CN108455688B

CN108455688B - 一种氯铱酸的快速制备方法

Info

Publication number: CN108455688B
Application number: CN201810275460.3A
Authority: CN
Inventors: 周严; 王靖坤; 陈兴飞; 郭瑞; 李进
Original assignee: Xi'an Rarealloys Co ltd
Current assignee: Xi'an Rarealloys Co ltd
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2020-04-21
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: CN108455688A

Abstract

本发明公开了一种氯铱酸的快速制备方法，该方法为：首先将铱粉、盐酸加入反应釜中，向反应釜中通入氯气在一定条件下发生反应，反应结束后向反应釜中加入浓盐酸，除去反应液中游离的氯气，待氯气除去之后，过滤得到滤液和滤渣，所述滤液中存在三价铱和四价铱，然后以所述滤液为原料与硝酸发生氧化反应，反应结束后滤液中三价铱氧化成四价铱，得到氯铱酸溶液，最后氯铱酸溶液浓酸后得到氯铱酸产品。本发明相比于现有技术具有工艺流程短、操作简单、处理量大、不引入杂质离子、操作环境好等特点，能够快速地将铱粉制备成氯铱酸，且效率高、成本低，方法绿色环保。

Description

一种氯铱酸的快速制备方法

技术领域

本发明属于稀贵金属化学品的制备技术领域，具体涉及一种氯铱酸的快速制备方法。

背景技术

氯铱酸是元素铱的一种最常见的化合物，是合成其它含铱化合物及制备含铱催化剂的初始原料，含铱化合物和含铱催化剂广泛应用于石油化工、有机合成、阳极涂层等领域。

铱是一种具有相当延展性的银白色贵金属，熔点2410±40℃，沸点4130℃，密度22.42g/cm³，具有极高的耐腐蚀性。通常商品铱的形态是粉末状，即铱粉。

制备氯铱酸及其它含铱化合物的关键步骤是将单质态铱粉溶解在水溶液中。然而，铱是铂族金属中化学性质最稳定最耐腐蚀的金属之一，不能直接溶于盐酸、硫酸、硝酸等各种常见酸溶液和沸腾的王水中。目前关于氯铱酸制备技术公开报道的研究成果很少。

专利CN 106809887 A公开的一种氯铱酸的制备方法，该方法与目前生产中广泛采用的氯铱酸制备技术完全一致，具体工艺如下：①“高温氯化焙烧或碱熔焙烧—水浸或酸浸”制备氯铱酸盐溶液；②氯化铵沉铱制备氯铱酸铵固体；③洗涤氯铱酸铵除K⁺或Na⁺杂质离子；④王水溶解破铵制备氯铱酸稀溶液；⑤浓缩获得氯铱酸产品溶液。该方法存在以下缺点：①“高温氯化焙烧或碱熔焙烧—水浸或酸浸”制备氯铱酸盐溶液引入K⁺或Na⁺杂质离子；②采用氯化铵沉铱除K⁺或Na⁺离子，又带入了铵根离子；③需要多次洗涤氯铱酸铵沉淀，才能将K⁺或Na⁺离子降低到一定水平，无法完全除去外界引入的杂质离子；④流程长，操作复杂，处理量小，成本高，金属损耗大。

专利CN 107758752 A报道的氯铱酸制备方法，其将铱粉转化为水溶性氯铱酸盐的过程与专利CN 106809887 A公开的方法以及目前生产中广泛采用的方法完全一致，即“高温氯化焙烧—水浸或酸浸”，不同之处在于氯铱酸盐经碱溶液中和生成氢氧化铱，然后盐酸酸化生成氯铱酸。该方法存在以下问题：①焙烧温度更高，比专利CN 107758752 A报道的方法和生产中广泛采用方法高200℃～300℃，对设备要求更高，能耗更高；②氢氧化铱经盐酸酸化生成氯铱酸表述原理上不通，氢氧化物与盐酸发生中和反应，按原理应生成氯化物，未见发明人进一步阐述；③碱溶液中和过程仍向体系引入大量杂质阳离子(如钠离子)，仅对氢氧化物进行简单洗涤是无法完全去除的；④处理量小、流程长、操作复杂。

