发明内容
本发明的目的提供一种简单的、易于操作、回收率高的报废汽车尾气催化剂中贵金属铂和钯的分离方法。
本发明的发明目的是通过以下技术方案来实现的:一种报废汽车尾气催化剂中贵金属铂和钯的分离方法,包括以下步骤:
(1)将含有汽车尾气催化剂的载体破碎成含尾气催化剂的碎料;
(2)在碎料中加入王水,将尾气催化剂溶于王水中,过滤,得到含铂、钯和铁的浸出液;
(3)在步骤(2)的浸出液中加入萃取剂A,萃取,所述萃取剂A为2-羟基-5-壬基苯乙酮肟与煤油的混合液,钯进入萃取剂A中,得到含钯萃取液,铂留在萃余液中;
(4)对含钯萃取液进行反萃取,获得含钯溶液;
(5)往步骤(3)中萃取后的萃余液中,加入萃取剂B,所述萃取剂B为3-(三甲氧基甲硅基)丙胺和煤油的混合液,铂和铁进入有机相的萃取剂B中,得到含铂和铁的萃取液;
(6)往步骤(5)中的含铂和铁的萃取液中,加入稀盐酸,萃取,含铂和铁的萃取液中的铁进入水相,铂留在萃取液中得到含铂萃取液;
(7)对步骤(6)中的含铂萃取液进行反萃取,得到含铂溶液。
本发明所述步骤(1)中所述的含有尾气催化剂的载体破碎成尺寸为2~5mm的含汽车尾气催化剂的碎料。
本发明所述步骤(2)汽车尾气催化剂在王水中溶解1~2h,使催化剂中的钯、铂充分溶解于王水中,以提高钯和铂的回收率。
本发明所述步骤(2)中所述含汽车尾气催化剂的碎料与王水之间的质量体积比可以为1:5~20(g:ml)。
作为本发明的一种实施方式,所述步骤(3)中萃取时间为10~20min;所述萃取剂A与浸出液的体积比为1:1~7(ml:ml),优选为1﹕1~3(ml:ml)。所述萃取剂A的2-羟基-5-壬基苯乙酮肟的体积分数为0.5~2%。
所述步骤(4)中的反萃取,采用已有的常用方法均可达到预期目的。但作为本发明的一种实施方式,所述步骤(4)对含钯萃取液进行反萃取可以采用以下方式:在含钯萃取液加入含0.5M硫脲和1M盐酸的水溶液,其中有机相与水相的体积比为1~10﹕1(ml:ml),萃取10~20min,钯进入水相,得到含钯水溶液。
本发明所述步骤(5)中萃取时间为10~20min;所述萃取剂B与萃余液的体积比为1:1~5(ml:ml),优选为1﹕1~3(ml:ml)。所述萃取剂B的3-(三甲氧基甲硅基)丙胺的体积分数为3-5%。
所述的步骤(6)中采用的稀盐酸的浓度为0.0001M。所述的稀盐酸与含铂和铁的萃取液的体积比为1~2﹕1(ml:ml),萃取时间为10~20min。
所述步骤(7)中的反萃取,同样采用已有的常用方法均可达到预期目的。但作为本发明的一种实施方式,所述步骤(7)对含铂萃取液进行反萃取可以采用以下方式:在含铂萃取液加入含0.5M硫脲和0.1M盐酸的水溶液,有机相与水相的体积比为1~5﹕1(ml:ml),萃取10~20min,铂进入水相,得到含铂溶液。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明的报废汽车尾气催化剂中贵金属的分离方法,先用2-羟基-5-壬基苯乙酮肟萃取钯,再用3-(三甲氧基甲硅基)丙胺萃取铂,与传统萃取法相比,工艺简单,萃取剂的选择性更高,除杂效果更佳,铂、钯回收率及纯度高。
(2)本发明采用2-羟基-5-壬基苯乙酮肟萃取钯,钯萃取率在90%以上,最高可接近100%。而且在萃取剂A中2-羟基-5-壬基苯乙酮肟的质量分数在0.5%就可以获得最高的萃取率,可以极大地节约了成本。
