一种铂粉的电化学溶解方法与流程

本发明属于铂粉溶解技术领域，具体涉及一种铂粉的电化学溶解方法。

背景技术

铂是一种过渡金属，密度大，可延展，色泽银白，金属光泽，硬度4-4.5，相对密度为21.45，熔点为1773℃。富延展性，可拉成很细的铂丝，轧成极薄的铂箔。化学性质极稳定，不溶于强酸强碱溶液，在空气中不氧化。

铂酸水溶液是合成各类含铂化合物和制备催化剂负载液的起始原料，在石油化工、医药、精细化工和有机合成等领域有着广泛的应用。目前，溶解贵金属铂制备氯铂酸溶液的方法都采用王水法。即将铂片或海绵铂加入到新配制的王水(浓盐酸:硝酸＝1:3)溶液中，铂溶解完全后，再逐渐加入盐酸，加热蒸去多余的硝酸。该方法的缺点有：①制备的氯铂酸溶液中含no3^-离子；②金属铂的溶解速度慢，费时；③盐酸和硝酸消耗量大；④产生大量nox气体，污染环境。

因此，亟需一种纯度高、绿色环保且工艺简单的溶解铂粉方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种铂粉的电化学溶解方法，该方法不引入其他杂质离子、产品纯度高，制备工艺简单、能直接将铂粉连续溶解到盐酸中得到含铂的盐酸溶液，无任何副产物生成，具有绿色环保等优点。

为此，本发明提供了一种铂粉的电化学溶解方法，其包括以下步骤：

a，设置电解池，所述电解池通过设置于其中的第一隔板分成至少两个槽体；所述第一隔板上设有溢流孔；所述槽体通过设置于其中的第二隔板分成底部相通的两个极室；所述两个极室内分别设有电极；

b，将铂粉加入所述槽体的底部，并加入盐酸，然后向同一槽体中的两个电极之间施加交流电，对所述铂粉进行连续电解，电解一段时间后，向电解池中补加盐酸，形成连续进盐酸、连续排出铂浓度稳定的含铂盐酸溶液的产品物流。

在本发明的一些实施方式中，所述第一隔板和第二隔板相垂直；具体地，相邻两个第一隔板上的溢流孔分别位于所述第二隔板的两侧。

在本发明的一些实施方式中，所述电解池的上部设有顶盖，所述电极贯穿固定于所述顶盖上。

在本发明的另一些实施方式中，所述槽体的上方设有加料器，所述加料器的加料口贯穿固定于所述顶盖上。

在本发明的一些实施方式中，所述电解池包括进料口和出料口；具体地，所述进料口和出料口分别位于所述电解池距离最远的两个槽体的侧壁上半部。

在本发明的一些实施方式中，所述溢流孔位于所述第一隔板的上半部。

在本发明的另一些实施方式中，靠近进料口侧的溢流孔的高度不低于靠近出料口侧的溢流孔的高度。

在本发明的一些实施方式中，所述槽体的尺寸为180-200mm×55-60mm×280-320mm。

在本发明的另一些实施方式中，所述溢流孔距离顶盖30-70mm。

在本发明的一些实施方式中，所述盐酸的浓度大于6mol/l；在一些优选的实施方式中，所述盐酸的浓度为8-10mol/l。

根据本发明，所施加的交流电只在位于同一槽体两个极室内的电极间形成回路。

在本发明的一些具体实施例中，所述交流电的电压为70-90v，电流为1-20a。

根据本发明，所述含有氯铂酸的产品物流中铂的含量为70-80g/l。

根据本发明，当所述电解池内盐酸溶液中铂的含量为70-80g/l时，向所述电解池中补加盐酸；具体地，补加的盐酸的流量大于50ml/min，同时以相同的流量连续排出铂浓度稳定的含铂盐酸溶液的产品物流。