专利CN 102408134 B和专利CN 102408135 B其发明内容均提到了一种电化学方法制备氯铱酸溶液的过程：在U型电解池中加入盐酸和铱粉原料，在电机两端加载交流电，将铱粉直接溶解于盐酸中，即可得到氯铱酸溶液。该方法的缺点主要有：①处理量非常小，不适合工业生产；②电解过程无法在密封环境中进行，氯化氢挥发和阳极产生的氯气导致操作环境极其恶劣。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种氯铱酸的快速制备方法。该制备方法工艺简单、流程短、处理量大、效率高、操作环境友好，在不引入杂质离子的前提下直接将单质态铱粉转入溶液，并经该方法既适于科学研究，又可以在工业生产中推广。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种氯铱酸的快速制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、加压氧化溶解：将铱粉和盐酸加入反应釜中边搅拌边通入氯气，在釜内温度为100℃～200℃、釜压为0.1MPa～2MPa、以及搅拌转速为120r/min～200r/min的条件下反应3h～8h，反应结束后停止通入氯气；

步骤二、赶氯：步骤一中反应结束后将所述反应釜的釜压降至常压，然后往反应釜内分次加入浓盐酸，并在温度为70℃～90℃的条件下继续搅拌反应1h～5h,然后停止搅拌，冷却至室温后得到反应物；

步骤三、固液分离：将步骤二中得到的反应物进行固液分离，得到滤液和滤渣，所述滤液中存在三价铱和四价铱；

步骤四、氧化反应：将步骤三中得到的滤液和浓硝酸混合进行氧化反应，使滤液中的三价铱全部被氧化成四价铱，氧化反应结束后，得到氯铱酸溶液；

步骤五、浓缩：将步骤四中得到的氯铱酸溶液进行浓缩，得到氯铱酸产品。

本发明创造性地设计了一种氯铱酸生产的新工艺，采用全新的方法将铱粉溶解，铱粉由固态原子态转化成铱的离子态，离子态以三价铱和四价铱的形态存在，步骤一中铱粉、盐酸和氯气在反应釜中发生反应，大部分铱粉被氧化成三价铱和四价铱，步骤二中赶氯主要是为了步骤三中固液分离时能够在更安全环保的环境下进行，由于步骤一中通入的氯气部分被吸附于盐酸中，而且氯气是一种具有强烈刺激性气味的剧毒气体，具有窒息性，密度比空气大，并且主要通过呼吸道侵入人体并溶解在黏膜所含的水分里，会对上呼吸道黏膜造成损害。假设在进行固液分离时未进行步骤二中的赶氯操作，那么步骤三中挥发出来氯气容易沉积在空气下层，不易被排出，造成实验室空气污染，对实验操作人员的健康产生严重影响，因此在固液分离之前对步骤一中反应结束后的得到的反应液进行赶氯，通过减压和分次加入浓盐酸，使浓盐酸挥发时将氯气带走，用于除去反应液中大量吸附的氯气。步骤三中进行固液分离，得到的滤液中仅存在三价铱和四价铱，无其他金属杂质离子，在步骤四中三价铱与浓硝酸进行氧化反应，其中只有三价铱与浓硝酸反应，全部被氧化成四价铱，氧化反应的反应式为：IrCl₆ ^3-+2H⁺+NO^3-→IrCl₆ ^2-+H₂O+NO₂↑,因此经浓缩得到的氯铱酸产品的纯度高，中间反应过程中无其他杂质阳离子引入，并且固液分离得到的滤渣是未被氧化的铱粉，可再次投入下一次的反应中，整个制备过程中无原材料的浪费，工艺过程大大缩短，对于形成氯铱酸的工业化生产提供了新思路和新方法。

上述的一种氯铱酸的快速制备方法，其特征在于，步骤一中所述盐酸的质量浓度为15％～36％，所述铱粉的质量纯度大于99％，所述盐酸的体积与铱粉的质量的比为(2～8)：1，所述盐酸的体积单位为mL，铱粉的质量单位为g。

上述的一种氯铱酸的快速制备方法，其特征在于，步骤一中所述氯气的流量为200mL/min～800mL/min。

上述的一种氯铱酸的快速制备方法，其特征在于，步骤二中所述浓盐酸的质量浓度是36％～38％，加入所述浓盐酸的次数为2次～5次，每次加入浓盐酸的体积为步骤一中所述盐酸体积的1/8～1/4。

上述的一种氯铱酸的快速制备方法，其特征在于，步骤三中所述的固液分离的方法为真空抽滤或自然沉降。

上述的一种氯铱酸的快速制备方法，其特征在于，步骤四中所述浓硝酸的质量浓度是65％～68％，浓硝酸的用量为：每含1g铱的滤液中加入0.1mL～1mL浓硝酸，氧化反应的温度为70℃～90℃，时间为1h～3h。

