EP2150497A2 - Method for the recovery of ruthenium from a supported catalyst material containing ruthenium - Google Patents

Method for the recovery of ruthenium from a supported catalyst material containing ruthenium

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EP2150497A2
EP2150497A2 EP08735260A EP08735260A EP2150497A2 EP 2150497 A2 EP2150497 A2 EP 2150497A2 EP 08735260 A EP08735260 A EP 08735260A EP 08735260 A EP08735260 A EP 08735260A EP 2150497 A2 EP2150497 A2 EP 2150497A2
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EP
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ruthenium
chloride
catalyst
catalyst material
content
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08735260A
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German (de)
French (fr)
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Michel Haas
Peter Weuta
Aurel Wolf
Oliver Felix-Karl SCHLÜTER
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Covestro Deutschland AG
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Bayer MaterialScience AG
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Publication date
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Definitions

  • Ruthenium and ruthenium compounds are often components of catalysts, but are not limited to this application.
  • ruthenium oxide, ruthenium mixed oxide, ruthenium chloride, ruthenium oxide chlorides and metallic ruthenium, supported or unsupported are used in many applications, i.a. a. Catalysis, used.
  • Ruthenium compounds are also often used in electrocatalytic processes or in heterogeneous catalysis.
  • the ruthenium component may in particular be metallic ruthenium and also ruthenium chloride, ruthenium oxide or a chlorine-containing ruthenium oxide species.
  • EP 424 776 B1 describes a method in which the purification of an aqueous ruthenium-containing solution, in the form of alkali ruthenate, is carried out by oxidation with ozone at a pH above 8 to ruthenium tetroxide.
  • a particular disadvantage is the associated considerable procedural expense of an at least two-stage process (first transfer of the Ru-containing starting compound in an alkali ruthenate, then conversion of this ruthenate in RuO 4 ).
  • EP 1 026 283 A1 describes a method for the purification of metallic ruthenium powder in order to produce highly pure metallic ruthenium sputtering targets.
  • the ruthenium is placed in a sodium hydroxide solution and then reacts with addition of ozone or chlorine-containing gas to Rutheniumtetroxid.
  • Ruthenium tetroxide is absorbed in the next step in HCl or HCl / ammonium chloride and dried under a hydrogen atmosphere.
  • the metallic ruthenium powder thus obtained can then be pressed to a target.
  • a particular disadvantage is the high chlorine consumption typical for the implementation of the process.
  • EP 1 072 690 describes a method for ruthenium work-up in the gas phase in the HCl stream and JP 01 142040 represents a procedure in which ruthenium is expelled with chlorine in a reducing atmosphere at 600 0 C - 1200 0 C.
  • the invention utilizes the effect that ruthenium compounds which are not in solution form volatile ruthenium tetroxide (RUCM) at elevated temperature in an oxygen-containing atmosphere.
  • RUCM volatile ruthenium tetroxide
  • the known methods have the disadvantage that they are difficult to apply to oxide-based catalysts.
  • additional digestion would have to occur. This can be done after partially known often carried out in aggressive media such as nitrate or chlorate melt at high temperatures digestion process, which materially means a major challenge.
  • the disadvantages of known digestion methods can be partially avoided in particular by pretreatment by means of reducing agents.
  • the invention relates, on the one hand, to a process for the recovery of ruthenium in the form of ruthenium halide, in particular ruthenium chloride, from a ruthenium-containing supported catalyst material having at least the following steps:
  • Suitable oxidizing agents are preferably oxygen-containing mineral salts, in particular nitrates, chlorates, perchlorates, peroxodisulfates, permanganates, peroxides, chromates, dichromates of alkali metals or alkaline earth metals, in particular of alkali metals.
  • the oxidizing agents may also be present in any mixtures / combinations.
  • the substances used for the oxidation of the ruthenium compounds in particular chlorates, nitrates, peroxides, peroxodisulfates or mixtures thereof by appropriate amounts of alkali metal hydroxide or alkali metal carbonate or mixtures thereof
  • commercially available materials such as steel or nickel can be used as the construction material for the reactors for the digestion become. Due to the relatively simple construction the reactors ('tanks') is a possible replacement after appropriate operating time associated with acceptable cost.
  • Crucial for the economy of this digestion process is the preferred use of oxidants, which can be disposed of relatively easily after completion of the melt digestion from an ecological point of view. For example, it is preferable to use chlorates, peroxides or peroxodisulfates - these substances are finally converted into chlorides, hydroxides or sulfates as part of the melt digestion process.
  • the ruthenium can be dissolved with acid with addition of an oxidizing agent and separated in a further process stage as RuO 4 .
  • the invention further provides a process for the recovery of ruthenium in the form of ruthenium halide, in particular ruthenium chloride, from a ruthenium-containing supported catalyst material having at least the following steps:
  • the digestion is carried out with a further purification step c) to improve the content of e.g. to reach Fe, Cu or Pt.
  • a further purification step c) to improve the content of e.g. to reach Fe, Cu or Pt.
  • the proportion of oxygen in the digestion gas during digestion a ') is 1 to 30% by volume, in particular 2 to 20% by volume, and the content of chlorine is up to 95% by volume.
  • the content of hydrogen chloride is up to 95% by volume and the content of ozone is up to 20% by volume.
  • the catalyst material originates from a used catalyst for the gas phase oxidation of hydrogen chloride with oxygen or a used electrode material for the electrolysis.
  • the catalyst material as support material is a material from the series: tin dioxide, silica, graphite, titanium, titanium dioxide with rutile or anatase structure, zirconium dioxide, alumina, silica, carbon nanotubes, nickel , Nickel oxide, silicon carbide and tungsten carbide or mixtures thereof, preferably tin dioxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, aluminum oxide.
  • the catalyst material contains ruthenium as metal or in the form of a ruthenium compound selected from the series: ruthenium oxide, ruthenium chloride and ruthenium oxychloride.
  • the purification c) in both aforementioned methods characterized in that the crude solution of a purification by means of ion exchange, recrystallization and in particular by expelling gaseous Rutheniumtetraoxid.
  • ruthenium halide recovered in step d), in particular ruthenium chloride is reused for the preparation of new catalyst or electrode material, in particular as ruthenium, ruthenium oxide, ruthenium chloride or ruthenium oxychloride catalyst on one Carrier or as electrode coating.
  • the content of ruthenium in the catalyst material is typically up to 10 wt .-%, in particular 1 to 5 wt .-%, particularly preferably 1.5 to 4 wt .-%.
  • the content of ruthenium in the coating of the electrode material is typically up to 50 wt .-%, in particular 30 to 45 wt .-%, particularly preferably 35 to 40 wt .-%.
  • the expelled ruthenium can then be absorbed in a solution and processed further.
  • a hydrochloric acid solution in which the ruthenium compound can be converted to ruthenium chloride is suitable.
  • Ruthenium chloride is a type of compound that is particularly preferred for the preparation of catalysts.
  • the ruthenium salt (in particular RuCh) formed by absorption of RuO 4 in mineral acid has a very high purity, which is necessary for the use of RuCb as starting material for catalyst preparation, in particular for the deacon process or electrolysis. having.
  • the ruthenium salt, in particular ruthenium chloride, obtainable by the preferred processes has as traces in total a content of Si, Ca, Mg and Al of at most 220 ppm, more preferably of at most 150 ppm, a content of Rh, Ir, Pt and Pd in the Sum of at most 250 ppm, more preferably of at most 150 ppm, a content of Cu of at most 25 ppm, more preferably of at most 15 ppm and a content of K, Na, Fe of in each case at most 125 ppm, more preferably of at most 100 ppm ,
  • the supported ruthenium compound can be used here. This pre-cleaning then allows a more efficient expulsion of the ruthenium compound in that the precious metal is made more accessible, and in the subsequent step a simplified purification of the precious metal.
  • Such a method provides a significant advantage, since the ejection times of ruthenium are significantly reduced.
  • the ruthenium does not need to be solubilized in a previous step, an expense which is not negligible.
  • it is a very environmentally friendly and economical method, since no melting salts are used by dispensing with the carrier digestion. The costs of these molten salts are not insignificant because they must then be disposed of costly and expensive.
  • Ruthenium-containing electrode material can be used without prior separation of the ruthenium-containing component in the process according to the invention or, after separation, ruthenium-containing component.
  • mechanical methods such as sandblasting with aluminates or silicates, etc., as well as chemical methods can be used.
  • the separated from the electrode coating remains and it requires further purification because of foreign bodies from the previous sandblasting.
  • the ruthenium recovered by the process according to the invention can subsequently be used again in the preparation of catalysts or electrodes.
  • the invention therefore furthermore relates to the use of the recovered ruthenium compound obtained as a catalyst or electrode material, in particular as a ruthenium, ruthenium oxide, ruthenium chloride or ruthenium oxide chloride catalyst, on a support or as an electrode coating.
  • the ruthenium compound recovered by the process according to the invention is particularly preferably reused in the catalytic process known as the Deacon process.
  • hydrogen chloride is oxidized with oxygen in an exothermic equilibrium reaction to chlorine, whereby water vapor is obtained.
  • the reaction temperature is usually 150 to 50O 0 C, the usual reaction pressure is 1 to 25 bar. Since it is an equilibrium reaction, it is expedient to work at the lowest possible temperatures at which the catalyst still has sufficient activity.
  • oxygen in excess of stoichiometric amounts of hydrogen chloride. For example, a two- to four-fold excess of oxygen is customary. Since no loss of selectivity is to be feared, it may be economically advantageous to work at relatively high pressure and, accordingly, longer residence time than normal pressure.
  • Suitable preferred catalysts for the Deacon process usually include ruthenium oxide, ruthenium chloride, ruthenium oxide chloride or other ruthenium compounds supported on silica, alumina, titania or zirconia. Suitable catalysts can be obtained, for example, by applying ruthenium chloride to the support and then drying or drying and calcining. In addition to the ruthenium compound, suitable catalysts may also contain compounds of other noble metals, for example gold, palladium, platinum, osmium, iridium, silver, copper or rhenium. Suitable catalysts may additionally contain chromium oxide.
  • the catalytic hydrogen chloride oxidation may preferably be adiabatic or isothermal or approximately isothermal, batchwise, but preferably continuously or as a fixed bed process, preferably as a fixed bed process, particularly preferably in tube bundle reactors to heterogeneous catalysts at a reactor temperature of 180 to 500 0 C, preferably 200 to 400 0th C, more preferably 220 to 35O 0 C and a pressure of 1 to 25 bar (1000 to 25000 hPa), preferably 1.2 to 20 bar, more preferably 1.5 to 17 bar and in particular 2.0 to 15 bar are performed ,
  • Typical reactors in which the catalytic hydrogen chloride oxidation is carried out are fixed bed or fluidized bed reactors.
  • the catalytic hydrogen chloride oxidation can preferably also be carried out in several stages.
