CN109554553B - 一种废铑催化剂中铑的回收方法 - Google Patents
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Abstract
一种废铑催化剂中铑的回收方法,包括以下步骤:(1)在无氧条件下,将硫脲铑废料在中温范围内热解碳化分解,得到多孔的黑色混合物颗粒;(2)将步骤(1)得到的黑色混合物通入富氧空气氧化除去其中的碳及其他杂质元素,冷却得到含少量贱金属杂质的铑灰;(3)将步骤(2)得到的铑灰与氯化钾混合,通入氯气恒温反应,冷却得到氯铑酸钾混合物;(4)将步骤(3)得到的混合物在稀盐酸中搅拌溶解,过滤洗涤得到含铑的溶液和不溶物,溶解液和洗涤液合并;(5)将步骤(4)得到的混合溶液通过阳离子交换树脂柱,柱后液在搅拌下加入氢氧化钾得到黄色的氢氧化铑沉淀,过滤洗涤至无碱性金属离子为止;(6)将步骤(5)得到的氢氧化铑沉淀装入烧瓶内,加入浓盐酸加热溶解完全,转入蒸发皿中蒸发干固得到水合三氯化铑。
Description
技术领域
本发明涉及一种从硫脲铑废料中回收贵金属铑的方法,是关于均相反应的铑膦催化剂失效后用硫脲类化合物吸附沉淀得到的硫脲铑废料中回收贵金属铑的方法,属于贵金属回收技术领域。
背景技术
均相催化剂铑膦络合有机催化剂具有催化活性高、选择性好等优点,已广泛用于烯烃的氢甲酰化、羰基合成及芳族化合物的催化加氢等工业化生产过程中。在工业生产操作中,由于在反应过程中产生的各种高沸点副产物和原料中杂质的存在,而使铑膦均相催化剂失活,铑属于有价金属且价格昂贵,基于可持续发展的绿色化学和资源的循环利用考虑,必须对其中的铑进行回收再利用,因此能否环保、高效、经济地回收废催化剂中的铑对于工业化生产的持续进行极其重要。
以往的废铑催化剂中铑回收的方法有萃取法、燃烧法、氧化消解法、吸附分离法、沉淀法等,这些方法大都针对溶液中含量较低的铑如含千分级的铑废有机溶液。
其中的吸附分离法是采用无机物或离子交换树脂吸附分离其中的铑,如日本专利昭49-121793介绍的硅酸镁吸附铑-膦络合物,用苯、甲苯、乙苯等芳香烃洗除共吸附的高沸点有机物,用极性有机溶剂如四氢呋喃等洗脱铑,铑回收率大于91%。此方法回收过程污染严重,需处理废有机溶液和废水。中国专利CN1452605A介绍的用碱性离子交换树脂吸附铑后煅烧得到含铑的烧灰,此方法只能处理加氢甲酰化反应产物中回收铑,且只有部分铑被吸附到树脂中得到回收,树脂也不能循环再生。
其中的燃烧法是对废催化剂液进行燃烧去除有机组分来回收铑,该方法的优点是效率高,但是在燃烧过程中部分铑会测出或汽化而损失,使得铑回收率降低。如中国专利CN1176232C向催化剂废液中添加碱金属或碱土金属碳酸盐并在650℃~700℃下焚烧灰化,再与碱金属酸式硫酸盐熔融反应得到可溶性铑盐后电解回收铑,回收率可达96%以上;中国专利CN1088269A介绍的燃烧法是将含有机膦的铑废催化剂液与ⅠA或ⅡA族的碱性化合物混合后通空气在1000℃以下焚烧回收铑,回收率93%~99%,但此类方法需要添加大量的碱性化合物作为燃烧抑制剂,并在燃烧过程中形成盐,包括与废液中的磷形成磷酸盐,使得铑灰灰量大、铑含量低、杂质多,后续净化提纯工艺复杂化。中国专利CN1105786C通过严格的程序升温对铑的废有机溶液进行焚烧灰化来回收铑,回收率达99%以上,但该方法需要特殊设备进行程序升温,设备要求较高,焚烧时间较长,不利于工业放大生产。
其中氧化消解法是用无机酸和氧化剂对含铑的有机废液进行氧化消解分离铑与有机物,中国专利CN100575267C介绍了一种液相法从羰基合成废铑催化剂中回收铑的方法,回收率大于97%,但是该方法处理效率相对较低,过程涉及到高温消解,对于许多复杂的有机物会消解不完全、影响回收率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足,提供一种工艺简单、操作方便、经济环保、回收率高的废铑催化剂中铑的回收方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的:一种废铑催化剂中铑的回收方法,该回收方法包括以下步骤:
(1)在无氧条件下,将硫脲铑废料在中温400℃~800℃范围内热解碳化分解,得到多孔的黑色混合物颗粒,分解的废气则经二燃室高温焚烧后净化处理;
