qu'on les sèche A une température de loo. à 3500 oc. 10. 9. A method according to one of claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8, characterized in that said crystals are separated by filtration, that they are recovered by rinsing them in a bath. acetone-water in which said crystals are insoluble and EMI11.2 let them be dried at a temperature of loo. at 3500 oc. 10. Une composition de solution à utiliser dans le procédé de la <Desc/Clms Page number 12> revendication 1, caractérisé par le fait qu'elle comprend: ; un agent fournissant un anion d'acide; un agent fournissant un cation de sel métallique; un oxydant; et un solvant, lesditc agents fournissant l'anion et le cation étant chacun présent en quantité suffisante pour donner au moins le nombre théorique de moles nécessaires à la formation d'un sel double avec ledit métal du groupe du platine. A solution composition for use in the process of <Desc / Clms Page number 12> Claim 1, characterized in that it comprises:; an agent providing an acid anion; an agent providing a metal salt cation; an oxidizer; and a solvent, said anion and cation providing agents each being present in an amount sufficient to provide at least the theoretical number of moles necessary for the formation of a double salt with said platinum group metal. Il. Une composition selon la revendication 10, caractérisée par le fait que ledit acide contient un halogène, ledit sel est un halogénure de métal alcalin, ledit oxydant est peroxydique et ledit solvant est choisi dans le groupe composé de l'eau et de l'acide acétique. He. A composition according to Claim 10, characterized in that the said acid contains a halogen, the said salt is an alkali metal halide, the said oxidant is peroxidic and the said solvent is chosen from the group consisting of water and acetic acid .
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