CN114934180B - 一种富集氧化铝基废载钌催化剂中钌的方法 - Google Patents

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Abstract

一种富集氧化铝基废载钌催化剂中钌的方法，本发明采用酸性逆流浸出法，将氧化铝基废载钌催化剂在返回的盐酸溶液中进行一次酸性浸出，使其中的部分氧化铝溶解以实现钌的初步富集；一次酸性浸出所得浸出渣则加入新鲜的盐酸溶液进行二次酸性浸出，进一步使浸出渣中大部分氧化铝溶解，实现钌的二次富集，所得盐酸浸出液经过滤后返回一次酸性浸出；向一次酸性浸出液中加入沉淀剂实现溶液中钌的沉淀富集，沉淀后液则送往提铝工序。本发明铝的总浸出率大于88％，钌的沉淀率大于80％，浸出渣中钌富集9倍以上，整个工序钌的综合回收率大于98％。

Description

一种富集氧化铝基废载钌催化剂中钌的方法
技术领域
本发明涉及冶金领域中湿法冶金过程，是一种有效富集氧化铝载钌催化剂中钌的方法。
背景技术
钌(Ru)作为铂族金属元素家族的一员，在地壳中含量少、丰度低，其含量仅为1.0×10-9，是最稀有的金属元素之一。钌的主要用途之一为石油化工催化剂，大约45％的钌用于石油化工行业。钌催化剂通常使用的载体主要有氧化铝、活性炭等，其在使用过程中由于发生团聚或者中毒而失活报废，因此从废载钌催化剂中回收钌对于缓解我国当前钌资源紧张局面具有重要意义。
目前，钌的回收方法主要包括：直接氧化蒸馏法、碱熔融水浸分离法、火法回收法(李康博,肖发新,孙树臣,等.含钌废料回收钌工艺概况[J].贵金属, 2020,41(3):78-84；杨天足.贵金属冶金及产品深加工[M].长沙：中南大学出版社，2005年，786-791)。对于钌含量较高的原料，通常直接氧化蒸馏，这也是当前回收钌最经济有效、工业应用最成熟的方法。其基本原理是，基于四氧化钌 (RuO4)易挥发的特点，在酸性或碱性体系下，采用强氧化剂使钌生成四氧化物挥发出来，然后用盐酸和乙醇的混合溶液进行吸收，得到纯度很高的H3RuCl6溶液，浓缩烘干便得到水合三氯化钌产品。碱熔融水浸分离法是一种预处理方式，为了使钌与其他铂族金属元素等分开，并提高钌的蒸馏效果，首先将含钌物料经过过氧化钠熔融处理后，用水浸出熔融物，钌以Na2RuO4物相进入溶液中，过滤后得到黑红色溶液，该溶液可以直接进行蒸馏回收，也可加入乙醇后并用硫酸中和，产出Ru(OH)4沉淀物，再在酸性或碱性介质进行氧化蒸馏回收钌。钌的火法回收一种是在高温下直接通入氧气，使钌氧化，但通常只能得到RuO2，并不能有效分离钌和其他元素；另一种方法是将含钌物料与氯化钠混合后，在一定的温度下，向炉内通入氯气，使钌转化为易溶于水的氯钌酸钠，但在此过程中部分钌会挥发进入气相，同时如果原料中含有其他金属也会发生矿相转化，不利于钌与其他金属的富集。
这些钌的回收方法对于高含量的含钌物料，通常具有比较好的钌回收效果，或者对于处理钌与其他铂族金属共存的物料时，可以实现钌的分离与提取，但对于含钌偏低的废载钌催化剂，特别是氧化铝基废载钌催化剂，并不具有优势。这是因为，采用直接氧化蒸馏法处理氧化铝基废载钌催化剂时，所选择设备规格型号往往偏大，导致生产劳动强度大，所消耗酸较多，钌直收率偏低，同时氧化铝在碱性或酸性体系会发生溶解，原料中所含的少量活性钌在此过程也会发生溶解，导致后续两者分离困难，而所采用的氧化剂更会促使铝与钌的溶解，使这一问题扩大化；而采用熔融法，一般是采用氢氧化钠和过氧化钠这两种试剂混合均匀后，再与氧化铝基载钌催化剂混合焙烧，在此过程中氧化铝和钌都会发生矿相转化，生成易溶于水的铝酸钠和钌酸钠，再通过水浸出和氧化蒸馏的方法进行分离，该方法尽管钌蒸馏效率较高，但其缺点在于试剂成本较高，碱性试剂在高温下腐蚀性强，同时也存在进入溶液中的钌与铝分离困难等缺点。此外，火法回收法，如中温氯化法等，不能实现氧化铝与钌的分离，也不能实现钌的高效提取，因此限制了该方法在回收钌上的工业应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效富集氧化铝基废载钌催化剂中钌的方法。
本发明为了达到上述目的采用的技术方案是：将氧化铝基废载钌催化剂在返回的盐酸溶液中进行一次酸性浸出，使其中的部分氧化铝溶解以实现钌的初步富集；一次酸性浸出所得浸出渣则加入新鲜的盐酸溶液进行二次酸性浸出，进一步使浸出渣中大部分氧化铝溶解，实现钌的二次富集，所得盐酸浸出液经过滤后返回一次酸性浸出；向一次酸性浸出液中加入沉淀剂则可实现溶液中钌的沉淀富集，沉淀后液则送往提铝工序。
具体的工艺过程与技术参数如下：
1.一次酸性浸出
首先，将氧化铝基废载钌催化剂破碎和细磨至粒度范围为0.149mm以下，将其加入酸性浸出液中，酸性浸出液与氧化铝基废载钌催化剂的液固比(液体体积mL与氧化铝基废载钌催化剂质量g之比)为3～8：1，控制搅拌速度为 300～600rpm，常温下搅拌0.5～2h；接着，加入还原剂铝粉，铝粉的加入量为氧化铝基废载钌催化剂质量的0.01～0.02，升高反应温度至50～95℃，继续反应1～3h；反应完毕后，过滤、洗涤，得到一次浸出液和一次浸出渣。
2.二次酸性浸出