  • a further preferred embodiment of a device suitable for the method consists in using a structured catalyst bed in which the catalyst activity increases in the flow direction.
  • Such structuring of the catalyst bed can by different impregnation of the catalyst support with active material or by different dilution of the catalyst with an inert material.
  • an inert material for example, rings, cylinders or balls of titanium dioxide, zirconium dioxide or mixtures thereof, alumina, steatite, ceramic, glass, graphite or stainless steel can be used.
  • the inert material should preferably have similar external dimensions.
  • Suitable shaped catalyst bodies are shaped bodies with any desired shapes, preference being given to tablets, rings, cylinders, stars, carriage wheels or spheres, particular preference being given to rings, cylinders or star strands as molds.
  • Ruthenium compounds or copper compounds on support materials are particularly suitable as heterogeneous catalysts, preference being given to optionally doped ruthenium catalysts.
  • suitable novel carrier materials are tin dioxide, silicon dioxide, graphite, rutile or anatase titanium dioxide, zirconium dioxide, aluminum oxide or mixtures thereof, preferably tin dioxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, aluminum oxide or mixtures thereof, particularly preferably ⁇ - or ⁇ -aluminum oxide or their mixtures mixtures.
  • the copper or ruthenium catalysts can be preferably obtained in the form of their chlorides for example by impregnating the support material with aqueous solutions of CuCl or RuCl ⁇ 3 and optionally a promoter for doping.
  • the shaping of the catalyst can take place after or preferably before the impregnation of the support material.
  • the catalysts are suitable as promoters alkali metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium, preferably lithium, sodium and potassium, more preferably potassium, alkaline earth metals such as magnesium, calcium, strontium and barium, preferably magnesium and calcium, particularly preferably magnesium, Rare earth metals such as scandium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium and neodymium, preferably scandium, yttrium, lanthanum and cerium, more preferably lanthanum and cerium, or mixtures thereof.
  • alkali metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium, preferably lithium, sodium and potassium, more preferably potassium, alkaline earth metals such as magnesium, calcium, strontium and barium, preferably magnesium and calcium, particularly preferably magnesium, Rare earth metals such as scandium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium and neodymium, preferably scandium, yt
  • the moldings can then be dried at a temperature of 100 to 400 0 C, preferably 100 to 300 0 C, for example, under a nitrogen, argon or air atmosphere and optionally calcined.
  • the moldings are first dried at 100 to 150 0 C and then calcined at 200 to 400 0 C.
  • the conversion of hydrogen chloride in a single pass may preferably be limited to 15 to 90%, preferably 40 to 85%, particularly preferably 50 to 70%. Unreacted hydrogen chloride can be partially or completely separated into the catalytic after separation Hydrogen chloride oxidation can be attributed.
  • the volume ratio of hydrogen chloride to oxygen at the reactor inlet is preferably 1: 1 to 20: 1, preferably 2: 1 to 8: 1, particularly preferably 2: 1 to 5: 1.
  • the separation step usually comprises several stages, namely the separation and optionally recycling of unreacted hydrogen chloride from the product gas stream of the catalytic hydrogen chloride oxidation, the drying of the obtained, substantially chlorine and oxygen-containing stream and the separation of chlorine from the dried stream.
  • the catalyst bed was heated constantly at 682 ° C, the silicon dioxide particles subject to a temperature gradient of> 532 0 C between
  • Example 1 shows that optionally O 2 should be used together with HCl.
  • the chlorine-containing atmosphere (Cl 2 and / or HCl) promotes a significantly stronger downforce of the RuO 4 .
  • Example 3 The decomposition method of an oxidic Ru catalyst shown in Example 3 provided a still comparatively small recovery rate. Therefore, an upstream reduction with hydrogen was used, which caused a considerable increase in the recovery rate.
  • ruthenium oxide chloride catalyst (SnO 2 or TiO 2 - supported) with a gas mixture of 4% H 2 /96% N 2 at 550 0 C for 2 h and at least partially reduced to metallic Ru.
  • the catalyst thus treated was digested with HCl / NaClO 3 analogously to Example 3.
  • the yield obtained after analysis of the HCl wash bottle gave 74 and 65%, respectively (SnO 2 and TiO 2 - supported).
  • the catalyst support had been dissolved only to a small extent and had an almost white color. In the clear supernatant of the digestion solution in each case 1% of the amount of ruthenium contained on the catalyst were found again (SnO 2 - or TiO 2 carrier).
  • the melt cake was placed in a three necked flask with reflux condenser; Dropping funnel, N 2 - feed (0.25 1 / min) transferred.
  • the output of the three-necked flask was connected to two wash bottles - the attached N 2 purge was passed through the wash bottles.
  • the first was filled with 15 wt .-% hydrochloric acid, the second with 15 wt .-% sodium hydroxide solution.
  • the contents of the three-necked flask were refluxed for about 2 hours with N 2 feed, then cooled with N 2 purge, and a sample of the clear supernatant was drawn.
  • Example 5 was repeated with a weight of 5 g NaOH / 4 g Na 2 CO 3 instead of 9 g NaOH -
  • the procedure and the work-up were carried out analogously to Example 5.

Abstract

The invention relates to a method for the recovery of ruthenium in the form of ruthenium halide, in particular ruthenium chloride from a supported catalyst material containing ruthenium, comprising at least the following steps: a) chemical decomposition of the catalyst material, b) production of a crude ruthenium salt solution, c) purification of the crude ruthenium salt solution and optional expulsion of gaseous ruthenium tetraoxide from said solution, d) subsequent treatment of the purified ruthenium compound contained in c), in particular the ruthenium tetraoxide with hydrogen halide or hydrohalic acid to obtain ruthenium halide, or in particular with hydrogen chloride or hydrochloric acid to obtain ruthenium chloride.

Description

Verfahren zur Rückgewinnung von Ruthenium aus einem rutheniumhaltigen geträgerten Katalvsatormaterial Process for the recovery of ruthenium from a ruthenium-containing supported catalyst material
Ruthenium und Ruthenium-Verbindungen sind häufig Bestandteile von Katalysatoren, beschränken sich aber nicht auf diese Anwendung. Insbesondere Rutheniumoxid, Rutheniummischoxid, Rutheniumchlorid, Rutheniumoxidchloride und metallisches Ruthenium, geträgert oder ungeträgert, werden bei vielen Anwendungen, u. a. Katalyse, eingesetzt. Rutheniumverbindungen werden oft auch bei elektrokatalytischen Prozessen oder bei der heterogenen Katalyse eingesetzt.Ruthenium and ruthenium compounds are often components of catalysts, but are not limited to this application. In particular, ruthenium oxide, ruthenium mixed oxide, ruthenium chloride, ruthenium oxide chlorides and metallic ruthenium, supported or unsupported, are used in many applications, i.a. a. Catalysis, used. Ruthenium compounds are also often used in electrocatalytic processes or in heterogeneous catalysis.
Die Rutheniumkomponente kann insbesondere metallisches Ruthenium sein sowie Rutheniumchlorid, Rutheniumoxid oder eine chlorhaltige Ruthenium Oxid Spezies.The ruthenium component may in particular be metallic ruthenium and also ruthenium chloride, ruthenium oxide or a chlorine-containing ruthenium oxide species.
Angesichts der Seltenheit des Rutheniums, stellt eine Rückgewinnung dieses Edelmetalls und deren Verbindungen eine interessante Alternative zum Neukauf des Edelmetalls dar. Insbesondere bei industriell angewendeten Katalysatoren und Elektroden ist diese Herangehensweise von ganz besonderem wirtschaftlichem Vorteil, da Katalysatoren und Elektroden für diese Anwendungen nennenswerte Mengen an Ruthenium enthalten können.In view of the rarity of ruthenium, recovery of this precious metal and its compounds is an interesting alternative to re-buying the precious metal. Especially for industrially applied catalysts and electrodes, this approach is of very particular economic advantage, since catalysts and electrodes for these applications have appreciable amounts of ruthenium can contain.
In einigen Patent- und Offenlegungsschriften werden bekannte Herangehensweisen für die Reinigung von Rutheniumverbindungen beschrieben. Diese sind aber im Allgemeinen unzureichend effizient oder großtechnisch nicht umsetzbar.Some patent and published patent applications describe well-known approaches to the purification of ruthenium compounds. However, these are generally insufficiently efficient or industrially unworkable.
In der EP 424 776 Bl ist eine Methode beschrieben, in der die Aufreinigung einer wässrigen rutheniumhaltigen Lösung, in der Form von Alkaliruthenat, über eine Oxidation mit Ozon bei einem pH- Wert oberhalb von 8 zu Rutheniumtetroxid durchgeführt wird. Besonderer Nachteil ist der hiermit verbundene erhebliche prozesstechnische Aufwand eines mindestens zweistufigen Prozesses (zuerst Überführung der Ru-haltigen Ausgangsverbindung in ein Alkaliruthenat, dann Konvertierung dieses Ruthenats in RuO4).EP 424 776 B1 describes a method in which the purification of an aqueous ruthenium-containing solution, in the form of alkali ruthenate, is carried out by oxidation with ozone at a pH above 8 to ruthenium tetroxide. A particular disadvantage is the associated considerable procedural expense of an at least two-stage process (first transfer of the Ru-containing starting compound in an alkali ruthenate, then conversion of this ruthenate in RuO 4 ).
EP 1 026 283 Al schildert eine Methode bei der die Aufreinigung von metallischem Ruthenium Pulver um hochreine metallische Ruthenium Sputtertargets herzustellen. Dabei wird das Ruthenium in eine Natriumhydroxid Lösung gegeben und reagiert anschließend unter Zugabe Ozon- oder Chlorhaltigem Gas zu Rutheniumtetroxid. Rutheniumtetroxid wird im nächsten Schritt in HCl bzw. HCl/Ammoniumchlorid absorbiert und unter Wasserstoffatmosphäre getrocknet. Das so erhaltene metallische Rutheniumpulver kann dann zu einem Target gepresst werden. Besonderer Nachteil ist der für die Umsetzung des Verfahrens typische hohe Chlorverbrauch. EP 1 072 690 beschreibt eine Methode zur Rutheniumaufarbeitung in der Gasphase im HCl-Strom und JP 01 142040 stellt eine Vorgehensweise dar, bei der Ruthenium mit Chlor in einer reduzierenden Atmosphäre bei 600 0C - 1200 0C ausgetrieben wird.EP 1 026 283 A1 describes a method for the purification of metallic ruthenium powder in order to produce highly pure metallic ruthenium sputtering targets. The ruthenium is placed in a sodium hydroxide solution and then reacts with addition of ozone or chlorine-containing gas to Rutheniumtetroxid. Ruthenium tetroxide is absorbed in the next step in HCl or HCl / ammonium chloride and dried under a hydrogen atmosphere. The metallic ruthenium powder thus obtained can then be pressed to a target. A particular disadvantage is the high chlorine consumption typical for the implementation of the process. EP 1 072 690 describes a method for ruthenium work-up in the gas phase in the HCl stream and JP 01 142040 represents a procedure in which ruthenium is expelled with chlorine in a reducing atmosphere at 600 0 C - 1200 0 C.