(3)本发明在铂有机相萃取液中,加入稀盐酸,能简单地除去铁,与传统方法相比,提高铂的纯度。
具体实施方式
试验例1:
试验方法:
(1)将含有汽车尾气催化剂的载体破碎成3~5mm的含尾气催化剂的碎料;
(2)100g碎料中加入600ml王水,溶解1~2h,过滤,得到含铂、钯和铁的浸出液;
(3)在步骤(2)的浸出液中加入表1所列的萃取剂,萃取剂与浸出液的体积比为1:3,萃取60min,钯进入萃取剂中,得到含钯萃取液,铂留在萃余液中。在萃取的第5min开始检测萃取剂中的钯含量,在第10min时进行第二次钯含量检测,之后每隔10min检测一次,结果参见图1和图2。
表1
2-羟基-5-壬基苯乙酮肟﹕煤油(V/V) |
0.5% |
1% |
1.5% |
2.0% |
β羟肟﹕煤油(V/V) |
0.5% |
1% |
1.5% |
2.0% |
(4)往含钯萃取液中,加入含0.5M硫脲和1M盐酸的水溶液,其中有机相与水相的体积比为1~10﹕1(ml:ml),钯进入水相,得到含钯水溶液,结果见表2;
表2水相与有机相之比对反萃取钯的影响
水相:有机相 |
反萃取率/% |
1:1 |
99.6 |
1:2 |
99.6 |
1:3 |
99.6 |
1:5 |
99.4 |
1:7 |
99.4 |
1:10 |
99.1 |
(5)往步骤(3)中萃取后的萃余液中,加入表3所列的萃取剂,萃取剂与萃余液的体积比为1:2(ml:ml),萃取10min,铂和铁进入有机相的萃取剂中,得到含铂和铁的萃取液,所得结果参见图3。
表3
3-(三甲氧基甲硅基)丙胺﹕煤油(V/V) |
1% |
2% |
3% |
4% |
5% |
三辛胺﹕煤油(V/V) |
1% |
2% |
3% |
4% |
5% |
(6)往步骤(5)中的含铂和铁的萃取液中,加入0.0001M稀盐酸,水相与有机相的体积比为1~2﹕1(ml:ml),萃取,含铂和铁的萃取液中的铁进入水相,铂留在萃取液中得到含铂萃取液,结果见表4。
表4水相与有机相之比对反萃取铂和铁的影响
水相:有机相 |
反萃取率/% |
1:2 |
98.4 |
1:1 |
92.9 |
1.5:1 |
99.9 |
2:1 |
99.3 |
2.5:1 |
98.1 |
(7)往步骤(6)中的含铂萃取液中,加入含0.5M硫脲和0.1M盐酸的水溶液,有机相与水相的体积比为1~5﹕1(ml:ml),铂进入水相,得到含铂水溶液,结果见表5。
表5水相与有机相之比对反萃取铂的影响
水相:有机相 |
反萃取率/% |
2:1 |
98.8 |
1:1 |
99.5 |
1:2 |
99.6 |
1:3 |
99.4 |
1:5 |
99.3 |
1:7 |
98.7 |
图1~2显示,2-羟基-5-壬基苯乙酮肟对钯的萃取率在90%以上,最高可接近100%。而β羟肟的萃取率随浓度升高而升高,在浓度为2%(V/V)时对钯的萃取率才达到90%。可见2-羟基-5-壬基苯乙酮肟的萃取率高于β羟肟。
在浓度为0~0.5%(V/V)之间时,2-羟基-5-壬基苯乙酮肟对钯的萃取率随浓度增长而上升,并在达到0.5%时,萃取率达到最高。而浓度在0.5%以上时,萃取率则保持在最高水平上。在萃取5min~10min,萃取率成上升趋势,在第10min以后,萃取率保持在同一水平上。而β羟肟萃取率要在50min时才达到最高。可见,与β羟肟相比,2-羟基-5-壬基苯乙酮肟作为钯萃取剂,用量小,萃取时间短,萃取分离效率高。