上述的一种氯铱酸的快速制备方法，其特征在于，步骤五中所述浓缩的温度为60℃～80℃，真空度为-0.06MPa～-0.1MPa；所述氯铱酸产品中铱的质量含量为34.92％～35.12％。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、相比已报道的及目前生成中广泛应用的制备氯铱酸的方法中工序多达十步以上，涉及多种化学反应，操作复杂；本发明的制备过程仅仅五个操作步骤，且每个步骤操作简单，而且本发明原理简单，操作简单，能够快速地由铱粉制备出氯铱酸。

2、本发明制备氯铱酸的方法中铱粉一次被氧化的量大，铱粉由固态原子态转化成三价铱和四价铱的形态存在，铱粉一次性处理量及转化成水溶性离子态的转化率高，完全满足工业化生产需求，已报道的及目前生成中广泛应用的“高温氯化焙烧或碱熔焙烧—水浸或酸浸”法中单次处理量铱粉的质量小于500g，且一次转化率仅50％左右；该发明单次处理量可以根据反应釜容积大小从g级到kg级均可，且铱粉的一次溶解转化率大于70％，完全满足氯铱酸工业化制备原材料供应的需要，增加了氯铱酸产品的市场竞争力。

3、本发明操作过程在密闭环境中进行，环境友好，其制备过程中不引入杂质金属离子，得到的氯铱酸产品的品质高。

下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例快速制备氯铱酸的方法包括以下步骤：

步骤一、加压氧化溶解：将2kg铱粉和质量浓度为36％的盐酸加入反应釜中边搅拌边通入氯气，在反应釜的釜内温度为200℃、压力为2MPa、转速为200r/min的条件下搅拌反应3h，反应结束后停止通入氯气，所述氯气的流量为800mL/min；所述铱粉中铱的质量含量大于99.95％，所述盐酸的体积与铱粉的质量的比为8mL：1g；

步骤二、赶氯：步骤一中反应结束后，开启反应釜的泄压阀，将所述反应釜的釜压降至常压，并利用反应釜的负压系统将釜内温度降至70℃，然后分5次加入总体积为4L的浓盐酸，每次加0.8L浓盐酸，赶走游离的氯气，持续搅拌5h,然后停止搅拌，冷却至室温后得到反应物；

步骤三、固液分离：将步骤二中得到的反应物进行真空抽滤，得到滤液和滤渣，回收的滤渣的质量为0.1kg，说明步骤一中1.9kg的铱粉被氧化溶解，则铱粉的一次溶解转化率为94.7％，所述滤液中存在三价铱和四价铱，所述滤渣返回步骤一进行加压氧化溶解；

步骤四、氧化反应：将步骤三中得到的滤液和1.9L的浓硝酸加入反应釜中混合,在温度为90℃的条件下搅拌3h进行氧化反应，所述浓硝酸为市售购买的，质量浓度为67％，氧化反应使将所述滤液中的三价铱全部被氧化成四价铱，氧化反应结束后，得到氯铱酸溶液；

步骤五、浓缩：在真空度为-0.095MPa、温度为60℃的条件下浓缩步骤四中得到的氯铱酸溶液，得到5392.94g氯铱酸产品，经检测，所述氯铱酸产品中铱的质量含量为35.12％，该数值非常接近氯铱酸中铱的理论质量含量37.32％，说明氯铱酸产品的纯度较高。

实施例2

如图1所示，本实施例快速制备氯铱酸的方法包括以下步骤：

步骤一、加压氧化溶解：将2kg铱粉和质量浓度为25％的盐酸加入反应釜中边搅拌边通入氯气，在反应釜的釜内温度为150℃、压力为0.6MPa、转速为160r/min的条件下搅拌反应5h，反应结束后停止通入氯气，所述氯气的流量为500mL/min；所述铱粉中铱的质量含量大于99.95％，所述盐酸的体积与铱粉的质量的比为4mL：1g；

步骤二、赶氯：步骤一中反应结束后，开启反应釜的泄压阀，将所述反应釜的釜压降至常压，并利用反应釜的负压系统将釜内温度降至85℃，然后分3次加入总体积为1.5L的浓盐酸，每次加0.5L浓盐酸，赶走游离的氯气，持续搅拌3h,然后停止搅拌，冷却至室温后得到反应物；

步骤三、固液分离：将步骤二中得到的反应物进行真空抽滤，得到滤液和滤渣，回收的滤渣的质量为0.24kg，说明步骤一中1.76kg的铱粉被氧化溶解，则铱粉的一次溶解转化率为88.1％，所述滤液中存在三价铱和四价铱，所述滤渣返回步骤一进行加压氧化溶解；

步骤四、氧化反应：将步骤三中得到的滤液和880mL的浓硝酸加入反应釜中混合,在温度为80℃的条件下搅拌2h进行氧化反应，所述浓硝酸为市售购买的，质量浓度为65％，氧化反应使将所述滤液中的三价铱全部被氧化成四价铱，氧化反应结束后，得到氯铱酸溶液；