Die Erfindung nutzt in einer Variante den Effekt, dass Rutheniumverbindungen, die nicht in Lösung vorliegen, bei erhöhter Temperatur in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre leichtflüchtiges Rutheniumtetroxid (RUCM) bilden. Eine solche Methode hätte den erheblichen Vorteil, dass das Ruthenium nicht zuerst in Lösung gebracht werden müsste. Allerdings findet diese Reaktion in Gegenwart von Sauerstoff nur sehr langsam statt und ermöglicht keine wirtschaftlichen Umsetzbarkeit durch die viel zu langen Verdampfungszeiten bei sehr hohen Temperaturen.In a variant, the invention utilizes the effect that ruthenium compounds which are not in solution form volatile ruthenium tetroxide (RUCM) at elevated temperature in an oxygen-containing atmosphere. Such a method would have the considerable advantage that the ruthenium would not have to be dissolved first. However, this reaction takes place only very slowly in the presence of oxygen and does not allow economic feasibility by the much too long evaporation times at very high temperatures.
Die bekannten Methoden haben den Nachteil, dass sie schwierig auf Oxid-basierte Katalysatoren anwendbar sind. Um gereinigte Rutheniumverbindungen ausgehend von geträgertem Katalysatorenmaterial oder Elektrodenmaterial (d.h. aus geträgerten Rutheniumverbindungen) zu erhalten müsste ein zusätzlicher Aufschluss erfolgen. Dieser kann nach teilweise bekannten oft in aggressiven Medien wie Nitrat oder Chloratschmelzen bei hohen Temperaturen durchgeführten Aufschlussverfahren erfolgen, was materialtechnisch eine große Herausforderung bedeutet. Die Nachteile bekannter Aufschlussverfahren können insbesondere durch eine Vorbehandlung mittels Reduktionsmittel teilweise vermieden werden.The known methods have the disadvantage that they are difficult to apply to oxide-based catalysts. In order to obtain purified ruthenium compounds from supported catalyst material or electrode material (i.e., supported ruthenium compounds), additional digestion would have to occur. This can be done after partially known often carried out in aggressive media such as nitrate or chlorate melt at high temperatures digestion process, which materially means a major challenge. The disadvantages of known digestion methods can be partially avoided in particular by pretreatment by means of reducing agents.
Es wurde überraschenderweise darüber hinaus festgestellt, dass der Aufschluss von geträgertem Katalysatormaterial vereinfacht werden kann wenn z.B. die Verflüchtigung der festen Ruthenium- komponente in die Gasphase unter erhöhter Temperatur erheblich dadurch beschleunigt wird, dass in einem sauerstoffhaltigen Gasstrom weiterhin Ozon und/oder Chlor und/oder Chlorwasserstoff, z.B. unter Form von CI2 oder HCl vorhanden sind.It has also surprisingly been found that the digestion of supported catalyst material can be simplified if, for example, volatilization of the solid ruthenium component into the gas phase under elevated temperature is considerably accelerated by the fact that ozone and / or chlorine and / or oxygen continue to be present in an oxygen-containing gas stream Hydrogen chloride, for example under the form of CI 2 or HCl are present.
Gegenstand der Erfindung ist zum einen ein Verfahren zur Rückgewinnung von Ruthenium in Form von Rutheniumhalogenid, insbesondere Rutheniumchlorid aus einem rutheniumhaltigen geträgerten Katalysatormaterial mit wenigstens folgenden Schritten:The invention relates, on the one hand, to a process for the recovery of ruthenium in the form of ruthenium halide, in particular ruthenium chloride, from a ruthenium-containing supported catalyst material having at least the following steps:
a) chemischer Aufschluss des Katalysatormaterialsa) chemical decomposition of the catalyst material
b) Herstellen einer rohen Rutheniumsalzlösung,b) preparing a crude ruthenium salt solution,
c) Reinigung der rohen Rutheniumsalzlösung und gegebenenfalls Austreiben von gasförmigem Rutheniumtetraoxid aus der Lösung,c) purification of the crude ruthenium salt solution and, if appropriate, expulsion of gaseous ruthenium tetraoxide from the solution,
d) anschließende Behandlung der in c) erhaltenen gereinigten Rutheniumverbindung, insbesondere des Rutheniumtetraoxids mit Halogenwasserstoff oder Halogenwasser- stoffsäure zur Gewinnung von Rutheniumhalogenid, insbesondere mit Chlorwasserstoff oder Salzsäure zur Gewinnung von Rutheniumchlorid.d) subsequent treatment of the purified ruthenium compound obtained in c), in particular of the ruthenium tetraoxide with hydrogen halide or hydrogen halide to obtain Rutheniumhalogenid, in particular with hydrogen chloride or hydrochloric acid for the production of ruthenium chloride.
Bevorzugt ist eine Ausführung des Verfahrens bei der der Aufschluss a) durchgeführt wird durchPreferred is an embodiment of the method in which the digestion a) is carried out by
al) Aufschmelzen einer Mischung aus Katalysatormaterial und Oxidationsmittel, und gegebenenfalls zusätzlich Alkalihydroxid und/oder Alkalicarbonat, bevorzugtal) melting a mixture of catalyst material and oxidizing agent, and optionally additionally alkali metal hydroxide and / or alkali metal carbonate, preferably
Natriumhydroxid und/oder Natriumcarbonat,Sodium hydroxide and / or sodium carbonate,
a2) Reagieren der Mischung bei einer Temperatur von 250 bis 7500C, insbesondere von 350 bis 7000C,a2) reacting the mixture at a temperature of from 250 to 750 ° C., in particular from 350 to 700 ° C.,
a3) Abkühlen der Schmelze und Auflösen der Schmelze in Mineralsäure, insbesondere in Salzsäure und/oder Schwefelsäure, besonders bevorzugt in Salzsäure,a3) cooling the melt and dissolving the melt in mineral acid, in particular in hydrochloric acid and / or sulfuric acid, particularly preferably in hydrochloric acid,
a4) gegebenenfalls Entfernen von gegebenenfalls nicht gelöstem Trägermaterial oder anderen unlöslichen Bestandteilen von der Lösung und anschließendes Auswaschen des gegebenenfalls nicht gelösten Trägermaterials oder anderen unlöslichen Bestandteilen mit wässrigem Lösungsmittel oder Mineralsäure, insbesondere in Salzsäure und/oder Schwefelsäure, besonders bevorzugt in Salzsäure, und Vereinigung der mit Ruthenium beladenen Waschflüssigkeit mit der abgetrennten rohen Rutheniumlösung,a4) if appropriate, removal of any undissolved carrier material or other insoluble constituents from the solution and subsequent washing out of the optionally undissolved carrier material or other insoluble constituents with aqueous solvent or mineral acid, especially in hydrochloric acid and / or sulfuric acid, more preferably in hydrochloric acid, and combination of washing liquid loaded with ruthenium with the separated crude ruthenium solution,
a5) Einstellen der rohen Rutheniumlösung vor und/oder nach der Abtrennung a4) von Feststoffen auf einen pH- Wert von höchstens 5,a5) adjusting the crude ruthenium solution before and / or after the separation a4) of solids to a pH of at most 5,
und Bereitstellen der rohen Ruthenium lösung.and providing the crude ruthenium solution.
Der Schmelzeaufschluss mit Oxidationsmittel für sich ist z.B. besonders beschrieben in den Schriften US-A-4132569 oder US-A-4002470, deren Inhalt als Offenbarung zur Erfindung hinzugenommen wird.Melt digestion with oxidant per se is e.g. particularly described in US-A-4132569 or US-A-4002470, the contents of which are incorporated herein by reference.
Geeignete Oxidationsmittel sind bevorzugt sauerstoffhaltige Mineralsalze, insbesondere Nitrate, Chlorate, Perchlorate, Peroxodisulfate, Permanganate, Peroxide Chromate, Dichromate von Alkali- oder Erdalkalimetallen, insbesondere von Alkalimetallen. Die Oxidationsmittel können auch in beliebigen Mischungen/Kombinationen vorliegen.Suitable oxidizing agents are preferably oxygen-containing mineral salts, in particular nitrates, chlorates, perchlorates, peroxodisulfates, permanganates, peroxides, chromates, dichromates of alkali metals or alkaline earth metals, in particular of alkali metals. The oxidizing agents may also be present in any mixtures / combinations.
Durch die bevorzugte Verdünnung der zur Oxidation der Rutheniumverbindungen eingesetzten Substanzen wie insbesondere Chlorate, Nitrate, Peroxide, Peroxodisulfate oder deren Mischungen durch entsprechende Mengen an Alkalihydroxid bzw. Alkalicarbonat oder deren Mischung können für den Aufschluss handelsübliche Materialien wie Stahl oder Nickel als Konstruktionswerkstoff für die Reaktoren eingesetzt werden. Bedingt durch den relativ einfachen konstruktiven Aufbau der Reaktoren (, Wannen') ist ein eventueller Austausch nach entsprechender Betriebszeit mit noch akzeptablem Aufwand verbunden. Weiterhin entscheidend für die Wirtschaftlichkeit dieses Aufschlussverfahrens ist der bevorzugte Einsatz von Oxidationsmitteln, welche nach Beendigung des Schmelzaufschlusses unter ökologischen Gesichtspunkten relativ unproblematisch entsorgt werden können. So bietet sich beispielsweise bevorzugt der Einsatz von Chloraten, Peroxiden oder Peroxodisulfaten an - diese Substanzen werden im Rahmen des Schmelzaufschlusses schließlich zu Chloriden, Hydroxiden oder Sulfaten umgesetzt.By the preferred dilution of the substances used for the oxidation of the ruthenium compounds, in particular chlorates, nitrates, peroxides, peroxodisulfates or mixtures thereof by appropriate amounts of alkali metal hydroxide or alkali metal carbonate or mixtures thereof, commercially available materials such as steel or nickel can be used as the construction material for the reactors for the digestion become. Due to the relatively simple construction the reactors ('tanks') is a possible replacement after appropriate operating time associated with acceptable cost. Crucial for the economy of this digestion process is the preferred use of oxidants, which can be disposed of relatively easily after completion of the melt digestion from an ecological point of view. For example, it is preferable to use chlorates, peroxides or peroxodisulfates - these substances are finally converted into chlorides, hydroxides or sulfates as part of the melt digestion process.
