从汽车尾气废催化剂浸出液中提取钯试验研究_戴雨彤.pdf

第4 2卷第3期(总第1 8 9期)2 0 2 3年6月湿法冶金H y d r o m e t a l l u r g yo fC h i n aV o l.4 2N o.3(S u m.1 8 9)J u n e2 0 2 3从汽车尾气废催化剂浸出液中提取钯试验研究戴雨彤1,2,刘建朋1,2,冯绍平1,2,3,吴 娜1,2,3,范兴祥1,2,3(1.红河学院 化学与资源工程学院,云南 蒙自 6 6 1 1 9 9;2.云南省东南亚稀贵金属新材料国际联合实验室,云南 蒙自 6 6 1 1 9 9;3.云南省高校失效贵金属催化剂清洁提取与高值化工程研究中心,云南 蒙自 6 6 1 1 9 9)摘要:研究了用自制二异戊基硫醚(S 2 0 1)作萃取剂,从含贵金属汽车尾气废催化剂浸出液中回收钯。考察了有机相组成、萃取相比Vo/Va、搅拌速度、萃取时间对萃取分离钯的影响。结果表明:在萃取有机相为1 2.5%S 2 0 1+8 7.5%磺化煤油、相比Vo/Va=1/5、搅拌速度7 0 0r/m i n、萃取时间3 0m i n条件下,钯萃取率达9 0%;铂、铑留在萃余液中,钯与铂、铑得到有效分离;合成的S 2 0 1循环使用8次后,钯萃取率达9 0%以上,重复使用性能良好。该法工艺简单,操作简便,可从低浓度汽车尾气废催化剂浸出液中高效萃取分离钯。关键词:汽车尾气废催化剂;浸出液,萃取;分离;钯;铂;铑中图分类号:T F 8 0 4.2;T F 8 0 3.2 3;T F 8 3 6 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 9-2 6 1 7(2 0 2 3)0 3-0 2 5 2-0 6 D O I:1 0.1 3 3 5 5/j.c n k i.s f y j.2 0 2 3.0 3.0 0 6收稿日期:2 0 2 2-1 0-3 1基金项目:云南省重点研发计划项目(2 0 2 2 0 3 A P 1 4 0 0 2 6),云南省教育厅科学研究基金资助项目(2 0 2 1 J 0 5 4 6),红河学院校级大学生创新创业项目(D C X L 2 0 0 0 5 8)。第一作者简介:戴雨彤(2 0 0 0),女,本科,主要研究方向为稀贵金属分离、二次资源综合回收及利用。通信作者简介:范兴祥(1 9 7 4),男,博士,研究员,主要研究方向为稀贵金属二次资源的综合回收及利用。E-m a i l:1 1 9 1 4 8 3 6 6 1 q q.c o m。引用格式:戴雨彤,刘建朋,冯绍平,等.从汽车尾气废催化剂浸出液中提取钯试验研究J.湿法冶金,2 0 2 3,4 2(3):2 5 2-2 5 7.铂族金属是重要战略资源之一。我国目前已探明铂族金属矿产资源有限,而随着新能源产业的大力发展,铂、钯、铑资源需求越来越大,使铂族金属市场长期处于需求大于供给状态。由于自然资源中铂族金属的供应无法满足需求,从二次资源中提取铂族金属成为铂的主要来源,且越来越受到关注1-4。目前,从汽车尾气废催化剂浸出液中分离回收铂族金属成为了研究热点之一5-8。从汽车尾气废催化剂浸出液中分离回收铂、钯、铑的方法主要有金属置换法、沉淀法、溶剂萃取法、液膜分离法、离子交换法等9-1 3。其中,溶剂萃取法与其他方法相比具有操作简便、金属分离效果较好、产品纯度 高、易 实 现 工 业 化 等 优 点,应 用 更 为广泛1 4-1 7。试验研究了用自制二异戊基硫醚(S 2 0 1)萃取剂从汽车尾气废催化剂浸出液中提取钯,使之与铂、铑有效分离,以期达到从失效汽车催化剂浸出液中高效回收钯的目的,同时实现清洁生产。1 试验部分1.1 试验原料及试剂料液:汽车尾气废催化剂浸出液,透明浅黄色溶液,由云南某贵金属回收公司提供,主要化学成分见表1。