如图3所示,3-(三甲氧基甲硅基)丙胺对铂的萃取率高于三辛胺,更有利于对铂的萃取分离。
试验例2:
试验方法:
(1)将含有汽车尾气催化剂的载体破碎成3~5mm的含尾气催化剂的碎料;
(2)在100g碎料中加入600ml王水,溶解1~2h,过滤,得到含铂、钯和铁的浸出液;
(3)在步骤(2)的浸出液中加入萃取剂A,该萃取剂A为体积分数为0.5%的2-羟基-5-壬基苯乙酮肟和煤油混合溶液,萃取剂A与浸出液的体积比如表6所示,萃取10min,钯进入萃取剂A中,得到含钯萃取液,铂留在萃余液中,结果参见图4。
表6
萃取剂A﹕浸出液(ml:ml) |
1﹕1 |
1﹕2 |
1﹕3 |
1﹕5 |
1﹕7 |
(4)往含钯萃取液中,加入含0.5M硫脲和1M盐酸的水溶液,其中有机相与水相的体积比为1~10﹕1(ml:ml),钯进入水相,得到含钯水溶液;
(5)往步骤(3)中萃取后的萃余液中,加入萃取剂B,萃取剂B为体积分数为5%的3-(三甲氧基甲硅基)丙胺和煤油,萃取剂B与萃余液的体积比如表7所示,萃取10min,铂和铁进入有机相的萃取剂B中,得到含铂和铁的萃取液,所得结果参见图6。
表7
萃取剂B﹕萃余液(ml:ml) |
2﹕1 |
1﹕1 |
1﹕2 |
1﹕3 |
1﹕5 |
1﹕7 |
(6)往步骤(5)中的含铂和铁的萃取液中,加入0.0001M稀盐酸,水相与有机相的体积比为1~2﹕1(ml:ml),萃取,含铂和铁的萃取液中的铁进入水相,铂留在萃取液中得到含铂萃取液。
(7)往步骤(6)中的含铂萃取液中,加入含0.5M硫脲和0.1M盐酸的水溶液,有机相与水相的体积比为1~5﹕1(ml:ml),铂进入水相,得到含铂水溶液。
如图4所示,萃取剂A与浸出液的体积比在1﹕1~7之间,萃取A对钯的萃取率都在99%以上。图6所示,萃取剂B在与萃余液的体积比在2~1﹕1~3之间时,对铂的萃取率在99%以上。考虑到降低处理成本,萃取B与萃余液的体积比优选为1﹕1~3。萃取剂A与浸出液的体积比优选为在1﹕1~3。
试验例3:
试验方法:
(1)将含有汽车尾气催化剂的载体破碎成3~5mm的含尾气催化剂的碎料;
(2)在100g碎料中加入600ml王水,溶解1~2h,过滤,得到含铂、钯和铁的浸出液;
(3)在步骤(2)的浸出液中加入表8所列的萃取剂A,萃取剂A与浸出液的体积比为1﹕3(ml:ml),萃取10min,钯进入萃取剂A中,得到含钯萃取液,铂留在萃余液中,结果参见图5。
表8
2-羟基-5-壬基苯乙酮肟﹕煤油(V/V) |
0.5% |
1% |
1.5% |
2.0% |
(4)往含钯萃取液中,加入含0.5M硫脲和1M盐酸的水溶液,其中有机相与水相的体积比为1~10﹕1,钯进入水相,得到含钯水溶液;
(5)往步骤(3)中萃取后的萃余液中,加入表9所列的萃取剂B,萃取剂B与萃余液的体积比为1:2(ml:ml),萃取10min,铂和铁进入有机相的萃取剂B中,得到含铂和铁的萃取液,所得结果参见图7。
表9
3-(三甲氧基甲硅基)丙胺﹕煤油(V/V) |
1% |
2% |
3% |
4% |
5% |
(6)往步骤(5)中的含铂和铁的萃取液中,加入0.0001M稀盐酸,水相与有机相的体积比为1~2﹕1(ml:ml),萃取,含铂和铁的萃取液中的铁进入水相,铂留在萃取液中得到含铂萃取液。
(7)往步骤(6)中的含铂萃取液中,加入含0.5M硫脲和0.1M盐酸的水溶液,有机相与水相的体积比为1~5﹕1,铂进入水相,得到含铂水溶液。