Weiter bevorzugt ist eine andere Ausführung des Verfahrens bei der der Aufschluss a) durchgeführt wird durch:Further preferred is another embodiment of the method in which the digestion a) is carried out by:
a6) Auflösen des Katalysatormaterials in konzentrierterer Mineralsäure, insbesondere in Salzsäure und/oder Schwefelsäure, besonders bevorzugt in Salzsäure, bevorzugt mit einer Konzentration von mindestens 20%,a6) dissolving the catalyst material in more concentrated mineral acid, in particular in hydrochloric acid and / or sulfuric acid, more preferably in hydrochloric acid, preferably at a concentration of at least 20%,
a7) gegebenenfalls Entfernen von nicht gelöstem Trägermaterial oder anderen unlöslichen Bestandteilen von der Lösung und anschließendes Auswaschen des nicht gelösten Trägermaterials oder anderen unlöslichen Bestandteilen mit wässrigem Lösungsmittel oder a 7) optionally removing any undissolved carrier or other insoluble matter from the solution and then washing away the undissolved carrier or other insoluble matter with aqueous solvent or
Mineralsäure, insbesondere in Salzsäure und/oder Schwefelsäure, besonders bevorzugt in Salzsäure, und Vereinigung der mit Ruthenium beladenen Waschflüssigkeit mit der abgetrennten rohen Ruthen iumlösung,Mineral acid, in particular in hydrochloric acid and / or sulfuric acid, more preferably in hydrochloric acid, and combining the washing liquid loaded with ruthenium with the separated crude ruthenium iumlösung,
a8) Einstellen der rohen Rutheniumlösung vor und/oder nach der Abtrennung a7) von Feststoffen auf einen pH- Wert von höchstens 5,a8) adjusting the crude ruthenium solution before and / or after the separation a7) of solids to a pH of at most 5,
und Bereitstellen der rohen Rutheniumlösung.and providing the crude ruthenium solution.
Aufgrund der jedoch chemisch recht hohen Inertheit der gegebenenfalls vorliegenden oxidischen Rutheniumverbindungen gegenüber Säureaufschluss wie zuvor beschrieben kann jedoch eine vorhergehende Reduktion der Oxide in das Metall oder zumindest eine niedrigere Oxidationsstufe als + IV (RUO2) hilfreich sein. Der Reduktionsschritt wird nachstehend beschrieben. Nach der Reduktion kann das Ruthenium mit Säure unter Zusatz eines Oxidationsmittels gelöst und in einer weiteren Prozessstufe als RuO4 abgetrennt werden.However, due to the relatively high chemical inertness of the optionally present oxidic ruthenium compounds towards acid digestion as described above, a previous reduction of the oxides to the metal or at least a lower oxidation state than + IV (RUO 2 ) may be helpful. The reduction step will be described below. After the reduction, the ruthenium can be dissolved with acid with addition of an oxidizing agent and separated in a further process stage as RuO 4 .
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Rückgewinnung von Ruthenium in Form von Rutheniumhalogenid, insbesondere Rutheniumchlorid aus einem rutheniumhaltigen geträgerten Katalysatormaterial mit wenigstens folgenden Schritten:The invention further provides a process for the recovery of ruthenium in the form of ruthenium halide, in particular ruthenium chloride, from a ruthenium-containing supported catalyst material having at least the following steps:
a') Aufschluss des Katalysatormaterials durch Behandeln des Materials bei einer Temperatur oberhalb von 6000C in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre unter Zugabe von Ozon und/oder Chlor und/oder Chlorwasserstoff zum Austreiben des Rutheniums als flüchtige gereinigte Rutheniumverbindung,a ') digestion of the catalyst material by treating the material at a temperature above 600 0 C in an oxygen-containing atmosphere with the addition of ozone and / or Chlorine and / or hydrogen chloride to expel the ruthenium as volatile purified ruthenium compound,
b') anschließende Behandlung der in a') erhaltenen gereinigten Rutheniumverbindung, insbesondere eines Rutheniumtetraoxids mit Halogenwasserstoff oder Halogenwasserstoffsäure zur Gewinnung von Rutheniumhalogenid, insbesondere mit Chlorwasserstoff oder Salzsäure zur Gewinnung von Rutheniumchlorid.b ') subsequent treatment of the purified ruthenium compound obtained in a'), in particular a ruthenium tetraoxide with hydrogen halide or hydrohalic acid, to obtain ruthenium halide, in particular with hydrogen chloride or hydrochloric acid, to obtain ruthenium chloride.
Durch das vorgenannte Aufschlussverfahren bei höherer Temperatur wird beim Austreiben des rohen Rutheniumoxids, das für die Wiederverwendung als Katalysator weiterverarbeitet werden könnte, zunächst ein Material erlangt, das nicht rein genug ist. In einem bevorzugten Verfahren wird daher der Aufschluss noch mit einem weiteren Reinigungsschritt c) durchgeführt, um eine Verbesserung hinsichtlich des Gehalts z.B. an Fe, Cu oder Pt zu erreichen. Bevorzugt ist ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Anteil von Sauerstoff im Aufschlussgas beim Aufschluss a') 1 bis 30 Vol.-%, insbesondere 2 bis 20 Vol.-%, der Gehalt von Chlor bis zu 95 Vol.-%, der Gehalt von Chlorwasserstoff bis zu 95 Vol.-% und der Gehalt von Ozon bis zu 20 Vol.-% beträgt.By the aforementioned higher temperature digestion process, when the crude ruthenium oxide is expelled, which could be further processed for reuse as a catalyst, a material is first obtained which is not pure enough. In a preferred method, therefore, the digestion is carried out with a further purification step c) to improve the content of e.g. to reach Fe, Cu or Pt. Preference is given to a process which is characterized in that the proportion of oxygen in the digestion gas during digestion a ') is 1 to 30% by volume, in particular 2 to 20% by volume, and the content of chlorine is up to 95% by volume. , the content of hydrogen chloride is up to 95% by volume and the content of ozone is up to 20% by volume.
Bevorzugt ist auch eine Abwandlung beider Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Katalysatormaterial vor dem Aufschluss a) oder a') zur Reduktion der Rutheniumverbindung einer Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre ausgesetzt wird.Also preferred is a modification of both processes, which is characterized in that the catalyst material is exposed to a hydrogen-containing atmosphere for the reduction of the ruthenium compound prior to digestion a) or a ').
Bevorzugt ist auch eine Abwandlung beider Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Katalysatormaterial vor dem Aufschluss a) oder a'), insbesondere durch Aussetzen einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre, von Schwefelverbindungen gereinigt wird.Also preferred is a modification of both methods, which is characterized in that the catalyst material before the digestion a) or a '), in particular by exposure to an atmosphere containing oxygen, is purified from sulfur compounds.
Bevorzugt ist auch eine Abwandlung beider Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Katalysatormaterial aus einem gebrauchten Katalysator für die Gasphasenoxidation von Chlorwasserstoff mit Sauerstoff oder einem gebrauchten Elektrodenmaterial für die Elektrolyse stammt.Also preferred is a modification of both methods, which is characterized in that the catalyst material originates from a used catalyst for the gas phase oxidation of hydrogen chloride with oxygen or a used electrode material for the electrolysis.
Bevorzugt ist auch eine Abwandlung beider Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Katalysatormaterial als Trägermaterial ein Material aus der Reihe: Zinndioxid, Siliziumdioxid, Graphit, Titan, Titandioxid mit Rutil- oder Anatas-Struktur, Zirkondioxid, Aluminiumoxid, Kieselerde, Kohlenstoffnanoröhrchen, Nickel, Nickeloxid, Siliziumcarbid und Wolframcarbid oder deren Gemische, bevorzugt Zinndioxid, Titandioxid, Zirkondioxid, Aluminiumoxid enthält.Also preferred is a modification of both processes, which is characterized in that the catalyst material as support material is a material from the series: tin dioxide, silica, graphite, titanium, titanium dioxide with rutile or anatase structure, zirconium dioxide, alumina, silica, carbon nanotubes, nickel , Nickel oxide, silicon carbide and tungsten carbide or mixtures thereof, preferably tin dioxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, aluminum oxide.
Bevorzugt ist auch eine Abwandlung beider Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Katalysatormaterial Ruthenium als Metall oder in Form einer Ruthenium Verbindung ausgewählt aus der Reihe: Rutheniumoxid, Rutheniumchlorid und Rutheniumoxidchlorid enthält. Bevorzugt erfolgt die Reinigung c) in beiden vorgenannten Verfahren, dadurch, dass die Rohlösung einer Reinigung mittels Ionenaustausch, Umkristallisation und insbesondere durch Austreiben von gasförmigem Rutheniumtetraoxid erfolgt.Also preferred is a modification of both processes, which is characterized in that the catalyst material contains ruthenium as metal or in the form of a ruthenium compound selected from the series: ruthenium oxide, ruthenium chloride and ruthenium oxychloride. Preferably, the purification c) in both aforementioned methods, characterized in that the crude solution of a purification by means of ion exchange, recrystallization and in particular by expelling gaseous Rutheniumtetraoxid.
Bevorzugt ist auch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das in Schritt d) gewonnene Rutheniumhalogenid, insbesondere Rutheniumchlorid zur Herstellung von neuem Katalysator- bzw. Elektrodenmaterial wiedereingesetzt wird, insbesondere als Ruthenium-, Rutheniumoxid-, Rutheniumchlorid- oder Rutheniumoxidchlorid-Katalysator auf einem Träger oder als Elektrodenbeschichtung.Preference is also given to a process which is characterized in that the ruthenium halide recovered in step d), in particular ruthenium chloride, is reused for the preparation of new catalyst or electrode material, in particular as ruthenium, ruthenium oxide, ruthenium chloride or ruthenium oxychloride catalyst on one Carrier or as electrode coating.
Der Gehalt an Ruthenium im Katalysatormaterial beträgt typischerweise bis zu 10 Gew.-%, insbesondere 1 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 1,5 bis 4 Gew.-%.The content of ruthenium in the catalyst material is typically up to 10 wt .-%, in particular 1 to 5 wt .-%, particularly preferably 1.5 to 4 wt .-%.
Der Gehalt an Ruthenium in der Beschichtung (Coating) des Elektrodenmaterials beträgt typischerweise bis zu 50 Gew.-%, insbesondere 30 bis 45 Gew.-%, besonders bevorzugt 35 bis 40 Gew.-%.The content of ruthenium in the coating of the electrode material is typically up to 50 wt .-%, in particular 30 to 45 wt .-%, particularly preferably 35 to 40 wt .-%.
Es kann bei einigen Rutheniumverbindungen vorteilhaft sein, das Edelmetall zuerst in einer Wasserstoffatmosphäre zu reduzieren um anschließend den Austrieb der Rutheniumkomponente durchzuführen.It may be advantageous in some ruthenium compounds to first reduce the noble metal in a hydrogen atmosphere to subsequently carry out the expulsion of the ruthenium component.
Das ausgetriebene Ruthenium kann anschließend in einer Lösung absorbiert werden und weiterverarbeitet werden. Hierfür eignet sich bevorzugt eine Salzsäurelösung, in der sich die Rutheniumverbindung zu Rutheniumchlorid umsetzten lässt. Rutheniumchlorid ist eine Art Verbindung, die für die Herstellung von Katalysatoren besonders bevorzugt eingesetzt wird.The expelled ruthenium can then be absorbed in a solution and processed further. For this purpose, preferably a hydrochloric acid solution in which the ruthenium compound can be converted to ruthenium chloride is suitable. Ruthenium chloride is a type of compound that is particularly preferred for the preparation of catalysts.