表1 料液的主要化学成分m g/LN a+F e3+N i2+C u2+A l3+M g2+C a2+P d2+P t4+R h3+8 1.3 54 5.2 32 3.5 63 1.1 22 9.0 84 7.6 41 0.2 51.6 72.6 60.0 6第4 2卷第3期戴雨彤,等:从汽车尾气废催化剂浸出液中提取钯试验研究 二异戊基硫醚(S 2 0 1):实验室合成萃取剂。有机相组成:S 2 0 1+磺化煤油(稀释剂),磺化煤油为工业纯。主要试剂:九水硫化钠、溴代异戊烷,均为分析纯,用于合成S 2 0 1萃取剂,购于上海泰坦科技股份有限公司;硫脲,分析纯,用作反萃取剂,购于 天 津 市 风 船 化 学 试 剂 科 技 有 限 公 司。铂、钯、铑等标准溶液,用于配制标准溶液以测定各元素含量,购于国家有色金属及电子材料分析测试中心。1.2 试验仪器及设备电感耦合等离子体质谱仪(I C P-M S),I C P-M S-2 0 3 0型,日本岛津公司;磁力搅拌器,I K AR O 5型,德国I KA公司;电子分析天平,P 2 0 0 4型,奥豪斯仪器(上海)有限公司;旋转蒸发仪,D F-1 0 1 S型,上海力邦西仪器科技有限公司;恒温油浴锅,C P 2 2 4 C型,奥豪斯仪器(上海)有限公司;p H计,P H S-3 D型,上海雷磁仪器有限公司。1.3 试验及分析方法萃取试验:室温下,将2 0m L料液和4m L有机相加入烧杯中,将烧杯置于磁力搅拌器上。在一定搅拌速度下,萃取一定时间。待萃取达到平衡后,用电感耦合等离子体质谱仪测定萃余液中铂、钯、铑浓度,用差值法计算金属萃取率。计算公式为rB=B-B 1B1 0 0%。(1)式中:rB金属萃取率,%;B料液中金属离子质量浓度,g/L;B 1萃取达到平衡时萃余液中金属离子质量浓度,g/L。分配比计算公式为D=B 2B 1。(2)式中:D分配比;B 2萃取达到平衡时有机相中金属离子质量浓度,g/L。分离系数的计算公式为=DtDc。(3)式中:分离系数;Dt目标金属离子分配比;Dc其他离子分配比。反萃取试验:室温下,将2 0m L负载钯有机相与2 0m L反萃取剂硫脲按一定体积比加入到烧杯中,将烧杯置于磁力搅拌器上搅拌3 0m i n。待反萃取反应结束后,用电感耦合等离子体质谱仪测定反萃取液中钯离子浓度,计算钯反萃取率,计算公式为s=aVaoVo1 0 0%。(4)式中:s钯反萃取率,%;a反萃取液中 钯离子质量浓度,g/L;Va反萃取液体积,L;o有机相 中 钯 离 子 质 量 浓 度,g/L;Vo有 机 相 体积,L。2 试验结果与讨论2.1 S 2 0 1萃取分离钯2.1.1 S 2 0 1体积分数对萃取分离钯的影响在萃取相比Vo/Va=1/5、搅拌速度7 0 0r/m i n、萃取时间3 0m i n条件下,S 2 0 1体积分数对铂、钯、铑萃取率 的影 响 试 验 结 果 如 图1所 示,对钯与铂、铑 分 离 系 数 的 影 响 试 验 结 果 如 图2所示。图1 S 2 0 1体积分数对铂、钯、铑萃取率的影响 由图1看出:有机相中萃取剂S 2 0 1体积分数在2.5%3 0%范围内,随S 2 0 1体积分数增大,钯萃取率逐渐升高,S 2 0 1体积分数增至1 2.5%时,钯萃取率为9 2.9 6%;而随S 2 0 1体积分数增大,铂萃取率始终维持在3.0%左右,铑萃取率均低于1.0%。这说明料液中大部分钯被选择性萃取至有机相,而铂、铑基本都保留在萃余液中,钯和铂、铑得到有效分离。S 2 0 1对钯具有较高的选择性萃取性能,是由于S 2 0 1中的硫原子可与料液中的钯配 位,生 成 中 性 的 配 位 化 合 物;而 料 液 中铂、铑的主要存在形式分别为P t C l2-6和R h C l3-6,均难以被S 2 0 1有效萃取,导致铂、铑萃取率均较低1 8。S 2 0 1体积分数大于1 2.5%时,钯萃取率达9 0%以上,所以,试验确定萃取有机相组成为1 2.5%S 2 0 1+8 7.5%磺化煤油。