[发明专利]一种湿法提取稀贵金属的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及湿法提取稀贵金属(包括贵金属、稀有金属)的装置和方法，更具体地涉及提取贵金属例如铂族金属、金和稀有金属例如钒和稀土金属的方法，尤其是提取废旧汽车催化剂中铂族金属和稀土，攀钢或承钢等钢铁厂高炉铁水吹炼所得钒渣中钒的装置和方法。

背景技术

中国铂族金属天然矿物资源储量极度匮乏，2008年查明的铂族金属资源储量为324.13吨，占世界总储量的0.46％。目前我国铂族金属年生产量约200公斤，远远不能满足国防和工业的需要，年需求量的90％以上依赖进口。因此，如何高效地从原料例如天然矿物质、废料等中提取贵金属有着非常重要的经济和社会效益。

近年来，随着我国汽车工业的高速发展，形成了大量的失效汽车尾气净化催化剂(简称汽车催化剂)，其中很大一部份是国外厂家生产的，原料来源于国外。国外生产的绝大部分汽车催化剂中铂族金属单质含量总和为0.1wt.％左右。汽车催化剂中Pt含量通常为300-1000ppm，Pd含量为200-800ppm，Rh含量为50-100ppm。目前中国一年产生500吨左右的失效汽车催化剂，含铂、钯、铑约600公斤，预计到2014年后，产生的失效汽车催化剂将达到5000吨，含铂、钯、铑超过6吨。2011年全世界93％Rh、82％Pd、48％Pt用于汽车尾气净化催化剂的制造，目前报废汽车催化剂在许多国家是第一位的铂族金属二次资源。除了铂族金属，报废汽车催化剂中还含有5wt.％左右镧和铈稀土氧化物。

另外，在石油化工等工业生产中也会产生失效铂族金属催化剂，也存在如何回收其中的铂族金属的难题。

绝大部分汽车催化剂载体是由抗热震性好的陶瓷材料做成，如堇青石，堇青石上还有氧化铝，起催化作用的铂族金属铂、铑、钯和催化助剂稀土镧和铈就负载在这样的载体上。报废汽车催化剂中铂族金属铂、铑、钯以金属单质或金属氧化物形式存在，稀土镧、铈以氧化物形式存在。所谓提取就是将催化剂中这些元素从固体中转移到溶液中。

常规地，用王水高温(95℃)湿法处理汽车催化剂，铂和铑的提取率分别不到60％和45％。尽管全世界提出了许多湿法提取报废汽车催化剂中铂、钯、铑的方法，这些方法一个共同不足是铑的提取率低，一般不超过50％。

目前国际上主要用等离子电弧炉在2000℃左右的高温火焰中将汽车催化剂进行熔炼，以提取其中的铂、钯、铑三种铂族金属。上述过程中形成的硅铁合金和铂族金属形成新的合金相Si-Fe-PGM，该物相具有极强的抗酸碱能力，不容易进行后续湿法处理，只有少数国家掌握此技术。尽管此过程铂族金属提取率高，但存在能耗大，步骤多，设备投资大等不足之处，很难被中小企业所应用。

为此本发明提出一种湿法高效提取报废汽车催化剂中铂、钯、铑以及稀土镧、铈的方法，此方法特点是能耗低，铂、钯、铑的提取率都在99％左右。

攀钢和承钢都使用钒钛磁铁矿，这些钢铁厂的高炉铁水经吹炼后产生了含钒高达7.3wt.％的钒渣。目前从钒渣中提钒主要通过800℃钠化焙烧和水浸，钒的提取率在80％左右。钠化焙烧主要用回转窑。这个提钒方法存在问题能耗大，设备投资和维护费用高和提钒率不高等难题。为此本发明提出一种湿法高效提取钒渣中钒的方法，此方法特点是能耗低，钒的提取率可达99％左右。

金属高压釜在工业上广泛用于含砷硫金矿中硫的氧化。由于高压釜一般由金属材料如钛或不锈钢或哈氏合金(Hastelloy)做成，高温下高压釜内部容易受到强酸的腐蚀，特别是盐酸和硝酸的腐蚀。为避免或减弱此类情况的发生，本发明提出的反应装置是将固体样品和强酸一道放入耐酸腐蚀、壁传热较好的玻璃瓶中，再将玻璃瓶一部分浸泡在高压釜内水(这水是中性水或弱碱性水)中，通过电或循环水加热高压釜内水，后者使玻璃瓶中酸溶液也被加热。尽管反应中玻璃瓶中有少部分酸会挥发进入高压釜内水中，但经釜内水(特别是弱碱性水)稀释后不会对釜内壁产生严重腐蚀。釜内装玻璃瓶是发明装置特点之一。

金属高压釜为保持密封，搅拌一般采用磁力驱动搅拌，但是高温下磁性材料磁性会减弱或完全消失，而且磁性材料在高温强酸蒸气中也会被腐蚀掉，因此高压釜高温强酸(特别是盐酸和硝酸)条件下搅拌是一难题。为此，本发明提出的反应装置是将高压釜固定在一水平摇动的摇床上，从而起到振荡玻璃瓶内液体混合物，加快浸出固体原料中稀贵金属的目的。高压釜放在摇床上摇动，从而起到搅拌样品的作用是发明装置特点之二。

发明内容