Als besonderer Vorteil der Erfindung wurde gefunden, dass das durch Absorption des RuO4 in Mineralsäure gebildete Rutheniumsalz (insbesondere RuCh) eine sehr hohe Reinheit, wie sie für die Verwendung des RuCb als Ausgangsstoff für die Katalysatorherstellung insbesondere für den Deaconprozess oder die Elektrolyse notwendig ist, aufweist. Das nach den bevorzugten Verfahren erhältliche Rutheniumsalz, insbesondere Rutheniumchlorid weist als Spuren in der Summe einen Gehalt an Si, Ca, Mg und Al von höchstens 220 ppm, besonders bevorzugt von höchstens 150 ppm, einen Gehalt an Rh, Ir, Pt und Pd in der Summe von höchstens 250 ppm, besonders bevorzugt von höchstens 150 ppm, einen Gehalt an Cu von höchstens 25 ppm, besonders bevorzugt von höchstens 15 ppm und einen Gehalt an K, Na, Fe von jeweils höchstens 125 ppm, besonders bevorzugt von höchstens 100 ppm auf.As a particular advantage of the invention, it has been found that the ruthenium salt (in particular RuCh) formed by absorption of RuO 4 in mineral acid has a very high purity, which is necessary for the use of RuCb as starting material for catalyst preparation, in particular for the deacon process or electrolysis. having. The ruthenium salt, in particular ruthenium chloride, obtainable by the preferred processes has as traces in total a content of Si, Ca, Mg and Al of at most 220 ppm, more preferably of at most 150 ppm, a content of Rh, Ir, Pt and Pd in the Sum of at most 250 ppm, more preferably of at most 150 ppm, a content of Cu of at most 25 ppm, more preferably of at most 15 ppm and a content of K, Na, Fe of in each case at most 125 ppm, more preferably of at most 100 ppm ,
Dieser hohe Reinheitsgrad ist durch konventionelle bekannte Methoden, wie z. B. Umkristallisation von Salzen allein nur mit erheblichem Aufwand erreichbar. Ein zuerst bei geringeren Temperaturen als die eigentliche Verflüchtigung durchgeführten Oxidations- oder Reduktionsschritt kann auch am gebrauchten Katalysator den erheblichen Vorteil haben, einen ersten Reinigungsschritt auszuführen. Nebenkomponente wie abgelagerter Kohlenstoff, Schwefelverbindungen etc. können dann schon von der Oberfläche des Katalysators getrennt werden.This high degree of purity is by conventional known methods, such. B. recrystallization of salts alone achievable only with considerable effort. An oxidation or reduction step, which is carried out first at lower temperatures than the actual volatilization, can also have the considerable advantage over the used catalyst of carrying out a first purification step. Secondary components such as deposited carbon, sulfur compounds, etc. can then be separated from the surface of the catalyst.
Aber auch andere vorgängige Reinigungsschritte wie Auswaschen, möglicherweise mit Säuren, der geträgerten Rutheniumverbindung sind hier einsetzbar. Diese Vorreinigung ermöglicht anschließend ein effizienteres Austreiben der Rutheniumverbindung dadurch, dass das Edelmetall besser zugänglich gemacht wird, sowie im Folgeschritt eine vereinfachte Reinigung des Edelmetalls.But other previous purification steps such as washing out, possibly with acids, the supported ruthenium compound can be used here. This pre-cleaning then allows a more efficient expulsion of the ruthenium compound in that the precious metal is made more accessible, and in the subsequent step a simplified purification of the precious metal.
Eine solche Methode bereitet einen wesentlichen Vorteil, da die Austriebszeiten des Rutheniums deutlich verkürzt werden. Zusätzlich braucht das Ruthenium nicht in einem vorherigen Schritt in Lösung gebracht zu werden, ein Aufwand der nicht zu vernachlässigen ist. Weiterhin ist es eine sehr umweltschonende und wirtschaftliche Methode, da durch Verzicht auf den Trägeraufschluss keine Schmelzsalze eingesetzt werden. Die Kosten dieser Schmelzsalze sind nicht unerheblich da diese anschließend kostspielig und aufwändig entsorgt werden müssen.Such a method provides a significant advantage, since the ejection times of ruthenium are significantly reduced. In addition, the ruthenium does not need to be solubilized in a previous step, an expense which is not negligible. Furthermore, it is a very environmentally friendly and economical method, since no melting salts are used by dispensing with the carrier digestion. The costs of these molten salts are not insignificant because they must then be disposed of costly and expensive.
Rutheniumhaltiges Elektrodenmaterial kann ohne vorheriges Abtrennen der rutheniumhaltigen Komponente im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden oder nach Abtrennung rutheniumhaltigen Komponente. Hierfür können sowohl mechanische Methoden wie die Sandstrahlung mit Aluminaten oder Silikaten, usw. als auch chemische Methoden eingesetzt werden.Ruthenium-containing electrode material can be used without prior separation of the ruthenium-containing component in the process according to the invention or, after separation, ruthenium-containing component. For this purpose, both mechanical methods such as sandblasting with aluminates or silicates, etc., as well as chemical methods can be used.
Das von der Elektrode abgetrennte Coating bleibt übrig und es bedarf der weiteren Aufreinigung wegen Fremdkörpern aus der vorhergehenden Sandstrahlung.The separated from the electrode coating remains and it requires further purification because of foreign bodies from the previous sandblasting.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zurück gewonnene Ruthenium kann anschließend bei der Herstellung von Katalysatoren oder Elektroden wieder verwendet werden.The ruthenium recovered by the process according to the invention can subsequently be used again in the preparation of catalysts or electrodes.
Gegenstand der Erfindung ist daher ferner die Verwendung der aus den erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen zurück gewonnenen Rutheniumverbindung als Katalysator- bzw. Elektrodenmaterial, insbesondere als Ruthenium-, Rutheniumoxid-, Rutheniumchlorid- oder Rutheniumoxidchlorid-Katalysator auf einem Träger oder als Elektrodenbeschichtung.The invention therefore furthermore relates to the use of the recovered ruthenium compound obtained as a catalyst or electrode material, in particular as a ruthenium, ruthenium oxide, ruthenium chloride or ruthenium oxide chloride catalyst, on a support or as an electrode coating.
Besonders bevorzugt wird die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zurückgewonnene Rutheniumverbindung in dem als Deacon-Prozess bekannte katalytische Verfahren wieder eingesetzt. Hierbei wird Chlorwasserstoff mit Sauerstoff in einer exothermen Gleichgewichtsreaktion zu Chlor oxidiert, wobei Wasserdampf anfällt. Die Reaktionstemperatur beträgt üblicherweise 150 bis 50O0C, der übliche Reaktionsdruck beträgt 1 bis 25 bar. Da es sich um eine Gleichgewichtsreaktion handelt, ist es zweckmäßig, bei möglichst niedrigen Temperaturen zu arbeiten, bei denen der Katalysator noch eine ausreichende Aktivität aufweist. Ferner ist es zweckmäßig, Sauerstoff in überstöchiometrischen Mengen zum Chlorwasserstoff einzusetzen. Üblich ist beispielsweise ein zwei- bis vierfacher Sauerstoff-Überschuss. Da keine Selektivitätsverluste zu befürchten sind, kann es wirtschaftlich vorteilhaft sein, bei relativ hohem Druck und dementsprechend bei gegenüber Normaldruck längerer Verweilzeit zu arbeiten.The ruthenium compound recovered by the process according to the invention is particularly preferably reused in the catalytic process known as the Deacon process. Here, hydrogen chloride is oxidized with oxygen in an exothermic equilibrium reaction to chlorine, whereby water vapor is obtained. The reaction temperature is usually 150 to 50O 0 C, the usual reaction pressure is 1 to 25 bar. Since it is an equilibrium reaction, it is expedient to work at the lowest possible temperatures at which the catalyst still has sufficient activity. Furthermore, it is expedient to use oxygen in excess of stoichiometric amounts of hydrogen chloride. For example, a two- to four-fold excess of oxygen is customary. Since no loss of selectivity is to be feared, it may be economically advantageous to work at relatively high pressure and, accordingly, longer residence time than normal pressure.
Geeignete bevorzugte Katalysatoren für das Deacon-Verfahren enthalten gewöhnlich Rutheniumoxid, Rutheniumchlorid Rutheniumoxidchlorid oder andere Rutheniumverbindungen auf Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid oder Zirkondioxid als Träger. Geeignete Katalysatoren können beispielsweise durch Aufbringen von Rutheniumchlorid auf den Träger und anschließendes Trocknen oder Trocknen und Kalzinieren erhalten werden. Geeignete Katalysatoren können ergänzend zu der Rutheniumverbindung auch Verbindungen anderer Edelmetalle, beispielsweise Gold, Palladium, Platin, Osmium, Iridium, Silber, Kupfer oder Rhenium enthalten. Geeignete Katalysatoren können ferner zusätzlich Chromoxid enthalten.Suitable preferred catalysts for the Deacon process usually include ruthenium oxide, ruthenium chloride, ruthenium oxide chloride or other ruthenium compounds supported on silica, alumina, titania or zirconia. Suitable catalysts can be obtained, for example, by applying ruthenium chloride to the support and then drying or drying and calcining. In addition to the ruthenium compound, suitable catalysts may also contain compounds of other noble metals, for example gold, palladium, platinum, osmium, iridium, silver, copper or rhenium. Suitable catalysts may additionally contain chromium oxide.
Die katalytische Chlorwasserstoff- Oxidation kann bevorzugt adiabatisch oder isotherm oder annähernd isotherm, diskontinuierlich, bevorzugt aber kontinuierlich als Fließ- oder Festbettverfahren, bevorzugt als Festbettverfahren, besonders bevorzugt in Rohrbündelreaktoren an Heterogenkatalysatoren bei einer Reaktortemperatur von 180 bis 5000C, bevorzugt 200 bis 4000C, besonders bevorzugt 220 bis 35O0C und einem Druck von 1 bis 25 bar (1000 bis 25000 hPa), bevorzugt 1,2 bis 20 bar, besonders bevorzugt 1,5 bis 17 bar und insbesondere 2,0 bis 15 bar durchgeführt werden.The catalytic hydrogen chloride oxidation may preferably be adiabatic or isothermal or approximately isothermal, batchwise, but preferably continuously or as a fixed bed process, preferably as a fixed bed process, particularly preferably in tube bundle reactors to heterogeneous catalysts at a reactor temperature of 180 to 500 0 C, preferably 200 to 400 0th C, more preferably 220 to 35O 0 C and a pressure of 1 to 25 bar (1000 to 25000 hPa), preferably 1.2 to 20 bar, more preferably 1.5 to 17 bar and in particular 2.0 to 15 bar are performed ,
Übliche Reaktionsapparate, in denen die katalytische Chlorwasserstoff-Oxidation durchgeführt wird, sind Festbett- oder Wirbelbettreaktoren. Die katalytische Chlorwasserstoff- Oxidation kann bevorzugt auch mehrstufig durchgeführt werden.Typical reactors in which the catalytic hydrogen chloride oxidation is carried out are fixed bed or fluidized bed reactors. The catalytic hydrogen chloride oxidation can preferably also be carried out in several stages.
