眾所周知, 隸屬于鉑族金屬的銥的穩定性極高, 而且, 即使處于2000℃的高溫情況下, 也不會因為氧化而嚴重損傷。由于鉑族金屬資源的稀少, 其價格較為昂貴, 因此, 其廢料回收具有非常高的研究價值和經濟價值。
1 鉑銥合金的溶解
銥在鉑族金屬之中是最難溶解的金屬, 屬于惰性金屬。當銥含量超過10%時, 銥與鉑制成的合金, 甚至王水都很難將其溶解。而鉑—銥合金廢料的溶解是目前回收鉑—銥合金的重要手段之一?？梢约尤胍欢ū壤幕罨饘僭龠M行高溫熔融, 同時, 然后再用鹽酸對于活化金屬進行浸出操作, 此時鉑銥將形成活性極高的粉末狀 (呈現黑色) 。通過以上步驟形成的生成物——活化后的鉑銥粉末, 則極容易被王水溶解。
1.1 鋅碎化
眾所周知, 鋅與鉑銥特別容易形成合金, 重要原因在于其熔點為419.5℃。同時, 因為鋅非常容易氧化揮發, 而且隨著熔融的溫度的升高, 揮發速度越快。當碎化熔融溫度高于900℃時, 則會形成白色的氧化鋅揮發物。當硫化化熔融溫度高于1200℃時, 則鋅會由于氧化而劇烈燃燒, 操作起來具有一定的危險性。而對于鉑銥合金而言, 其熔點較高, 大于1800℃。當碎化溫度在約為800℃～1000℃時, 鋅對于鉑—銥合金化速度相對較慢, 需要較長時間的保溫與熔融, 而且, 從碎化的整體效果來看, 也不是非常理想。
1.2 錫碎化
錫的熔點約為231.9℃, 通常極易與鉑銥形成金屬間化合物。目前, 我國國內研究人員在實驗過程之中, 通常為了克服鋅易氧化和揮發的特性, 而嘗試的采用了錫碎化鉑銥合金廢料進行鉑銥分離提純的方法。雖然在避免鋅氧化和揮發的缺點, 但是, 在具體的操作過程之中, 又出現了新的問題。例如, 用鹽酸溶解碎化后的錫, 相對反應速度很慢, 而且不易溶解, 因此, 其生成物——活化的鉑銥粉中的錫的含量相對較多。同時, 由于錫金屬本身具有的特性, 例如, 錫具有兩性特點, 同時又極不容易分離, 這對于日后的鉑銥的分離提純帶來了非常大的困難。這點需要我們的研究人員加以重視。
1.3 鋁碎化
鋁的熔點約為660.4℃, 是一種常見的金屬元素。通常條件下, 非常容易與鉑銥互溶。但是, 鋁不容易揮發, 同時, 也不存在后續精煉等問題, 鋁與鉑族金屬發生反應過程之中是放熱反應, 其碎化的溫度甚至可以達到1300℃以上, 通常條件下, 碎化時間較短, 從能源的節約方面來考慮的話, 具有很大的優勢。同時, 將鋁作為活化金屬進行反應時, 其反應的產物活化的鉑銥粉中的鋁的含量較低, 而且, 在后面的精煉過程之中, 鋁比較容易分享。
1.4 電化學溶解
所謂“電化學溶解”是指“利用過量的濃鹽酸、高電流密度, 石墨作電極, 通入交流電能使難溶的鉑銥合金溶解”。其溶解速度通常與溫度、電解質濃度、物料表面的面積和電流密度有關。目前, 我國的研究人員在此領域之中經過長期的實驗, 已經獲得了很多研究成果。但是, 仍未最終實現產業化。電化學溶解法的優勢在于其在溶解的過程之中沒有新的雜質的混入, 可以避免二次污染同時, 電解液可以不再經過加工直接進入到后面的精練過程之中。但是, 任何一種方法都是不是十全十美的, 其缺點就在于溶解速度較慢, 需要耗費大量的時間。
2 鉑銥的回收
目前鉑—銥合金廢料通常采用的是鉑銥分享技術處理, 進而產生出銥粉和海綿鉑。在傳統的回收工藝之中, 通常有許多缺點, 例如, 生產周期長、工藝冗長, 進而直接導致了鉑銥的回收率相對較低。一般為鉑的直收率為85%, 銥的直收率低于70%。
2.1 對于鉑—銥合金廢料的收集
在收集鉑—銥合金廢料時需要特別的注意, 由于鉑與銥的不分離特性, 因為很容易混有其他的廢料。
2.2 活化溶解過程
一般對于專門收集的鉑—銥合金廢料活化溶解過程分為三個主要步驟:第一, 碎化, 按鋁和鉑—銥合金廢料為6∶1的比例進行合作配料, 同時, 在中頻爐之中加熱使其熔化, 終點溫度控制在1300℃。需要注意的是不能夠剛到1300℃, 而是應當保溫約30min后澆入鐵盤之中使之冷卻。第二, 用1∶1的鹽酸溶解鋁, 使鋁廢液之中鉑的含量小于0.0005g/l、銥的含量小于0.0001g/l。第三, 用王水溶解生成的高活性的鉑銥粉末 (呈現黑色) , 過濾后再濃縮趕硝。最后, 過濾王水之中的不溶渣, 并加入其他鉑含量較低的廢料, 通過锍捕集—鋁熱活化專利技術處理進行二次處理。
2.3 離子交換過程與氯化銨沉淀鉑銥
在廢液之中, 鉑族元素主要是以絡陰離子的形式存在的, 而低級金屬則是以陽離子的形式存在的。通過置換, 可以使各類金屬分離。同時, 也可以采用強酸型離子交換樹脂除去鉑銥溶液中的賤金屬雜質 (例如, 鎂、鈣、銅、鐵等) 其交換條件為:“鉑+銥=20～40g/l, 流速500～800m L/min, pH=0.5～1.5。”交換三次后, 可以用ICP測定其中所含的元素比率。研究表明, 經過三次交換后, 鉑銥黑色粉末基本上能夠達到99.95%的要求。在后續提純過程之中, 可以先加入氧化劑 (例如:NaBrO3、H2O2、Cl2、HNO3等) , 注意在選擇加入的氧化劑的同時, 切記不可帶入新的雜質。沉淀物經過結晶、煅燒和過氫還原, 即可得到鉑銥粉末。至此提純完成。
3 結語
通過對于以上提純的基本步驟的闡述, 筆者發現對于采用鋁碎化活化鉑—銥合金廢料的效果相對較好。據相關研究表明, 鉑的溶解率可以達到大于99.8%, 而銥的溶解率也可以超過99.6%。同時, 由于鉑與銥金屬的相對不分散等特性, 使得采用陽離子樹脂交換除去低級金屬雜質 (例如, 銅、鉛、鐵, 等) 成為可能, 并且效果較好。在整個工藝的分析過程之中, 我們可以明顯的看到, 其生產周期較短、同時回收率較高。最終的產物鉑—銥混合粉末可以很好的用于制造新的鉑—銥合金材料, 達到了環保和提高經濟效益的目標。
摘要：本文介紹了用鉑銥不分離的方法處理鉑—銥合金廢料的工藝。工藝包括鋁碎化活化, 離子交換除賤金屬雜質過程。鉑的直收率達到98.64%, 銥的直收率達到95.02%, 得到的鉑銥混合粉經過配料制造新的鉑—銥合金材料。
關鍵詞：鉑—銥合金,廢料,回收,鉑,銥
參考文獻
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