如图5所示,2-羟基-5-壬基苯乙酮肟对钯的萃取率在90%以上,最高可接近100%,而其对铂的萃取率非常低,低于5%,因而2-羟基-5-壬基苯乙酮肟能有效地实现钯和铂的分离。图7所示,萃取剂B在浓度在3%以上时,才达到95%以上的萃取率,因而优选3-(三甲氧基甲硅基)丙胺的体积百分比在3~5%之间。
实施例1:
(1)将含有汽车尾气催化剂的载体破碎成2mm的含尾气催化剂的碎料;
(2)将100g碎料溶于600mL王水,溶解1h,过滤,得到含铂、钯等贵金属和其它杂质元素的浸出液;
(3)加入200mL萃取剂A,萃取剂A为1mL2-羟基-5-壬基苯乙酮肟溶于199mL煤油中的混合液,萃取10~20min,钯进入有机相的萃取剂A中,铂和其他杂质元素留在萃余液中;
(4)往步骤(3)中的含钯萃取液中,加入含0.5M硫脲和1M盐酸的水溶液40mL,萃取10~20min,钯进入水相,得到含钯水溶液,回收率为99.5%;
(5)往步骤(3)中萃取后的萃余液中,加入300mL萃取剂B,萃取剂B为15mL3-(三甲氧基甲硅基)丙胺溶于275mL煤油中的混合液,萃取10~20min,铂和铁杂质进入有机相的萃取剂B中,获得含铂和铁的萃取液,其他杂质元素留在原萃余液中;
(6)往步骤(5)中的含铂和铁的萃取液中,加入450mL0.0001M稀盐酸,萃取10~20min,铁杂质进入水相,铂留在原萃取液中,获得含铂萃取液;
(7)往步骤(6)中的含铂萃取液中,加入含0.5M硫脲和0.1M盐酸的水溶液100mL,萃取10~20min,铂进入水相,得到含铂水溶液,回收率为99.8%。
实施例2:
(1)将含有尾气催化剂的载体破碎至2mm的含尾气催化剂的碎料;
(2)将100g碎料溶于500mL王水,溶解2h,过滤,得到含铂、钯等贵金属和其它杂质元素的浸出液;
(3)加入160mL萃取剂A,萃取剂A为1.5mL2-羟基-5-壬基苯乙酮肟溶于158.5mL煤油中的混合液,萃取10~20min,钯进入有机相的萃取剂A中,铂和其他杂质元素留在萃余液中;
(4)往步骤(3)中的含钯萃取液中,加入含0.5M硫脲和1M盐酸的水溶液32mL,萃取10~20min,钯进入水相,得到含钯水溶液,回收率为99.5%;
(5)往步骤(3)中萃取后的萃余液中,加入250mL萃取剂B,萃取剂B为12.5mL3-(三甲氧基甲硅基)丙胺溶于237.5mL煤油中的混合液,萃取10~20min,铂和铁杂质进入有机相的萃取剂B中,获得含铂和铁的萃取液,其他杂质元素留在原萃余液中;
(6)往步骤(5)中的含铂和铁的萃取液中,加入450mL0.0001M稀盐酸,萃取10~20min,铁杂质进入水相,铂留在原萃取液中,获得含铂萃取液;
(7)往步骤(6)中的含铂萃取液中,加入含0.5M硫脲和0.1M盐酸的水溶液100mL,萃取10~20min,铂进入水相,得到含铂水溶液,回收率为99.8%。
实施例3:
(1)将含有尾气催化剂的载体破碎至2mm的含尾气催化剂的碎料;
(2)将100g碎料溶于1000mL王水,溶解2h,过滤,得到含铂、钯等贵金属和其它杂质元素的浸出液;
(3)加入200mL萃取剂A,萃取剂A为1mL2-羟基-5-壬基苯乙酮肟溶于199mL煤油中的混合液,萃取10~20min,钯进入有机相的萃取剂A中,铂和其他杂质元素留在萃余液中;
(4)往步骤(3)中的含钯萃取液中,加入含0.5M硫脲和1M盐酸的水溶液200mL,萃取10~20min,钯进入水相,得到含钯水溶液,回收率为99.8%;