Bei der adiabatischen, der isothermen oder annähernd isothermen Fahrweise können auch mehrere, also 2 bis 10, bevorzugt 2 bis 6, besonders bevorzugt 2 bis 5, insbesondere 2 bis 3, in Reihe geschaltete Reaktoren mit Zwischenkühlung eingesetzt werden. Der Chlorwasserstoff kann entweder vollständig zusammen mit dem Sauerstoff vor dem ersten Reaktor oder über die verschiedenen Reaktoren verteilt zugegeben werden. Diese Reihenschaltung einzelner Reaktoren kann auch in einem Apparat zusammengeführt werden.In the case of the adiabatic, isothermal or approximately isothermal mode of operation, it is also possible to use a plurality of reactors with intermediate cooling, that is to say 2 to 10, preferably 2 to 6, particularly preferably 2 to 5, in particular 2 to 3, connected in series. The hydrogen chloride can be added either completely together with the oxygen before the first reactor or distributed over the various reactors. This series connection of individual reactors can also be combined in one apparatus.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer für das Verfahren geeigneten Vorrichtung besteht darin, dass man eine strukturierte Katalysatorschüttung einsetzt, bei der die Katalysatoraktivität in Strömungsrichtung ansteigt. Eine solche Strukturierung der Katalysatorschüttung kann durch unterschiedliche Tränkung der Katalysatorträger mit Aktivmasse oder durch unterschiedliche Verdünnung des Katalysators mit einem Inertmaterial erfolgen. Als Inertmaterial können beispielsweise Ringe, Zylinder oder Kugeln aus Titandioxid, Zirkondioxid oder deren Gemischen, Aluminiumoxid, Steatit, Keramik, Glas, Graphit oder Edelstahl eingesetzt werden. Beim bevorzugten Einsatz von Katalysatorformkörpern sollte das Inertmaterial bevorzugt ähnliche äußere Abmessungen haben.A further preferred embodiment of a device suitable for the method consists in using a structured catalyst bed in which the catalyst activity increases in the flow direction. Such structuring of the catalyst bed can by different impregnation of the catalyst support with active material or by different dilution of the catalyst with an inert material. As an inert material, for example, rings, cylinders or balls of titanium dioxide, zirconium dioxide or mixtures thereof, alumina, steatite, ceramic, glass, graphite or stainless steel can be used. In the preferred use of shaped catalyst bodies, the inert material should preferably have similar external dimensions.
Als Katalysatorformkörper eignen sich Formkörper mit beliebigen Formen, bevorzugt sind Tabletten, Ringe, Zylinder, Sterne, Wagenräder oder Kugeln, besonders bevorzugt sind Ringe, Zylinder oder Sternstränge als Form.Suitable shaped catalyst bodies are shaped bodies with any desired shapes, preference being given to tablets, rings, cylinders, stars, carriage wheels or spheres, particular preference being given to rings, cylinders or star strands as molds.
Als Heterogenkatalysatoren eignen sich insbesondere Rutheniumverbindungen oder Kupferverbindungen auf Trägermaterialen, die auch dotiert sein können, bevorzugt sind gegebenenfalls dotierte Rutheniumkatalysatoren. Als neue Trägermaterialen eignen sich beispielsweise Zinndioxid, Siliziumdioxid, Graphit, Titandioxid mit Rutil- oder Anatas-Struktur, Zirkondioxid, Aluminiumoxid oder deren Gemische, bevorzugt Zinndioxid, Titandioxid, Zirkondioxid, Aluminiumoxid oder deren Gemische, besonders bevorzugt γ- oder δ- Aluminiumoxid oder deren Gemische.Ruthenium compounds or copper compounds on support materials, which may also be doped, are particularly suitable as heterogeneous catalysts, preference being given to optionally doped ruthenium catalysts. Examples of suitable novel carrier materials are tin dioxide, silicon dioxide, graphite, rutile or anatase titanium dioxide, zirconium dioxide, aluminum oxide or mixtures thereof, preferably tin dioxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, aluminum oxide or mixtures thereof, particularly preferably γ- or δ-aluminum oxide or their mixtures mixtures.
Die Kupfer- bzw. die Rutheniumträgerkatalysatoren können beispielsweise durch Tränkung des Trägermaterials mit wässrigen Lösungen von CuC^ bzw. RuCl3 und gegebenenfalls eines Promotors zur Dotierung, bevorzugt in Form ihrer Chloride, erhalten werden. Die Formgebung des Katalysators kann nach oder bevorzugt vor der Tränkung des Trägermaterials erfolgen.The copper or ruthenium catalysts can be preferably obtained in the form of their chlorides for example by impregnating the support material with aqueous solutions of CuCl or RuCl ^ 3 and optionally a promoter for doping. The shaping of the catalyst can take place after or preferably before the impregnation of the support material.
Zur Dotierung der Katalysatoren eignen sich als Promotoren Alkalimetalle wie Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium, bevorzugt Lithium, Natrium und Kalium, besonders bevorzugt Kalium, Erdalkalimetalle wie Magnesium, Calcium, Strontium und Barium, bevorzugt Magnesium und Calcium, besonders bevorzugt Magnesium, Seltenerdmetalle wie Scandium, Yttrium, Lanthan, Cer, Praseodym und Neodym, bevorzugt Scandium, Yttrium, Lanthan und Cer, besonders bevorzugt Lanthan und Cer, oder deren Gemische.For doping the catalysts are suitable as promoters alkali metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium, preferably lithium, sodium and potassium, more preferably potassium, alkaline earth metals such as magnesium, calcium, strontium and barium, preferably magnesium and calcium, particularly preferably magnesium, Rare earth metals such as scandium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium and neodymium, preferably scandium, yttrium, lanthanum and cerium, more preferably lanthanum and cerium, or mixtures thereof.
Die Formkörper können anschließend bei einer Temperatur von 100 bis 4000C, bevorzugt 100 bis 3000C beispielsweise unter einer Stickstoff-, Argon- oder Luftatmosphäre getrocknet und gegebenenfalls kalziniert werden. Bevorzugt werden die Formkörper zunächst bei 100 bis 1500C getrocknet und anschließend bei 200 bis 4000C kalziniert.The moldings can then be dried at a temperature of 100 to 400 0 C, preferably 100 to 300 0 C, for example, under a nitrogen, argon or air atmosphere and optionally calcined. Preferably, the moldings are first dried at 100 to 150 0 C and then calcined at 200 to 400 0 C.
Der Umsatz an Chlorwasserstoff im einfachen Durchgang kann bevorzugt auf 15 bis 90 %, bevorzugt 40 bis 85%, besonders bevorzugt 50 bis 70% begrenzt werden. Nicht umgesetzter Chlorwasserstoff kann nach Abtrennung teilweise oder vollständig in die katalytische Chlorwasserstoff-Oxidation zurückgeführt werden. Das Volumenverhältnis von Chlorwasserstoff zu Sauerstoff am Reaktoreintritt beträgt bevorzugt 1 : 1 bis 20: 1, bevorzugt 2: 1 bis 8: 1 , besonders bevorzugt 2: 1 bis 5: 1.The conversion of hydrogen chloride in a single pass may preferably be limited to 15 to 90%, preferably 40 to 85%, particularly preferably 50 to 70%. Unreacted hydrogen chloride can be partially or completely separated into the catalytic after separation Hydrogen chloride oxidation can be attributed. The volume ratio of hydrogen chloride to oxygen at the reactor inlet is preferably 1: 1 to 20: 1, preferably 2: 1 to 8: 1, particularly preferably 2: 1 to 5: 1.
In einem letzten Schritt wird das gebildete Chlor abgetrennt. Der Abtrennschritt umfasst üblicherweise mehrere Stufen, nämlich die Abtrennung und gegebenenfalls Rückführung von nicht umgesetztem Chlorwasserstoff aus dem Produktgasstrom der katalytischen Chlorwasserstoff- Oxidation, die Trocknung des erhaltenen, im wesentlichen Chlor und Sauerstoff enthaltenden Stroms sowie die Abtrennung von Chlor aus dem getrockneten Strom. In a last step, the chlorine formed is separated off. The separation step usually comprises several stages, namely the separation and optionally recycling of unreacted hydrogen chloride from the product gas stream of the catalytic hydrogen chloride oxidation, the drying of the obtained, substantially chlorine and oxygen-containing stream and the separation of chlorine from the dried stream.
BeispieleExamples
Beispiel 1example 1
In einem sandwirbelschichtbeheizten Quarzglasreaktor (I.D. 10 mm) wurden 4.5 g Katalysatorkugeln (RuC13/SnO2,A12O3; 2 Gew.-% Ru, 1 ,5 mm) mit 2.9 g SiO2-Kugeln (SS62138,In a sand-bed heated quartz glass reactor (ID 10 mm), 4.5 g of catalyst spheres (RuC13 / SnO2, A12O3, 2% by weight Ru, 1.5 mm) were mixed with 2.9 g SiO 2 spheres (SS62138, US Pat.
Saint-Gobain, 1,5 mm) überschichtet. Die Katalysatorschüttung wurde konstant bei 682°C beheizt, die Siliziumdioxidpartikel unterlagen einem Temperaturgradienten von > 532 0C zwischenSaint-Gobain, 1.5 mm). The catalyst bed was heated constantly at 682 ° C, the silicon dioxide particles subject to a temperature gradient of> 532 0 C between
Katalysatorschüttung und Reaktorausgang. Der Reaktor wurde 8 h mit 20 ml/min (STP) HCl undCatalyst bed and reactor outlet. The reactor was treated with 20 ml / min (STP) HCl for 8 h
80 ml/min (STP) O2 durchströmt. Der Chlorwasserstoff wurde mit dem Sauerstoff teilweise zu Chlor und Wasser umgesetzt. Das Reaktionsgas wurde in 15 % HCl geleitet und absorbiert. DieFlows through 80 ml / min (STP) O 2 . The hydrogen chloride was partially reacted with the oxygen to form chlorine and water. The reaction gas was passed into 15% HCl and absorbed. The
Analyse ergab eine Wiederfindung von Ru als RuCb von 76 %.Analysis showed a recovery of Ru as RuCb of 76%.