(2)将步骤(1)得到的黑色混合物通入富氧空气氧化除去其中的碳及其他杂质元素,冷却得到含少量贱金属杂质的铑灰;
(3)将步骤(2)得到的铑灰与氯化钾混合,通入氯气在500℃~800℃恒温反应,冷却得到氯铑酸钾混合物,其中每克铑加入0.5克~3克氯化钾,具体发生的化学反应方程式为:
2Rh+6KCl+Cl2=2K3RhCl6
(4)将步骤(3)得到的混合物在30℃~90℃的稀盐酸中搅拌溶解,过滤洗涤得到含铑的溶液和不溶物,不溶物重复步骤(3),溶解液和洗涤液合并;
(5)将步骤(4)得到的混合溶液通过阳离子交换树脂柱,柱后液在搅拌下加入氢氧化钾沉淀铑得到黄色的氢氧化铑沉淀,过滤洗涤至无碱性金属离子为止;
(6)将步骤(5)得到的氢氧化铑沉淀装入带有搅拌和回流装置的四口烧瓶内,加入浓盐酸加热溶解完全,转入蒸发皿中蒸发干固得到水合三氯化铑。
作为优选:
所述步骤(1)中,所述的无氧条件下加热升温至400℃~800℃后保温0.5~3h使硫脲铑废料碳化分解完全;
所述步骤(2)中,所述的富氧空气可以是空气或富含氧气的气体,氧化除碳等杂质元素的过程是在炉体余温下进行;
所述步骤(3)中,所述的氯化钾可以是碱金属氯化物的一种或者多种,碱金属氯化物的用量为其理论用量的1~3倍,中温氯化反应时间1~3h后冷却;
所述步骤(4)中,所述的稀盐酸可以是水或其他无机酸。
本发明的优点是:通过无氧热解废料,避免了焚烧过程中火焰夹带损失废料中的铑和氧化消解废料不完全的情况,提高了铑的回收率,回收制得的三氯化铑产品纯度大于99%,整个过程不涉及危险化学品,操作环境更好更安全。
本发明具有方法可靠,操作简单,成本低,并且金属回收率高等特点。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作详细的介绍:本发明所述的一种废铑催化剂中铑的回收方法,该回收方法包括以下步骤:
(1)在无氧条件下,将硫脲铑废料在中温400℃~800℃范围内热解碳化分解,得到多孔的黑色混合物颗粒,分解的废气则经二燃室高温焚烧后净化处理;
(2)将步骤(1)得到的黑色混合物通入富氧空气氧化除去其中的碳及其他杂质元素,冷却得到含少量贱金属杂质的铑灰;
(3)将步骤(2)得到的铑灰与氯化钾混合,通入氯气在500℃~800℃恒温反应,冷却得到氯铑酸钾混合物,其中每克铑灰加入1克~3克氯化钾,具体发生的化学反应方程式为:
2Rh+6KCl+Cl2=2K3RhCl6
(4)将步骤(3)得到的混合物在30℃~90℃的稀盐酸中搅拌溶解,过滤洗涤得到含铑的溶液和不溶物,不溶物重复步骤(3),溶解液和洗涤液合并;
(5)将步骤(4)得到的混合溶液通过阳离子交换树脂柱,柱后液在搅拌下加入氢氧化钾沉淀铑得到黄色的氢氧化铑沉淀,过滤洗涤至无碱性金属离子为止;
(6)将步骤(5)得到的氢氧化铑沉淀装入带有搅拌和回流装置的四口烧瓶内,加入浓盐酸加热溶解完全,转入蒸发皿中蒸发干固得到水合三氯化铑。
作为进一步的实施例:
本发明所述步骤(1)中,所述的无氧条件下加热升温至550℃~650℃后保温1~2h使硫脲铑废料碳化分解完全;
所述步骤(2)中,所述的富氧空气可以是空气或富含氧气的气体,氧化除碳等杂质元素的过程是在炉体余温下进行;
所述步骤(3)中,所述的氯化钾可以是碱金属氯化物的一种或者多种,碱金属氯化物的用量为其理论用量的1~1.5倍,中温氯化反应时间1~2h后冷却;
所述步骤(4)中,所述的稀盐酸可以是水或其他无机酸。
实施例1:
(1)称取硫脲铑废料5kg,组分分析结果为:含N29.36%,含C19.91%,含H4.54%,含S32.40%,含O10.40%,含Rh0.88%;将废料放在不锈钢托盘内并置入焚烧炉中,关闭炉门后用氮气将炉内空气赶净,升温到600℃并保温40min至无明显的白烟产生,即碳化分解完全;
(2)将步骤(1)得到的黑色碳化物通入富氧空气,待温度降至室温时取出焚烧残渣,得到368.5g残渣;
(3)将步骤(2)得到的残渣与370g氯化钾研磨混合后,转入管式炉内升温至600℃并通入氯气进行反应,得到氯铑酸钾混合物;
(4)将步骤(3)得到的反应产物加热水溶解完全,过滤洗涤后滤液和洗液合并,过滤渣重复步骤(3)4次后溶解完全;
(5)将步骤(4)得到的混合溶液缓慢通过阳离子交换树脂,经ICP检测柱后液中贱金属杂质含量合格后,加入氢氧化钾沉淀铑,过滤洗涤氢氧化铑沉淀至无钾离子;
