铂族金属废催化剂回收：预处理、富集与提取技术综述

铂族金属废催化剂回收：预处理、富集与提取技术综述

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提取码：1234

【概括】

铂族金属（PGMs）是一类稀有化学元素，其催化活性、导电性和耐腐蚀性使其在石油化工、催化等工业活动中有着广阔的应用前景，然而其有限的资源正在日益枯竭，为了节约资源，满足未来的需求，从含有PGMs的废料中回收金属是十分必要的，这些废催化剂首先要经过火法冶金/湿法冶金预处理，包括载体溶解、活性组分溶解以及其他的处理方法，在催化剂载体打开包覆PGMs后，用各种试剂对其进行萃取，得到富含PGMs的溶液，然后通过吸附、萃取、离子交换等方法对这些溶液进行分离提取，得到PGMs化合物，最后对PGMs化合物进行精制，即可得到相应的金属元素。从湿法预处理、富集和萃取两个方面综述了从废催化剂中回收PGMs的方法，并评估了各种方法的适用性和优缺点。针对技术问题给出了相应的解决方案或努力方向，最后展望了以减少环境影响、实现更高回收率为导向的综合回收的发展方向。

【快速概览】

图 1 从废催化剂中分离和回收铂族金属的方法预览

图 1 PGMs 和废物

图2 尾气催化器失效过程及循环示意图

循环图2

图3 15%（体积分数）盐酸浓度、60 °C、1h时Pt、Pd、Rh的浸出率；不同条件下废旧三元汽车催化剂的浸出能力；甲酸作为潜在还原剂对性能的影响

图3 (a) 酸度=15% ( )，=60 ℃，时间=1 h；(b) 废汽车下；(c) 酸作为试剂

图4 Au、Pd、Pt在1∶20 SOCl2-DMF混合溶液中的溶解动力学研究；从Pt/Au双金属纳米粒子中回收Pt的新工艺；电路板上金金属化的气化蚀刻过程示意图；各种三卤化物离子液体的制备示意图及其作为非挥发性溶剂用于铂族金属氧化溶解的用途

图4 (a) 在1∶20 SOCl2-DMF 中对金、钯和铂的研究；(b) 从 Pt/Au 中分离铂的新方法[28]；(c) 用蒸气法分离板上的金

[29]; （d）离子组为非

图5 王水浸出时间对铂回收率的影响（液固比=10）；微波辐射浸出时间对铂回收率的影响（液固比=5，功率=150W）；微波辅助浸出催化剂材料 Pd、Pt、Rh、Ru在催化剂中的回收过程

图 5 (a) 王水作用于 Pt 的时间（/固体比例=10）；(b) Pt 的时间（/固体比例=5，功率=150 W）（c）Pd、Pt、Rh 和 Ru 的流动 -

的

图6 植物物种中金属超积累机制

图6 植物中的金属

图7 从多金属溶液中分离Pd(II)、Pt(IV)、Rh(III)和Ir(IV)的流程图

图 7 Pd(II)、Pt(IV)、Rh(III) 和 Ir(IV) 从

图8 Pd-Br-水、Pt-Br-水、Pd-I-水、Pt-I-水、Pt-CN-1-水、Pd-CN-1-水、Rh-CN-1-水体系25 ℃时Eh-pH图

图8 Pd-Br-H2O (a)、Pt-Br-H2O (b)、Pd-I-H2O (c)、Pt-I-H2O (d)、Pt-CN-1-H2O (e)、Pd-CN-1-H2O (f)和RhCN-1-H2O (g)在25 ℃下的Eh-pH值

【概括】

从预处理和湿法分离提取两个方面综述了从废催化剂中回收铂族金属的一些主要工艺，分析了各种工艺的适用场景和优缺点，并提出了相应的改进方法，以提高回收效率和预处理富集：载体溶解法利用酸溶解或碱溶解PGMs催化载体，使其转移到溶液中并与活性组分分离，达到富集铂族金属的目的，回收率高，成本低廉的优点是酸溶解过程会产生各类工业废水，碱溶解操作时固液分离困难，适用于特定的催化剂载体；活性组分溶解法利用氧化剂和酸溶液处理废催化剂，生成可溶性配合物，然后从溶液中提取出来，此方法回收效率高，但是浸出渣中铂族金属含量仍然很高。为此本文综述了有机区域水体系等浸出体系，可达到100%的回收率。湿法分离萃取：吸附是一种环境友好、经济的技术，主要利用吸附剂的多孔结构或表面功能基团（羟基、亚氨基、硫醇基等）对目标金属进行选择性吸附回收，该方法需要考虑吸附剂与溶液的分离、吸附剂中金属的洗脱、吸附剂再生周期的稳定性等问题。溶剂萃取分离技术主要利用金属配合物中心离子的价态与配合物的结构状态的差异来达到萃取分离的目的，材料的适应性和工艺配置的灵活性较大，溶剂萃取技术取代沉淀分离技术是必然趋势。离子交换法适用于回收废液中微量铂族金属。在实际工业应用中，金属回收率是电化学方法重点研究的PGM在离子液体体系中的回收过程，在合适的电位下，铂的还原是阴极上唯一的反应。事实上，在PGM二次资源回收的研究中，几乎所有的努力都是为了实现更高的成本效益、更高的回收率和更少的环境影响。随着回收技术的研究和发展，环境导向的理念逐渐形成。为了实现这一目标，需要提出综合回收途径：

（1）贵金属的浸出效率与其配合物的稳定常数和氧化电位相一致，提高贵金属配合物的稳定性，降低其氧化电位是提高浸出率的有效方法。建议用氯化物代替Cl2，提高Cl−浓度，降低贵金属的氧化电位。

（2）为提高浸出效率、减少污染，一些辅助方法或预处理必不可少，如超临界流体萃取、微波辅助浸出等。利用超声处理、微波辅助等方法可提高粗提物中PGMs的浓度。利用水力空化产生微气泡，增加PGMs与电极之间的传质，从而提高电沉积过程的电流利用率和贵金属回收率，进而突破PGMs等贵金属回收中的化学障碍。

（3）将各种预处理技术与生物预处理工艺相结合，可以提高 PGM 和其他贵金属的回收率。生物回收的挑战之一是最终产品中存在盐和/或其他金属共污染物。除了毒性之外，这些金属共污染物通过与目标金属竞争并与氧化剂形成稳定的水溶性复合物而阻碍 PGM 的回收。超声波辅助酸预处理已被证明是克服这种影响的有效方法。

【作者简介】

徐其斌1、李建平1、高彪1、郭新波1、王学林2

（1.武汉科技大学，湖北武汉；2.湖北荆州）

【引用此文】

徐其斌, 李建平, 高彪, 郭新波, 王学林. 废铂族催化剂湿法分离回收技术[J]. 稀有金属, 2023, 47(12):1689-1704.

徐其斌，李，高彪，郭新波，王。以及团体支出[J].稀有，2023，47（12）：1689-1704。