Beispiel 2Example 2
In einem sandwirbelschichtbeheizten Quarzglasreaktor (I.D. 10 mm) wurden 5.3 g Katalysatorkugeln (RuCl3ZSnO21Al2O3; 2 Gew.-% Ru, 1,5 mm) mit 1.7 g SiO2-Kugeln (SS62138,In a sand-vitrified quartz glass reactor (ID 10 mm), 5.3 g of catalyst spheres (RuCl 3 ZSnO 21 Al 2 O 3 , 2% by weight Ru, 1.5 mm) were mixed with 1.7 g of SiO 2 spheres (SS62138,
Saint-Gobain, 1,5 mm) überschichtet. Die Katalysatorschüttung wurde konstant bei 687°C beheizt, die Siliziumdioxidpartikel unterlagen einem Temperaturgradienten von > 537 0C zwischenSaint-Gobain, 1.5 mm). The catalyst bed was heated constantly at 687 ° C, the silicon dioxide particles were subject to a temperature gradient of> 537 0 C between
Katalysatorschüttung und Reaktorausgang.Der Reaktor wurde 8 h mit 160 ml/min (STP) N2 und 80 ml/min (STP) O2 durchströmt. Das Reaktionsgas wurde in 15 % HCl geleitet und absorbiert. Die Analyse ergab eine Wiederfindung von Ru als RuCl3 von nur 7,2 %.Catalyst bed and reactor exit. The reactor was bubbled with 160 ml / min (STP) N 2 and 80 ml / min (STP) O 2 for 8 h. The reaction gas was passed into 15% HCl and absorbed. The analysis showed a recovery of Ru as RuCl 3 of only 7.2%.
Im Vergleich zu Beispiel 1 zeigt sich, dass gegebenenfalls O2 zusammen mit HCl eingesetzt werden sollte. Hiermit unterstützt die chlorhaltige Atmosphäre (Cl2 und/oder HCl) einen signifikant stärkeren Abtrieb des RuO4.Compared to Example 1 shows that optionally O 2 should be used together with HCl. Hereby, the chlorine-containing atmosphere (Cl 2 and / or HCl) promotes a significantly stronger downforce of the RuO 4 .
Beispiel 3Example 3
Aufschluss von Rutheniumoxidchlorid-KatalysatorDigestion of ruthenium oxide chloride catalyst
In einem Dreihalskolben mit Rückflusskühler; Tropftrichter, N2-Einspeisung (0,25 I / min) wurden 2 - 2,5 g Rutheniumoxidchlorid-Katalysator, d. h. ein unter Luftzugang kalzinierter, gebrauchter Rutheniumchloridkatalysator, der in einem Deacon-Verfahren eingesetzt war, und ein Magnetrührer vorgelegt (Es wurde unabhängig voneinander sowohl ein SnO2- bzw. TiO2- geträgerter Katalysator eingesetzt). Der Ausgang des Dreihalskolbens war mit zwei Waschflaschen verbunden - die anliegende N2-Spülung wurde durch die Waschflaschen geleitet. Die erste war mit 15 Gew.-%iger Salzsäure, die zweite mit 15 Gew.-% Natronlauge gefüllt.In a three-necked flask with reflux condenser; Dropping funnel, N 2 feed (0.25 l / min), 2 - 2.5 g of ruthenium oxide chloride catalyst, ie a calcined under air, used ruthenium chloride catalyst, which was used in a Deacon process, and a magnetic stirrer presented (It was independently used both a SnO 2 - or TiO 2 - supported catalyst). The output of the three-necked flask was with two wash bottles connected - the applied N 2 purge was passed through the wash bottles. The first was filled with 15 wt .-% hydrochloric acid, the second with 15 wt .-% sodium hydroxide solution.
Es wurden ca. 100 ml HCl (konz.) zugegeben und unter Rühren bis zum Sieden erwärmt.About 100 ml of HCl (conc.) Was added and heated to boiling while stirring.
Nach ca. 2 h Kochen unter Rückfluss wurden unter N2-Spülung langsam 20 g NaClO3 in Form einer Lösung über Tropftrichter zugeben. Die Zugabedauer betrug ca. 30 minAfter refluxing for about 2 hours, 20 g of NaClO 3 in the form of a solution were slowly added via dropping funnel under N 2 purge. The addition time was about 30 min
Der Inhalt des Dreihalskolbens wurde unter N2-Spühlung weiter ca. 2 h unter Rückfluss gekocht, dann unter N2-Spülung abgekühlt und eine Probe des klaren Überstandes gezogen.The contents of the three neck flask were h under N 2 then 2 -Spühlung boiled under reflux, then cooled under N 2 purge and drawn a sample of the clear supernatant.
In dem klaren Überstand der Aufschlusslösung wurden 2 bzw. 1 % der im Katalysator enthaltenen Ruthenium-Menge wiedergefunden (SnO2- bzw. TiO2-Träger). In den nachgeschalteten HCl- Waschflasche konnten 16 % bzw. 13 % der im Katalysator enthaltenen Ruthenium-Menge wiedergefunden (SnO2- bzw. TiO2-Träger) werden.In the clear supernatant of the digestion solution 2 and 1% of the amount of ruthenium contained in the catalyst were recovered (SnO 2 - or TiO 2 support ). 16% or 13% of the amount of ruthenium contained in the catalyst could be recovered (SnO 2 or TiO 2 carrier) in the downstream HCl wash bottle.
In der NaOH- Waschflasche konnte kein Ruthenium nachgewiesen werden.Ruthenium could not be detected in the NaOH wash bottle.
Beispiel 4Example 4
Die in Beispiel 3 dargestellte Aufschlussmethode eines oxidischen Ru-Katalysators lieferte eine noch vergleichsweise kleine Wiederfindungsrate. Es wurde daher eine vorgeschaltete Reduktion mit Wasserstoff angewendet, die eine erhebliche Steigerung der Wiederfindungsrate bewirkte.The decomposition method of an oxidic Ru catalyst shown in Example 3 provided a still comparatively small recovery rate. Therefore, an upstream reduction with hydrogen was used, which caused a considerable increase in the recovery rate.
Hierzu wurde in einem Reaktionsrohr 3 g Rutheniumoxidchlorid-Katalysator (SnO2 bzw. TiO2- geträgert) mit einem Gasgemisch aus 4 % H2 / 96 % N2 bei 550 0C für 2 h überströmt und zumindest teilweise zu metallischem Ru reduziert.For this purpose, in a reaction tube, 3 g of ruthenium oxide chloride catalyst (SnO 2 or TiO 2 - supported) with a gas mixture of 4% H 2 /96% N 2 at 550 0 C for 2 h and at least partially reduced to metallic Ru.
Der so behandelte Katalysator wurde analog Beispiel 3 mit HCl / NaClO3 aufgeschlossen. Die nach Analyse der HCl-Waschflasche erhaltene Ausbeute ergab 74 bzw. 65 % (SnO2 bzw. TiO2- geträgert). Der Katalysatorträger war nur zu einem geringen Teil angelöst worden und wies eine fast weiße Farbe auf. Im klaren Überstand der Aufschlusslösung waren jeweils 1 % der auf dem Katalysator enthaltenen Ruthenium-Menge wiederzufinden (SnO2- bzw. TiO2-Träger).The catalyst thus treated was digested with HCl / NaClO 3 analogously to Example 3. The yield obtained after analysis of the HCl wash bottle gave 74 and 65%, respectively (SnO 2 and TiO 2 - supported). The catalyst support had been dissolved only to a small extent and had an almost white color. In the clear supernatant of the digestion solution in each case 1% of the amount of ruthenium contained on the catalyst were found again (SnO 2 - or TiO 2 carrier).
Beispiel 5Example 5
Aufschluss von Rutheniumoxidchlorid-Katalysator (SnO2 bzw. TiO2-geträgert) - NaOH / KNO3- Schmelze In einem Mörser wurden 2 g Rutheniumoxidchlorid-Katalysator (SnO2 bzw. TiO2-geträgert) mit 9 g NaOH (Feststoff) und 4 g KNO3 verrieben. Das Gemisch wurde anschließend in einem 50 ml fassenden Schmelztiegel bei 500 0C für 2 h zur Reaktion gebracht.Digestion of ruthenium oxide chloride catalyst (SnO 2 or TiO 2 -supported) - NaOH / KNO 3 melt In a mortar, 2 g of ruthenium oxide chloride catalyst (SnO 2 or TiO 2 -supported) were triturated with 9 g of NaOH (solid) and 4 g of KNO 3 . The mixture was then reacted in a 50 ml crucible at 500 ° C. for 2 hours.
Nach Abkühlen wurde der Schmelzkuchen folgendermaßen aufgeschlossen:After cooling, the melt cake was disrupted as follows:
Der Schmelzkuchen wurde In einen Dreihalskolben mit Rückflusskühler; Tropftrichter, N2- Einspeisung (0,25 1 / min) überführt. Der Ausgang des Dreihalskolbens war mit zwei Waschflaschen verbunden - die anliegende N2-Spülung wurde durch die Waschflaschen geleitet. Die erste war mit 15 Gew.-%iger Salzsäure, die zweite mit 15 Gew.-% Natronlauge gefüllt.The melt cake was placed in a three necked flask with reflux condenser; Dropping funnel, N 2 - feed (0.25 1 / min) transferred. The output of the three-necked flask was connected to two wash bottles - the attached N 2 purge was passed through the wash bottles. The first was filled with 15 wt .-% hydrochloric acid, the second with 15 wt .-% sodium hydroxide solution.
Ca. 100 ml HCl (konz.) wurden zugegeben und unter Rühren bis zum Sieden erwärmt.Approximately 100 ml of HCl (conc.) Were added and heated to boiling with stirring.
Nach ca. 2 h Kochen unter Rückfluss wurden unter N2-Spülung langsam 20 g NaClO3 in Form einer Lösung über Tropftrichter zugeben. Die Zugabedauer betrug ca. 30 minAfter refluxing for about 2 hours, 20 g of NaClO 3 in the form of a solution were slowly added via dropping funnel under N 2 purge. The addition time was about 30 min
Der Inhalt des Dreihalskolbens wurde ca. 2 h unter Rückfluss bei N2-Einspeisung gekocht, dann unter N2-Spülung abgekühlt und eine Probe des klaren Überstandes gezogen.The contents of the three-necked flask were refluxed for about 2 hours with N 2 feed, then cooled with N 2 purge, and a sample of the clear supernatant was drawn.
In dem klaren Überstand der Aufschlusslösung wurden 2 bzw. 1 % der auf dem Katalysator enthaltenen Ruthenium-Menge wiedergefunden (SnO2- bzw. TiO2-Träger). In den nachgeschalteten HCl-Waschflasche konnten 76 % bzw. 73 % der auf dem Katalysator enthaltenen Ruthenium-Menge wiedergefunden (SnO2- bzw. TiO2-Träger) werden.In the clear supernatant of the digestion solution 2 and 1% of the amount of ruthenium contained on the catalyst were recovered (SnO 2 - or TiO 2 carrier). In the downstream HCl wash bottle 76% and 73% of the amount of ruthenium contained on the catalyst were recovered (SnO 2 - or TiO 2 carrier) are.