步骤五、浓缩：在真空度为-0.08MPa、温度为70℃的条件下浓缩步骤四中得到的氯铱酸溶液，得到5045.82g氯铱酸产品，经检测，所述氯铱酸产品中铱的质量含量为34.92％，该数值非常接近氯铱酸中铱的理论质量含量37.32％，说明氯铱酸产品的纯度较高。

实施例3

如图1所示，本实施例快速制备氯铱酸的方法包括以下步骤：

步骤一、加压氧化溶解：将2kg铱粉和质量浓度为15％的盐酸加入反应釜中边搅拌边通入氯气，在反应釜的釜内温度为100℃、压力为0.1MPa、转速为120r/min的条件下搅拌反应8h，反应结束后停止通入氯气，所述氯气的流量为200mL/min；所述铱粉中铱的质量含量大于99.95％，所述盐酸的体积与铱粉的质量的比为2mL：1g；

步骤二、赶氯：步骤一中反应结束后，开启反应釜的泄压阀，将所述反应釜的釜压降至常压，并利用反应釜的负压系统将釜内温度降至85℃，然后2次加入总体积为0.5L的浓盐酸，每次加入250mL浓盐酸，赶走游离的氯气，持续搅拌1h,然后停止搅拌，冷却至室温后得到反应物；

步骤三、固液分离：将步骤二中得到的反应物进行真空抽滤，得到滤液和滤渣，回收的滤渣的质量为0.54kg，说明步骤一中1.46kg的铱粉被氧化溶解，则铱粉的一次溶解转化率为73％，所述滤液中存在三价铱和四价铱，所述滤渣返回步骤一进行加压氧化溶解；

步骤四、氧化反应：将步骤三中得到的滤液和150mL的浓硝酸加入反应釜中混合，在温度为90℃的条件下搅拌1h进行氧化反应，所述浓硝酸为市售购买的，质量浓度为68％，氧化反应使将所述滤液中的三价铱全部被氧化成四价铱，氧化反应结束后，得到氯铱酸溶液；

步骤五、浓缩：在真空度为-0.06MPa、温度为80℃的条件下浓缩步骤四中得到的氯铱酸溶液，得到4175.70g氯铱酸产品，经检测，所述氯铱酸产品中铱的质量含量为35.06％，该数值非常接近氯铱酸中铱的理论质量含量37.32％，说明氯铱酸产品的纯度较高。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种氯铱酸的快速制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、加压氧化溶解：将铱粉和盐酸加入反应釜中边搅拌边通入氯气，在釜内温度为100℃～200℃、釜压为0.1MPa～2MPa、以及搅拌转速为120r/min～200r/min的条件下反应3h～8h，反应结束后停止通入氯气；所述盐酸的质量浓度为15％～36％，所述铱粉的质量纯度大于99％，所述盐酸的体积与铱粉的质量的比为(2～8)：1，所述盐酸的体积单位为mL，铱粉的质量单位为g；

步骤二、赶氯：步骤一中反应结束后将所述反应釜的釜压降至常压，然后往反应釜内分次加入浓盐酸，并在温度为70℃～90℃的条件下继续搅拌反应1h～5h,然后停止搅拌，冷却至室温后得到反应物；所述浓盐酸的质量浓度是36％～38％，加入所述浓盐酸的次数为2次～5次，每次加入浓盐酸的体积为步骤一中所述盐酸体积的1/8～1/4；

步骤三、固液分离：将步骤二中得到的反应物进行固液分离，得到滤液和滤渣，所述滤渣返回步骤一进行加压氧化溶解，所述滤液中存在三价铱和四价铱；

2.根据权利要求1所述的一种氯铱酸的快速制备方法，其特征在于，步骤一中所述氯气的流量为200mL/min～800mL/min。

3.根据权利要求1所述的一种氯铱酸的快速制备方法，其特征在于，步骤三中所述的固液分离的方法为真空抽滤或自然沉降。

4.根据权利要求1所述的一种氯铱酸的快速制备方法，其特征在于，步骤四中所述浓硝酸的质量浓度是65％～68％，浓硝酸的用量为：每含1g铱的滤液中加入0.1mL～1mL浓硝酸，氧化反应的温度为70℃～90℃，时间为1h～3h。

5.根据权利要求1所述的一种氯铱酸的快速制备方法，其特征在于，步骤五中所述浓缩的温度为60℃～80℃，真空度为-0.06MPa～-0.1MPa；所述氯铱酸产品中铱的质量含量为34.92％～35.12％。