一种通过多次排渣捕集PGM二次资源中铂族金属的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过多次排渣捕集PGM二次资源中铂族金属的方法，包括以下步骤：(1)将PGM二次资源、铜捕集剂和造渣剂混合得到混合配料；(2)将步骤(1)中的混合配料在熔炼炉内进行熔炼，得到铂族金属

【技术实现步骤摘要】
一种通过多次排渣捕集PGM二次资源中铂族金属的方法


[0001]本专利技术属于冶金工程领域，尤其涉及一种捕集PGM二次资源中铂族金属的方法。

技术介绍

[0002]铂族金属(PGM)包含铂、钯、铑、锇、钌、铱6种元素，因其良好的催化活性与化学稳定性，PGM被广泛应用于化工、汽车、航天等领域。我国PGM资源贫乏，储量仅为127 吨，矿产资源存在品位低、开采难度大等问题。目前我国PGM供需矛盾突出，每年有98％以上的PGM需要从国外进口。为解决我国PGM自然资源匮乏与日益增长需求的矛盾，从PGM 二次资源中回收铂族金属具有重要意义。
[0003]PGM二次资源主要为失效汽车尾气催化剂、阳极泥、电子废弃物等，其中全球每年有超过60％的铂、钯、铑用于生产汽车尾气催化剂。中国汽车保有量居世界第一，已达到3.8亿辆，今后将会有大量汽车到达使用年限，每台报废汽车中约含1kg失效汽车尾气催化剂，其 PGM含量是自然矿物中的数千倍，2020年中国失效汽车催化剂中PGM总含量约为24t，具有巨大的经济价值。然而，我国对报废汽车尾气催化剂中的PGM回收起步晚，PGM二次资源并未得到有效回收利用。因此，亟需建立失效汽车尾气催化剂中PGM的高效回收技术。
[0004]火法富集是回收失效汽车尾气催化剂中PGM的关键环节，通过将含PGM的废催化剂与造渣剂(石灰石、硅石等)、捕集剂(铜、铁、铅)混合后，在高温下使PGM与捕集剂形成合金，失效汽车尾气催化剂载体与造渣剂形成熔渣，达到分离与富集的目的。由于火法捕集操作简单、工艺流程短、物料适用范围广，已被工业化应用。以铜作为捕集剂(铜捕集)时，可以在1300
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1500℃下进行熔炼，相较于铁捕集的熔炼温度(1600℃以上)更低，能耗更小，且铜捕集相较于铅捕集更加环保，铜捕集法回收失效汽车尾气催化剂中PGM引起了国内外研究者的广泛关注。
[0005]典型的采用铜捕集法工艺为以氧化铜为原料，配入碳质还原剂形成强还原气氛，将氧化铜还原成金属铜，利用还原滴落的铜捕集铂族金属。如专利CN107604165A公开了一种汽车尾气三元催化剂中铂族金属提取以及精炼的方法，该将失效汽车尾气催化剂与氧化铜、焦炭、 8
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15％CaO、8
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15％FeO混合成原料，原料在电弧炉内以1400
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1700℃熔炼2.5
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5h，得到炉渣与 PGM
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铜合金，完成熔炼后，熔渣从电弧炉排出，PGM
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铜合金转移至氧化炉；向氧化炉中通入富氧空气进一步富集合金中PGM，直到获得高浓度PGM
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铜合金；高浓度PGM
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铜合金经过电解得到铂、铑、钯合金与铜；铂、铑、钯合金经湿法提纯得到铂、铑、钯金属粉。该专利存在以下问题：(1)仅完成单次捕集，得到的铜合金中PGM浓度低，捕集效率低；(2) 该方法中配入碳质还原剂进行还原熔炼，CO2排放量较大，且强还原气氛会影响炉渣的组成，降低铜捕集铂族金属的捕集率。
[0006]综上，现行的利用铜捕集回收失效汽车尾气催化剂中PGM技术主要存在的问题为PGM 捕集效率低，合金中PGM浓度有待提高，亟需建立高效回收失效汽车尾气催化剂中PGM的新技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种可以实现PGM高效捕集的通过多次排渣捕集PGM二次资源中铂族金属的方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0008]一种通过多次排渣捕集PGM二次资源中铂族金属的方法，包括以下步骤：
[0009](1)将PGM二次资源、铜捕集剂和造渣剂混合得到混合配料；
[0010](2)将步骤(1)中的混合配料在熔炼炉内进行熔炼，得到铂族金属
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铜合金和炉渣；
[0011](3)将炉渣从熔炼炉内排出(侧部排出)，保留铂族金属
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铜合金在熔炼炉内，并再次向熔炼炉内加入PGM二次资源和造渣剂进行熔炼，得到铂族金属
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铜合金和炉渣。熔炼完毕在最终倒炉时，首先排出炉渣，再倾倒炉体得到高浓度铂族金属
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铜合金。
[0012]上述通过多次排渣捕集PGM二次资源中铂族金属的方法中，优选的，步骤(3)中再次向熔炼炉内加入PGM二次资源和造渣剂的量与步骤(1)保持相同；重复步骤(3)一次或多次。进行多次排渣提高了捕集产物PGM