本发明的有益效果为：本发明所述的铂粉的电化学溶解方法，除铂粉和盐酸中的原始杂质外，不引入其他新杂质离子污染产品，原始杂质可通过控制原料纯度来尽量减少，因此产品纯度高；制备工艺简单，可大量连续溶解铂粉，尤其在连续工艺上，简化了操作，实现了连续进出料，自动化程度高；无任何副产物生成，产品中的盐酸还可以回收利用，具有绿色环保等优点。

附图说明

下面将结合附图来说明本发明。

图1为本发明实施例中对铂粉进行电化学溶解所采用的电解池的结构图；图中附图标记的含义如下：101第一槽体；102第二槽体；103第三槽体；104第四槽体；2第一隔板；201第一溢流孔；202第二溢流孔；203第三溢流孔；3第二隔板；4进料口；5出料口；6顶盖；7加料器。

具体实施方式

为使本发明容易理解，下面将详细说明本发明。

本发明所述铂粉的电化学溶解方法中采用的电解池包括至少两个槽体，优选包括4-8个槽体；所述槽体由设置于电解池中的第一隔板分割而成，所述第一隔板上设有溢流孔；在本发明的一些具体实施方式中，所述槽体的尺寸为180-200mm×55-60mm×280-320mm；在本发明的另一些具体实施方式中，所述溢流孔的直径为10-15mm，溢流孔的形状和尺寸不影响反应结果。

在本发明中，所述槽体通过设置于其中的第二隔板分成底部相通的两个极室；所述两个极室内分别设有电极。在本发明的一些具体实施方式中，所述电极为石墨电极，所述石墨电极为φ5-20mm，长度100-500mm的圆柱体，优选所述石墨电极为光谱级φ14-18mm，长度250-350mm的圆柱体石墨，电极的长度尺寸和位置受所述槽体的尺寸控制。

在本发明中，所述第一隔板和第二隔板相垂直；具体地，相邻两个第一隔板上的溢流孔分别位于所述第二隔板的两侧。

在本发明的一些实施方式中，所述电解池的上部设有聚四氟乙烯材质的顶盖，所述电极贯穿固定于所述顶盖上。

本发明中，所述第二隔板与顶盖之间具有10-30mm的空隙，空隙距离不影响反应结果。

在本发明的另一些实施方式中，所述槽体的上方设有加料器，所述加料器的加料口贯穿固定于所述顶盖上，且位于第二隔板上方偏外的地方。具体地，所述加料器为上部为粗管、下部为细管的结构；更具体地，所述细管长50-100mm，直径φ5-20mm，粗管长50-100mm，直径φ30-80mm，加料器尺寸不影响反应结果。所述加料器用于补加铂粉，同时又能做为空气冷凝管使用，将挥发的盐酸冷凝、回流至电解池，以减少盐酸的损失；另外，也可以做为电解池的放空口。

在本发明的一些实施方式中，所述电解池包括进料口和出料口。所述进料口和出料口分别位于所述电解池距离最远的两个槽体的侧壁上半部。具体地，所述出料口的高度低于进料口及溢流孔的高度。所述进料口可用于向电解池中连续补加盐酸，所述出料口可用于连续排出铂浓度稳定的含铂盐酸溶液的产品物流。

在本发明中，所述溢流孔位于所述第一隔板的上半部；优选地，靠近进料口侧的溢流孔的高度不低于靠近出料口侧的溢流孔的高度；在一些具体实施方式中，所述溢流孔距离顶盖30-70mm。

根据本发明，所述电解池由耐酸非金属不导电材料制造；优选地，所述非金属不导电材料包括石英玻璃、玻璃聚四氟乙烯、聚乙烯和聚丙烯中的一种或多种；进一步优选地，所述非金属不导电材料为石英玻璃。