(5)往步骤(3)中萃取后的萃余液中,加入200mL萃取剂B,萃取剂B为10mL3-(三甲氧基甲硅基)丙胺溶于190mL煤油中的混合液,萃取10~20min,铂和铁杂质进入有机相的萃取剂B中,获得含铂和铁的萃取液,其他杂质元素留在原萃余液中;
(6)往步骤(5)中的含铂和铁的萃取液中,加入300mL0.0001M稀盐酸,萃取10~20min,铁杂质进入水相,铂留在原萃取液中,获得含铂萃取液;
(7)往步骤(6)中的含铂萃取液中,加入含0.5M硫脲和0.1M盐酸的水溶液50mL,萃取10~20min,铂进入水相,得到含铂水溶液,回收率为98.8%。
实施例4:
(1)将含有尾气催化剂的载体破碎至2mm的含尾气催化剂的碎料;
(2)将50g碎料溶于250mL王水,溶解2h,过滤,得到含铂、钯等贵金属和其它杂质元素的浸出液;
(3)加入250mL萃取剂A,萃取剂A为1.5mL2-羟基-5-壬基苯乙酮肟溶于248.5mL煤油中的混合液,萃取10~20min,钯进入有机相的萃取剂A中,铂和其他杂质元素留在萃余液中;
(4)往步骤(3)中的含钯萃取液中,加入含1M硫脲和2M盐酸的水溶液50mL,萃取10~20min,钯进入水相,得到含钯水溶液,回收率为99.8%;
(5)往步骤(3)中萃取后的萃余液中,加入250mL萃取剂B,萃取剂B为12.5mL3-(三甲氧基甲硅基)丙胺溶于237.5mL煤油中的混合液,萃取10~20min,铂和铁杂质进入有机相的萃取剂B中,获得含铂和铁的萃取液,其他杂质元素留在原萃余液中;
(6)往步骤(5)中的含铂和铁的萃取液中,加入300mL0.0001M稀盐酸,萃取10~20min,铁杂质进入水相,铂留在原萃取液中,获得含铂萃取液;
(7)往步骤(6)中的含铂萃取液中,加入含0.5M硫脲和0.1M盐酸的水溶液50mL,萃取10~20min,铂进入水相,得到含铂水溶液,回收率为99.8%。
实施例5:
(1)将含有尾气催化剂的载体破碎至2mm的含尾气催化剂的碎料;
(2)将50g碎料溶于300mL王水,溶解1h,过滤,得到含铂、钯等贵金属和其它杂质元素的浸出液;
(3)加入100mL萃取剂A,萃取剂A为2mL2-羟基-5-壬基苯乙酮肟溶于98mL煤油中的混合液,萃取10~20min,钯进入有机相的萃取剂A中,铂和其他杂质元素留在萃余液中;
(4)往步骤(3)中的含钯萃取液中,加入含0.5M硫脲和1M盐酸的水溶液20mL,萃取10~20min,钯进入水相,得到含钯水溶液,回收率为99.8%;
(5)往步骤(3)中萃取后的萃余液中,加入150mL萃取剂B,萃取剂B为4.5mL3-(三甲氧基甲硅基)丙胺溶于145.5mL煤油中的混合液,萃取10~20min,铂和铁杂质进入有机相的萃取剂B中,获得含铂和铁的萃取液,其他杂质元素留在原萃余液中;
(6)往步骤(5)中的含铂和铁的萃取液中,加入300mL0.0001M稀盐酸,萃取10~20min,铁杂质进入水相,铂留在原萃取液中,获得含铂萃取液;
(7)往步骤(6)中的含铂萃取液中,加入含0.5M硫脲和0.1M盐酸的水溶液150mL,萃取10~20min,铂进入水相,得到含铂水溶液,回收率为99.2%。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不是限制,因此凡是依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的范围内。