352 湿法冶金 2 0 2 3年6月图2 S 2 0 1体积分数对钯与铂、铑分离系数的影响 由图2看出:随S 2 0 1体积分数增大,钯与铂分离系数逐渐增大,说明有机相中S 2 0 1体积分数越大,对钯和铂萃取分离效果越显著;随S 2 0 1体积分数增大,钯与铑分离系数稍有降低,但均在10 0 0以上,说明钯、铑之间的分离效果较好。综上所述,说明通过控制萃取剂S 2 0 1体积分数,可实现钯与铂、铑的有效分离。2.1.2 萃取相比Vo/Va对萃取分离钯的影响在有机相组成为1 2.5%S 2 0 1+8 7.5%磺化煤油、萃取速度7 0 0r/m i n、萃取时间3 0m i n条件下,萃取相比Vo/Va对铂、钯、铑萃取率的影响试验结果如图3所示,对钯与铂、铑分离系数的影响试验结果如图4所示。图3 萃取相比Vo/Va对铂、钯、铑萃取率的影响 由图3看出:随相比增大,钯萃取率逐渐升高,而铂、铑萃取率变化不大;相比Vo/Va=1/5时,钯萃取率达9 0%以上,继续增大相比,钯萃取率升幅不大。相比作为影响溶剂萃取的重要因素之一,一般情况下,较大相比有利于金属离子萃取,但相比过大会增大有机相消耗量,使成本增大,同时还会污染环境1 9。因此,试验确定适宜的萃取相比为Vo/Va=1/5。图4 萃取相比Vo/Va对钯与铂、铑分离系数的影响 由图4看出:随萃取相比增大,钯与铂、铑的分离系数增大,钯与铂、铑的分离效果较好。这是由于相比越大越有利于钯的萃取,而铂、铑的萃取率变化不大,使得钯与铂、铑的分离系数均随相比增大而逐渐增大。相比Vo/Va大于1/5后,钯与铑分离系数继续增大,但钯与铂的分离系数趋于稳定。综上所述,萃取相比Vo/Va=1/5时,可实现钯与铂、铑的有效分离。2.1.3 搅拌速度对萃取分离钯的影响在萃 取 相 比Vo/Va=1/5、有 机 相 组 成 为1 2.5%S 2 0 1+8 7.5%磺化煤油、萃取时间3 0m i n条件下,搅拌速度对铂、钯、铑萃取率的影响试验结果如图5所示,对钯与铂、铑分离系数的影响试验结果如图6所示。图5 搅拌速度对铂、钯、铑萃取率的影响 由图5看出:搅拌速度在2 0 08 0 0r/m i n范围内,随搅拌速度增大,钯萃取率升高,而铂、铑萃取率基本没有变化,且均小于3.0%。一般而言,搅拌速度越大,油水两相接触面积越大,反应越充分。所以,随搅拌速度增大,钯萃取率逐渐升高,而搅拌速度并未对铂、铑萃取率产生较大影响,这主要是由于铂、铑难以被S 2 0 1萃取,因此,萃取率均保持在较低水平2 0。搅拌速度为7 0 0r/m i n452第4 2卷第3期戴雨彤,等:从汽车尾气废催化剂浸出液中提取钯试验研究时,钯萃取率达9 0%以上。因此,试验确定适宜的搅拌速度为7 0 0r/m i n。图6 搅拌速度对钯与铂、铑分离系数的影响 由图6看出:随搅拌速度增大,钯与铂、铑的分离系数均逐渐增大。这是因为搅拌速度越大越有利于钯萃取,而铂、铑萃取率均变化不大,使得钯与铂、铑的分离系数随搅拌速度增大而逐渐增大,综上所述,通过控制搅拌速度,可实现钯与铂、铑的有效分离。2.1.4 萃取时间对萃取分离钯的影响在有机相组成为1 2.5%S 2 0 1+8 7.5%磺化煤油、萃取相比Vo/Va=1/5、搅拌速度7 0 0r/m i n条件下,萃取时间对铂、钯、铑萃取率的影响试验结果如图7所示,对钯与铂、铑分离系数的影响试验结果如图8所示。图7 萃取时间对铂、钯、铑萃取率的影响 由图7看出:萃取时间在6 0m i n内,随萃取时间延长,钯萃取率升高,而铂、铑萃取率基本没有变化,且均较小。这是因为萃取时间越长,油水两相反应越充分,钯萃取率越大,而铂、铑难以被S 2 0 1萃取,因此,铂、铑萃取率随萃取时间延长变化不大2 0。萃取时间大于3 0m i n时,钯萃取率达9 0%以上。因此,试验确定适宜萃取时间为3 0m i n。图8 萃取时间对钯与铂、铑分离系数的影响 由图8看出:随萃取时间延长,钯与铂、铑的分离系数均增大。由于钯萃取率随萃取时间延长而升高,而铂、铑萃取率变化均不大。因此,萃取