将一次浸出渣用新配置的3.0～7.0mol/L盐酸溶液进行酸浸，控制液固比(液体体积mL与一次浸出渣质量g之比)为5～10：1，酸浸时间为0.5～3.0h，酸浸温度为50～95℃，搅拌速度为300～600rpm；反应完毕后，过滤、洗涤后得到酸性浸出液和酸性浸出渣；酸性浸出液返回一次酸浸工序继续使用，酸性浸出渣则送往提钌工序。
3.钌沉淀
向一次浸出液中加入氢氧化钠调节溶液pH至0.5～3.0之间，之后加入甲醛次硫酸氢钠，控制其加入质量为溶液中钌质量的3～10：1，反应温度为60～90℃，反应时间为15～60min，搅拌速度为300～600rpm。反应完成后，过滤洗涤烘干，得到钌沉淀。
一次酸性浸出所述的酸性浸出液为盐酸溶液，完全来自二次酸性浸出的酸性浸出液。
所述的氢氧化钠、盐酸、铝粉、甲醛次硫酸氢钠均为工业级试剂。
所述的氧化铝基废载钌催化剂中，元素质量百分含量为：Al 49％～53％、Ru0.04％～6.0％。
本发明相对于传统的氧化铝基废载钌催化剂回收处理方法，具有以下优点： (1)采用酸性逆流浸出，显著提高了氧化铝的浸出率，铝的总浸出率大于88％，酸性浸出渣中钌含量相对于原料中的钌富集9倍以上，实现了载体与钌的定向分离，达到高效富集钌的目的；(2)一次酸性浸出时加入铝粉，可显著降低一次浸出液中钌浓度至小于50mg/L，继续向一次浸出液中加入甲醛次硫酸氢钠作为沉淀剂，进一步实现了溶液中钌的沉淀回收，钌的沉淀率大于80％，整个工序钌的综合回收率达到98％以上；(3)本发明具有清洁环保、能耗低、钌回收率高等优点。
附图说明
图1：本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
催化剂主要成分：Al 52.58％、Ru 0.64％。
工业级氢氧化钠，其NaOH含量≥96％；工业级盐酸，其HCl含量为36％～38％；工业级铝粉，其Al含量≥95％；工业级甲醛次硫酸氢钠，其CH3NaO3S·xH2O 含量≥95％。
取细磨后粒度小于0.149mm的氧化铝基废载钌催化剂10g，将其加入80ml 返回的酸性浸出液(来自上一批次的二次酸性浸出工序)中，该酸性浸出液成分为：Al 27.13g/L，Ru 45.86mg/L。控制搅拌速度为600rpm，常温下反应0.5h，然后再取0.1g的铝粉加入该溶液中，并升高温度至60℃,继续反应2.0h；反应完毕后，过滤洗涤，滤液和洗液合并，共得到一次浸出液147ml，以及获得一次浸出渣7.93g。一次浸出液成分为：Al 22.17g/L,Ru40.12mg/L。其中一次酸性浸出渣渣率为79.33％，一次酸性浸出渣中Ru的含量的为0.70％。
取上述一次酸性浸出渣5g,用50ml 6mol/L盐酸溶液进行二次酸性浸出，酸浸时间为2.5h，酸浸温度为95℃，搅拌速度为600rpm；反应完毕后，过滤洗涤，滤液和洗液合并，共得到酸性浸出液87ml和酸性浸出渣0.51g。酸性浸出液成分为：Al 27.13g/L，Ru 45.86mg/L。酸性浸出渣的渣率为10.20％，其中钌的含量为6.10％。铝的总浸出率(相对于原料)为89.80％；钌被富集在酸性浸出渣中，富集了9.53倍。酸性浸出渣可进一步提取钌。
取100ml一次浸出液向其中加入适量氢氧化钠至溶液pH为2.61，再加入甲醛次硫酸氢钠35.00mg，控制反应温度为80℃，搅拌速度400rpm，反应时间20min，反应完毕后，过滤洗涤，得到滤液132ml和沉淀渣3.42mg。滤液成分为： Al 16.80g/L,Ru 4.48mg/L。钌的沉淀率为85.24％，钌的综合回收率为99.07％。
实施例2
催化剂主要成分：Al 52.09％、Ru 1.20％。
工业级氢氧化钠，其NaOH含量≥96％；工业级盐酸，其HCl含量为36％～38％；工业级铝粉，其Al含量≥95％；工业级甲醛次硫酸氢钠，其CH3NaO3S·xH2O 含量≥95％。
取细磨后粒度小于0.149mm的氧化铝基废载钌催化剂92g，将其加入700ml 返回的酸性浸出液(来自上一批次的二次酸性浸出工序)中，该酸性浸出液成分为：Al 32.13g/L，Ru 23.04mg/L。控制搅拌速度为500rpm，常温下反应1h，然后再取1.82g的铝粉加入该溶液中，并升高温度至70℃,继续反应3h；反应完毕后，过滤洗涤，滤液和洗液合并，共得到一次浸出液813ml，以及获得一次浸出渣72.61g。一次浸出液成分为：Al 40.08g/L,Ru 48.25mg/L。其中一次酸性浸出渣渣率为78.92％，一次酸性浸出渣中Ru的含量的为1.31％。
取上述一次酸性浸出渣49g,用470ml 5mol/L盐酸溶液进行二次酸性浸出，酸浸时间为3.0h，酸浸温度为90℃，搅拌速度为500rpm；反应完毕后，过滤洗涤，滤液和洗液合并，得到酸性浸出液714ml和酸性浸出渣4.97g。酸性浸出液成分为：Al 32.13g/L，Ru 23.04mg/L。酸性浸出渣的渣率为10.14％，其中钌的含量为11.51％。铝的总浸出率(相对于原料)为89.86％；钌被富集在酸性浸出渣中，富集了9.59倍。酸性浸出渣可进一步提取钌。
取200ml一次浸出液向其中加入适量氢氧化钠至溶液pH为2.49，再加入甲醛次硫酸氢钠95mg，控制反应温度为60℃，搅拌速度500rpm，反应时间40min，反应完毕后，过滤洗涤，得到滤液247ml和沉淀渣7.91mg。滤液成分为：Al 32.45 g/L,Ru 7.03mg/L。钌的沉淀率为82.01％，钌的综合回收率为99.84％。

