废催化剂回收贵金属工艺及前处理技术分析

梅 昆

（宁波华研节能环保安全设计研究有限公司，浙江 宁波 315800）

在当前化工业的发展过程中，催化剂往往占有不可或缺的地位，但是随着周期的不断加长，化学反应过程中使用的催化剂活性很可能会由于温度过高、发生烧结等等情况而大大降低，同时也会由于污染物的聚集而导致催化剂孔道阻塞，此时就需要对其加以更换[1]。在制备催化剂的过程中，使用贵金属作为其成分可以大大提高其活性和耐久性，虽然随着催化剂的使用其组分可能产生变化，但是其中贵金属的含量并不会发生改变。全世界每年都会产生大量的废催化剂，其中含有许多的贵金属，包括铂、铑、钯等等，从废催化剂中将这些贵金属提取出来不仅能够保证资源的充分利用，同时还能保护环境。

1 废催化剂回收贵金属工艺

（1）废催化剂中铂的回收。就目前来看，化学工业上所使用的大多都是以Al2O3为载体的Pb催化剂，在石油重整过程中，催化剂的活性会随着使用不断减弱，但是其中铂的含量以及状态并不会发生改变。因此，从废催化剂中回收铂通常包括三类：第一，溶解铂金属法，这一类方法首先将废催化剂放在1000℃到1100℃中进行焙烧，以此除去其表面的杂质，再使用王水将废催化剂中的铂溶解出来，溶解铂金属法的优点在于它能够保护三氧化二铝载体，但是缺点就是难以完全溶解铂，贵金属回收率并不高。第二，溶解载体法，此类方法利用了三氧化二铝在盐酸和硫酸中的可溶性，以及金属铂的不溶性，将其留于滤渣中，再使用王水进行溶解，虽然溶解载体法能够提高金属铂的回收率，但是其缺点在于操作手段较为复杂。第三，载体-铂金共溶法，此类方法是将金属铂与三氧化二铝进行完全溶解，再用离子交换树脂来吸附金属铂，具体操作步骤如下，首先焙烧废催化剂，然后用盐酸和氧化剂的混合物浸泡，用树脂进行吸附得到氯化铝溶液以及载铂树脂，用解吸剂进行解吸，用盐酸酸化，氧化剂氧化，再用沉铂剂进行将金属铂沉淀出来，最后精制得到质量分数为99.98%的海绵铂，这一工艺能够用于处理所有以三氧化二铝为载体的含铂废催化剂，同时能够有效回收金属铂和铝，能够用于工业化，金属回收率也比较高，这整个工艺并无污染，残渣也能得到良好的利用[2]。

（2）废催化剂中铑的回收。含铑催化剂在许多工业反应中都有着良好的应用，包括尾气净化、燃料电池等等领域。就目前来看，可以用来制备催化剂的有铑粉、硝酸铑以及水合三氯化铑，从废催化剂中提取铑粉并制备得到水合三氯化铑主要从以下几个方面进行。第一，铑粉的回收工艺流程主要包括以下几个步骤：首先焚烧含铑的废催化剂，再用KHSO4进行熔融处理，加氨水得到Rh（OH）3沉淀，用盐酸进行反应得到Rh3+盐溶液，再电解还原得到粗铑粉，这一环节较为重要，在很大程度上影响着金属铑的回收率，再经过一系列酸洗、水洗、焙烧最终得到纯铑粉，其纯度大于99.5%。第二，制备水合三氯化铑的方法，由于三氯化铑在各个工业结构中的用途有一定的不同，因此所使用的制备手段也有所不同，比方说有一部分催化剂对于原料并没有过多的要求，所以可以使用一些比较简便的手段。首先是热压分解法，此类方法按照容器的不同分为不同的方式，在容器中加入王水并高温加热来溶解金属铑，但是其缺点在于反应速度较慢，难以保证安全性。其次是微波消解法，这类方法是将金属铑在密闭容器中进行加热处理，其优点在于反应速度较快，但是缺点在于不适合于工业化应用[3]。

（3）废催化剂中钯的回收。当前有许多的催化剂中都含有金属钯，这些都被广泛应用于石油化工反应过程中，以下对几类金属钯的回收方式进行分析。第一，Pd/Al2O3催化剂中回收金属钯，首先是焙烧浸出法，此类方法先对废催化剂进行高温焙烧从而将其中的杂质除去，然后用王水溶解得到滤液，经过还原、王水溶解、沉淀、加氢煅烧得到粗钯。焙烧浸出法的优点在于能够很好地提高金属钯的浸出率，但是其缺点在于流程过长，也会耗费较多的成本，会腐蚀设备，因此很少被用于工业化。其次是电解法，这类方法是将含钯的废催化剂溶解于含双氧水的盐酸中，并将溶解得到的溶液进行电解处理，此方法要求在电解池中进行反应，操作手段较为繁杂，容易消耗大量的成本。最后是氯代烃法，这类方法的具体操作步骤是对废催化剂进行焙烧处理，并除去杂质，再放入到放置到石英管中，让含钯的废催化剂与有机氯代烃进行化学反应，从而得到钯氯化物，回收得到一类棕红色的粉末，经过研究发现，当反应温度在五百摄氏度时，其回收率达到最高。实际上，氯代烃法的回收率较高，也不会对载体造成损害，所以载体还可以进行二次利用，但是值得注意的是，此类方法对于反应设备的要求较高，设备材质必须是防腐蚀性的。第二，Pb/活性炭催化剂回收金属钯，这一类废催化剂具有较高的吸水率，因此要先进行干燥处理，再放入到马弗炉中进行焙烧，将炭完全烧掉，并用甲酸进行还原处理，再用王水进行浸出以及过滤处理，之后加入浓氨水，再除去杂质，酸析，加入Pb(NH3)2Cl2进行沉淀结晶，之后再漂洗、烘干和焙烧就可以得到氯化钯。

2 废催化剂前处理技术

对于大多数的废催化剂来说，以上所描述的一系列工艺流程往往都没有进行前处理，而是直接进行催化剂的焙烧和溶解，在这一过程中烧结磁珠也会溶解，这在一定程度上加大了工艺难度，同时在一定程度上对后续的步骤增加了难度，所以在工艺流程中应该重视前处理技术。对于废催化剂来说，在脉动气流的作用下，能够较好地实现废催化剂的高效分离。主动脉动气流分选设备能够很好地分选废催化剂，并能够完全回收有价值的组分，这一设备在一定程度上能够达到连续工作，其分选效率也较高，在整个分选过程中也没有污染产生。通过主脉动气流分选装置能够对废催化剂混合物加以高效分选，在很大程度上降低了工艺流程的处理复杂程度，并且其磁珠还可以二次利用生成净水剂。

3 结语

综上所述，我国目前的废催化剂回收利用效率较低，同时也缺乏相应的技术投入，一些工艺、设备以及制作技术较为落后的地区来说，其废催化剂越难得到处理，造成的污染就更为严重。国内目前的催化剂利用水平并不高，在许多方面都与国外相差甚远，同时我国还缺乏有关的法律法规和组织机构对其加以约束，随着经济的不断增长，废催化剂的数量也大大增加，因此寻找一种有效的废催化剂回收贵金属工艺及前处理技术值得人们重视。本文探讨了废催化剂中铂、铑、钯的回收工艺并分析了前处理技术，以此帮助提高我国废催化剂的二次利用率。