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铜合金中PGM的浓度，降低了捕集过程中铜的消耗量，实现了PGM的高效捕集；此外，相较于传统的单次排渣捕集方式，多次排渣熔炼可以连续处理大量的PGM二次资源，降低了处理PGM二次资源的单位能耗，有利于实现节能减排。
[0013]上述通过多次排渣捕集PGM二次资源中铂族金属的方法中，所述PGM二次资源为以堇青石2MgO
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Al2O3‑
5SiO2为载体的失效汽车尾气催化剂，其中含铂100
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5000g/t、含钯 100
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9000g/t、含铑100
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6000g/t。
[0014]上述通过多次排渣捕集PGM二次资源中铂族金属的方法中，优选的，所述铜捕集剂为单质铜，且混合配料中不加入还原剂(如碳质还原剂)，熔炼在以石墨电极为加热体的电阻加热炉中进行。传统回收工艺是以氧化铜作为铜捕集剂，加入碳质还原剂形成强还原气氛，利用还原得到的铜进行捕集，该传统工艺配入还原剂，一方面在炉内形成强还原气氛，渣中SiO2易被还原，Si进入铜中将影响后续湿法铂族金属分离提纯，且渣中FeO易被还原，造成炉渣粘度升高，降低铂族金属捕集率；另一方面采用碳质还原剂会增加CO2排放量，加重环境负担。我们研究发现PGM二次资源中的铂族金属元素大部分以金属状态存在，微量以氧化物形式存在，结合铂族金属氧化物易被还原的热力学性质，提出采用弱还原气氛即可实现微量铂族金属氧化物被还原，实现高效捕集的新观点。考虑PGM二次资源常伴有少量表面积碳，且电阻加热炉的石墨电极可形成弱还原气氛，得出捕集过程中，没有必要向炉内添加碳质还原剂，在弱还原气氛下进行熔炼的思路。通过该思路，我们采用铜单质捕集铂族金属，通过弱还原性气氛，通过控制炉渣组成，利于PGM二次资源中微量铂族金属氧化物被还原，保证铂族金属以金属状态与铜充分接触，提高捕集率，弱还原气氛还可避免渣中FeO被还原，减少合金中Fe杂质含量，同时保证渣中含有一定量的FeO，降低炉渣熔点和粘度，促进渣中铂族金属向铜富集，利于铜捕集，有利于提高铂族金属的捕集率，减少CO2排放，是清洁冶金工艺。
[0015]上述通过多次排渣捕集PGM二次资源中铂族金属的方法中，优选的，控制所述铜捕集剂的质量为PGM二次资源质量的0.2
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2.0倍。金属铜单质捕集铂族金属能力强，是因为金属铜与铂族金属晶格结构相近，在高温下可形成较宽浓度范围的Cu
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Pt、Cu本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过多次排渣捕集PGM二次资源中铂族金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将PGM二次资源、铜捕集剂和造渣剂混合得到混合配料；(2)将步骤(1)中的混合配料在熔炼炉内进行熔炼，得到铂族金属
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铜合金和炉渣；(3)将炉渣从熔炼炉内排出，保留铂族金属
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铜合金在熔炼炉内，并再次向熔炼炉内加入PGM二次资源和造渣剂进行熔炼，得到铂族金属
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铜合金和炉渣。2.根据权利要求1所述的通过多次排渣捕集PGM二次资源中铂族金属的方法，其特征在于，步骤(3)中再次向熔炼炉内加入PGM二次资源和造渣剂的量与步骤(1)保持相同；重复步骤(3)一次或多次。3.根据权利要求1所述的通过多次排渣捕集PGM二次资源中铂族金属的方法，其特征在于，所述PGM二次资源为以堇青石2MgO
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Al2O3‑
5SiO2为载体的失效汽车尾气催化剂，其中含铂100
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5000g/t、含钯100
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9000g/t、含铑100
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6000g/t。4.根据权利要求1所述的通过多次排渣捕集PGM二次资源中铂族金属的方法，其特征在于，所述铜捕集剂为单质铜，且混合配料中不加入还原剂，熔炼在以石墨电极为加热体的电阻加热炉中进行。5.根据权利要求1所述的通过多次排渣捕集PGM二次资源中铂族金属的方法，其特征在于，控制所述铜捕集剂的质量为PGM二次资源质量的0.2
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2.0倍。6.根据权利要求1所述的通过多次排渣捕集PGM二次资源中铂族金属的方法，其特征在于，所述造渣剂包括含氧化亚铁的工业废弃物、石灰石和硅石，且所述造渣剂的加入使经过熔炼得到的炉渣包含CaO、SiO2、Al2O3和FeO，CaO
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【专利技术属性】
技术研发人员：李明钢，郑忱奕，田庆华，郭学益，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：