(6)将步骤(5)得到的氢氧化铑固体加入到浓盐酸中,搅拌并升温至90℃反应1h溶解完全,将得到的溶液转入蒸发皿中浓缩蒸发干固,得到RhCl3·xH2O晶体109.79g,铑的回收率为98.56%。
实施例2:
(1)称取硫脲铑废料5kg,组分分析结果为:含N29.20%,含C20.22%,含H4.66%,含S31.19%,含O11.10%,含Rh0.81%;将废料放在不锈钢托盘内并置入焚烧炉中,关闭炉门后用氮气将炉内空气赶净,升温到550℃并保温55min至无明显的白烟产生,即碳化分解完全;
(2)将步骤(1)得到的黑色碳化物通入富氧空气,待温度降至室温时取出焚烧残渣,得到376.87g残渣;
(3)将步骤(2)得到的残渣与380g氯化钾研磨混合后,转入管式炉内升温至650℃并通入氯气进行反应,得到氯铑酸钾混合物;
(4)将步骤(3)得到的反应产物加热水溶解完全,过滤洗涤后滤液和洗液合并,过滤渣重复步骤(3)4次后溶解完全;
(5)将步骤(4)得到的混合溶液缓慢通过阳离子交换树脂,经ICP检测柱后液中贱金属杂质含量合格后,加入氢氧化钾沉淀铑,过滤洗涤氢氧化铑沉淀至无钾离子;
(6)将步骤(5)得到的氢氧化铑固体加入到浓盐酸中,搅拌并升温至95℃反应1h溶解完全,将得到的溶液转入蒸发皿中浓缩蒸发干固,得到RhCl3·xH2O晶体100.28g,铑的回收率为97.80%。
实施例3~6:重复实施例1的方法,将步骤(1)中的热解碳化温度分别设定为800℃、700℃、500℃和400℃,回收铑的结果如表1所示。
表1不同碳化分解温度下硫脲铑废料得到的铑回收结果
从实施例中的数据可以看出,无氧氛围下碳化分解的温度选择在400℃~800℃范围内,金属铑的回收率都比较高,温度越低所需要的分解时间越长,说明在此温度下废料中的杂质分解较为完全。
对比例1:为了说明本发明中碳化分解温度的重要性,在本例中,采用现有技术工艺方法,在本发明所述分解温度以外的其他温度下进行分解反应。取实施例(1)中的硫脲铑废料,只是将步骤(1)中的分解温度更改为900℃,其他操作步骤不变,得到RhCl3·xH2O为92.37g,铑的回收率为82.92%。取实施例(1)中的硫脲铑废料,只是将步骤(1)中的分解温度更改为300℃,分解时间长达4.5h,得到焚烧残渣1840.5g,残渣率高达36.81%,说明在此温度不能完全分解其中的有机物,对于后续工艺的进行有较大影响。
对比例2:为了说明本发明中碳化分解过程无氧条件的重要性,在本例中,采用现有技术工艺方法,在本发明所述分解温度有氧氛围下进行分解反应。取实施例(1)中的硫脲铑废料,只是将步骤(1)中的无氧条件更改为通入空气,其他操作步骤不变,得到RhCl3·xH2O为100.67g,铑的回收率为90.37%。说明在有氧条件下,分解过程中硫脲铑废料高温分解产物燃烧产生的火焰引起了物料的损失,从而导致金属铑的回收效果不是很理想。
Claims (1)
1.一种废铑催化剂中铑的回收方法,其特征在于,该回收方法包括以下步骤:
(1)在无氧条件下,将硫脲铑废料加热升温至400℃~800℃后保温0.5~3h,使硫脲铑废料碳化分解完全,得到多孔的黑色混合物颗粒,分解的废气则经二燃室高温焚烧后净化处理;
(2)将步骤(1)得到的黑色混合物通入富氧空气氧化除去其中的碳及其他杂质元素,冷却得到含少量贱金属杂质的铑灰;
(3)将步骤(2)得到的铑灰与氯化钾混合,通入氯气在500℃~800℃恒温反应,氯化反应时间1~3h后冷却,冷却得到氯铑酸钾混合物,其中每克铑加入0.5克~3克氯化钾,具体发生的化学反应方程式为:
2Rh+6KCl+3Cl2=2K3RhCl6
(4)将步骤(3)得到的混合物在30℃~90℃的稀盐酸中搅拌溶解,过滤洗涤得到含铑的溶液和不溶物,不溶物重复步骤(3),溶解液和洗涤液合并得到混合溶液;
(5)将步骤(4)得到的混合溶液通过阳离子交换树脂柱,柱后液在搅拌下加入氢氧化钾沉淀铑得到黄色的氢氧化铑沉淀,过滤洗涤至无碱性金属离子为止;
(6)将步骤(5)得到的氢氧化铑沉淀装入带有搅拌和回流装置的四口烧瓶内,加入浓盐酸加热溶解完全,转入蒸发皿中蒸发干固得到水合三氯化铑;
所述步骤(2)中,氧化除去其中的碳及其他杂质元素的过程是在炉体余温下进行。
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