In der NaOH- Waschflasche konnte kein Ruthenium nachgewiesen werden.Ruthenium could not be detected in the NaOH wash bottle.
Beispiel 6Example 6
Aufschluss von Rutheniumoxidchlorid-Katalysator (SnO2 bzw. TiO2-geträgert) - NaOH / Na2CO3 / KNOrSchmelzeDigestion of ruthenium oxide chloride catalyst (SnO 2 or TiO 2 supported) - NaOH / Na 2 CO 3 / KNOR melt
Beispiel 5 wurde mit einer Einwaage von 5 g NaOH / 4 g Na2CO3 statt 9 g NaOH wiederholt - Der Ablauf und die Aufarbeitung erfolgten analog dem Beispiel 5.Example 5 was repeated with a weight of 5 g NaOH / 4 g Na 2 CO 3 instead of 9 g NaOH - The procedure and the work-up were carried out analogously to Example 5.
In dem klaren Überstand der Aufschlusslösung wurden 1 bzw. 3 % der auf dem Katalysator enthaltenen Ruthenium-Menge wiedergefunden (SnO2- bzw. Tiθ2-Träger). In der nachgeschalteten HCl-Waschflasche konnten 82 % bzw. 79 % der auf dem Katalysator enthaltenen Ruthenium- Menge wiedergefunden (Snθ2- bzw. Tiθ2-Träger) werden. In the clear supernatant of the digestion solution 1 and 3% of the amount of ruthenium contained on the catalyst were recovered (SnO 2 - or Tiθ 2 support ). In the downstream HCl wash bottle could be recovered 82% and 79% of the amount of ruthenium contained on the catalyst (Snθ 2 - or Tiθ 2 carrier).

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Rückgewinnung von Ruthenium in Form von Rutheniumhalogenid, insbesondere Rutheniumchlorid, aus einem rutheniumhaltigen geträgerten Katalysatormaterial mit wenigstens folgenden Schritten:A process for the recovery of ruthenium in the form of ruthenium halide, in particular ruthenium chloride, from a ruthenium-containing supported catalyst material having at least the following steps:
a) chemischer Aufschluss des Katalysatormaterials,a) chemical decomposition of the catalyst material,
b) Herstellen einer rohen Rutheniumsalzlösung,b) preparing a crude ruthenium salt solution,
c) Reinigung der rohen Rutheniumsalzlösung, gegebenenfalls durch Austreiben von gasförmigem Rutheniumtetraoxid aus der Lösung,c) purifying the crude ruthenium salt solution, optionally by expelling gaseous ruthenium tetraoxide from the solution,
d) anschließende Behandlung der in c) erhaltenen gereinigten Rutheniumverbindung, insbesondere des Rutheniumtetraoxids mit Halogenwasserstoff oderd) subsequent treatment of the purified ruthenium compound obtained in c), in particular of the ruthenium tetraoxide with hydrogen halide or
Halogenwasserstoffsäure zur Gewinnung von Rutheniumhalogenid, insbesondere mit Chlorwasserstoff oder Salzsäure zur Gewinnung von Rutheniumchlorid.Hydrohalic acid for the recovery of ruthenium halide, in particular with hydrogen chloride or hydrochloric acid for the production of ruthenium chloride.
2. Verfahren zur Rückgewinnung von Ruthenium in Form von Rutheniumhalogenid, insbesondere Rutheniumchlorid aus einem rutheniumhaltigen geträgerten Katalysator- material mit wenigstens folgenden Schritten:2. A process for the recovery of ruthenium in the form of ruthenium halide, in particular ruthenium chloride, from a ruthenium-containing supported catalyst material having at least the following steps:
a') Aufschluss des Katalysatormaterials durch Behandeln des Materials bei einer Temperatur oberhalb von 6000C in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre unter Zugabe von Ozon und/oder Chlor und/oder Chlorwasserstoff zum Austreiben des Rutheniums als flüchtige gereinigte Rutheniumverbindung,a ') digesting the catalyst material by treating the material at a temperature above 600 0 C in an oxygen-containing atmosphere with the addition of ozone and / or chlorine and / or hydrogen chloride to expel the ruthenium as a volatile purified ruthenium compound,
b') anschließende Behandlung der in a') erhaltenen gereinigten Rutheniumverbindung, insbesondere eines Rutheniumtetraoxids mit Halogenwasserstoff oder Halogenwasserstoffsäure zur Gewinnung von Rutheniumhalogenid, insbesondere mit Chlorwasserstoff oder Salzsäure zur Gewinnung von Rutheniumchlorid.b ') subsequent treatment of the purified ruthenium compound obtained in a'), in particular a ruthenium tetraoxide with hydrogen halide or hydrohalic acid, to obtain ruthenium halide, in particular with hydrogen chloride or hydrochloric acid, to obtain ruthenium chloride.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Sauerstoff im Aufschlussgas beim Aufschluss a') 1 bis 30 Vol.-%, insbesondere 2 bis 20 Vol.-%, der3. The method according to claim 2, characterized in that the proportion of oxygen in the digestion gas in the digestion a ') 1 to 30 vol .-%, in particular 2 to 20 vol .-%, the
Gehalt von Chlor bis zu 95 Vol.-%, der Gehalt von Chlorwasserstoff bis zu 95 Vol.-% und der Gehalt von Ozon bis zu 20 Vol.-% beträgt.Content of chlorine up to 95 vol .-%, the content of hydrogen chloride up to 95 vol .-% and the content of ozone up to 20 vol .-%.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial vor dem Aufschluss a) oder a') zur Reduktion der Rutheniumverbindung einer Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre ausgesetzt wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the catalyst material prior to the digestion a) or a ') for the reduction of the ruthenium compound is exposed to a hydrogen-containing atmosphere.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial vor dem Aufschluss a) oder a') insbesondere durch Aussetzen einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre von Schwefelverbindungen gereinigt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the catalyst material before the digestion a) or a ') is purified in particular by exposure to an oxygen-containing atmosphere of sulfur compounds.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial aus einem gebrauchten Katalysator für die Gasphasenoxidation von6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the catalyst material from a used catalyst for the gas phase oxidation of
Chlorwasserstoff mit Sauerstoff oder einem gebrauchten Elektrodenmaterial für die Elektrolyse stammt.Hydrogen chloride comes with oxygen or a used electrode material for electrolysis.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial als Trägermaterial ein Material aus der Reihe: Zinndioxid, Siliziumdioxid, Graphit, Titan, Titandioxid mit Rutil- oder Anatas-Struktur, Zirkondioxid,7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the catalyst material as support material, a material from the series: tin dioxide, silica, graphite, titanium, titanium dioxide with rutile or anatase structure, zirconium dioxide,
Aluminiumoxid, Kieselerde, Kohlenstoffnanoröhrchen, Nickel, Nickeloxid, Siliziumcarbid und Wolframcarbid oder deren Gemische, bevorzugt Zinndioxid, Titandioxid, Zirkondioxid, Aluminiumoxid enthält.Alumina, silica, carbon nanotubes, nickel, nickel oxide, silicon carbide and tungsten carbide or mixtures thereof, preferably tin dioxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, alumina.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial Ruthenium als Metall oder in Form einer Rutheniumverbindung ausgewählt aus der Reihe: Rutheniumoxid, Rutheniumchlorid, Rutheniumoxidchlorid enthält.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the catalyst material contains ruthenium as metal or in the form of a ruthenium compound selected from the series: ruthenium oxide, ruthenium chloride, ruthenium oxide chloride.
9. Verfahren nach einem -der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt d) gewonnene Rutheniumhalogenid, insbesondere Rutheniumchlorid zur Herstellung von neuem Katalysator- bzw. Elektrodenmaterial wiedereingesetzt wird, insbesondere als9. The method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the recovered in step d) ruthenium halide, in particular ruthenium chloride for the production of new catalyst or electrode material is reused, in particular as
Ruthenium-, Rutheniumoxid-, Rutheniumchlorid- oder Rutheniumoxidchlorid-Katalysator auf einem Träger oder als Elektrodenbeschichtung.Ruthenium, ruthenium oxide, ruthenium chloride or ruthenium oxide chloride catalyst on a support or as an electrode coating.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Ruthenium im Katalysatormaterial bis zu 10 Gew.-%, insbesondere 1 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 1,5 bis 4 Gew.-% beträgt.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the content of ruthenium in the catalyst material up to 10 wt .-%, in particular 1 to 5 wt .-%, particularly preferably 1.5 to 4 wt .-% is ,
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Ruthenium in dem als Katalysatormaterial eingesetzten Elektrodenbeschichtungsmaterial (Coating) bis zu 50 Gew.-%, insbesondere 30 bis 45 Gew.-%, besonders bevorzugt 35 bis 40 Gew.-% bezogen auf die Beschichtung beträgt.1 1. A method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the content of ruthenium in the electrode coating material used as a catalyst material (coating) up to 50 wt .-%, in particular 30 to 45 wt .-%, particularly preferably 35 to 40 wt .-% based on the coating.
12. Verwendung der aus einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 erhaltenen zurückgewonnenen Rutheniumverbindung als Katalysator- bzw. Elektrodenmaterial, insbesondere als Ruthenium-, Rutheniumoxid-, Rutheniumchlorid- oder Rutheniumoxidchlorid-Katalysator auf einem Träger oder als Elektrodenbeschichtung. 12. Use of the obtained from a method according to any one of claims 1 to 1 1 recovered ruthenium compound as a catalyst or electrode material, in particular as ruthenium, ruthenium, ruthenium or ruthenium on a support or as an electrode coating.
13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 erhaltene Rutheniumverbindung, insbesondere Rutheniumchlorid als Spuren in der Summe einen Gehalt an Si, Ca, Mg und Al: von höchstens 220 ppm, besonders bevorzugt von höchstens 150 ppm, einen Gehalt an Rh, Ir, Pt und Pd in der Summe von höchstens 250 ppm, besonders bevorzugt von höchstens 150 ppm, einen Gehalt an Cu von höchstens 25 ppm, besonders bevorzugt von höchstens 15 ppm und einen Gehalt an K, Na, Fe von jeweils höchstens 125 ppm, besonders bevorzugt von höchstens 100 ppm aufweist. 13. Use according to claim 12, characterized in that the ruthenium compound obtained by the process according to any one of claims 1 to 1 1, in particular ruthenium chloride as a trace in the sum of a content of Si, Ca, Mg and Al: of at most 220 ppm, especially preferably of not more than 150 ppm, a content of Rh, Ir, Pt and Pd in the sum of at most 250 ppm, more preferably of at most 150 ppm, a content of Cu of at most 25 ppm, more preferably of at most 15 ppm and a content of K, Na, Fe in each case at most 125 ppm, particularly preferably at most 100 ppm.
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