Claims (3)

1.一种富集氧化铝基废载钌催化剂中钌的方法，其特征在于包括以下步骤：
A.一次酸性浸出
将氧化铝基废载钌催化剂破碎和细磨至粒度范围为0.149mm以下，将其加入酸性浸出液中，控制酸性浸出液与氧化铝基废载钌催化剂的液固比，即液体体积mL与氧化铝基废载钌催化剂质量g之比为3～8：1，搅拌速度为300～600rpm，常温下搅拌0.5～2h；接着，加入还原剂铝粉，铝粉的加入量为氧化铝基废载钌催化剂质量的0.01～0.02，升高反应温度至50～95℃，继续反应1～3h；反应完毕后，过滤、洗涤，得到一次浸出液和一次浸出渣；
B.二次酸性浸出
将一次浸出渣用新配置的3.0～7.0mol/L盐酸溶液进行酸浸，控制液固比，即液体体积mL与一次浸出渣质量g之比为5～10：1，酸浸时间为0.5～3.0h，酸浸温度为50～95℃，搅拌速度为300～600rpm；反应完毕后，过滤、洗涤后得到酸性浸出液和酸性浸出渣；酸性浸出液返回A步骤循环使用，酸性浸出渣则送往提钌工序；
C.钌沉淀
向一次浸出液中加入氢氧化钠调节溶液pH至0.5～3.0之间，之后加入甲醛次硫酸氢钠，控制其加入质量为溶液中钌质量的3～10：1，反应温度为60～90℃，反应时间为15～60min，搅拌速度为300～600rpm，反应完成后，过滤洗涤烘干，得到钌沉淀。
2.如权利要求1所述的富集氧化铝基废载钌催化剂中钌的方法，其特征在于：所述的氢氧化钠、盐酸、铝粉、甲醛次硫酸氢钠均为工业级试剂。
3.如权利要求1所述的富集氧化铝基废载钌催化剂中钌的方法，其特征在于：所述的氧化铝基废载钌催化剂中，元素质量百分含量为：Al 49％～53％、Ru0.04％～6.0％。
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