根据本发明，所述铂粉的电化学溶解方法具体为：将铂粉加入上述电解池槽体的底部，并通过所述进料口向电解池中通入盐酸，当盐酸通过位于第二隔板上的溢流孔注满电解池后停止加盐酸；然后向同一槽体中的两个电极之间施加电压，对铂粉进行电解；当盐酸中的铂含量为70g/l-80g/l时，向所述电解池中以大于50ml/min的流量补加盐酸，同时以相同的流量连续排出含铂盐酸溶液的产品物流，形成连续进盐酸，连续排出铂浓度稳定的含铂盐酸溶液的产品物流，实现对铂粉的连续电解。根据本发明，补加的盐酸的的流量使其内的铂含量在稳定的浓度范围内，即含铂盐酸溶液的产品物流中铂的含量稳定在70g/l-80g/l。

本发明中，在电极施加的交流电为单相交流电，交流电的电压为70-90v，电流为1-20a；所施加的交流电只能在同一槽体的两个极室中的电极间形成回路。

根据本发明，所述铂粉的加入量据电解池的槽体数量而定。

在本发明的一些具体实施方式中，所述铂粉的加入量为1000g-2500g；优选地，铂粉在电解池底部的堆积面距第二隔板下沿的距离应大于5mm。

在本发明的另一些具体实施方式中，所述铂粉的质量分数大于95％；优选地，所述铂粉的质量分数大于99.9％。

在本发明的一些具体实施方式中，所述盐酸的浓度大于6mol/l，优选所述盐酸的浓度为8-10mol/l，盐酸浓度过低不利于反应速度，盐酸浓度过高会加大盐酸的挥发损失。

根据本发明，电解过程中盐酸的温度控制在50-100℃，以防止盐酸挥发；由于电解大量放热，为了控制盐酸温度，需要将电解池放入循环冷却水槽中。

根据本发明，在铂粉的连续电解过程中，根据电解池的槽体底部铂粉的剩余量，从加料器处补加铂粉。

实施例

为使本发明更加容易理解，下面将结合附图和实施例来进一步详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。本发明中所使用的原料或组分若无特殊说明均可以通过商业途径或常规方法制得。

实施例中对铂粉进行电化学溶解所采用的电解池的结构如图1所示；所述电解池包括由设置于电解池中的三个第一隔板2分割而成的四个槽体，分别为第一槽体101、第二槽体102、第三槽体103和第四槽体104；所述槽体为具有圆弧形底部的长方体；所述槽体通过设置于其中的第二隔板3分成底部半圆弧相通的两个极室，两个极室内分别设有电极(a、b)；

所述第一隔板2与第二隔板3相垂直，且三个第一隔板2的上半部均设有溢流孔，分别为第一溢流孔201、第二溢流孔202和第三溢流孔203；所述第一溢流孔201的高度不低于第二溢流孔202，同时第二溢流孔202的高度不低于第三溢流孔203；所述第一溢流孔201和第三溢流孔203位于第二隔板3的同一侧，第二溢流孔202位于第二隔板3的另一侧；

所述第一槽体101的侧壁上半部设有进料口4，第四槽体104的侧壁上半部设有出料口5，且出料口5的高度低于进料口4和溢流孔的高度；

所述电解池的上部设有顶盖6，所述电极(a、b)贯穿固定于所述顶盖6上；所述槽体的上方设有加料器7，所述加料器7的加料口贯穿固定于所述顶盖6上，且位于第二隔板上方偏外的地方；所述加料器7为上部为粗管、下部为细管的结构。

盐酸在所述电解池中的流动方向为：盐酸从电解池的进料口4进入第一槽体101，第一槽体101内的液位逐渐升高；当第一槽体101内的液位达到第一溢流口201时，盐酸通过第一溢流口201进入到第二槽体102，使得第二槽体102内的液位逐渐升高；当第二槽体102内的液位达到第二溢流孔202时，盐酸通过第二溢流孔202进入到第三槽体103，使第三槽体103内的液位逐渐上升；当第三槽体103内的液位达到第三溢流孔203时，盐酸通过第三溢流孔203进入到第四槽体104，使第四槽体104的液位逐渐上升以注满电解池。

实施例1：

将1500g纯度为99.95％的铂粉均匀加在电解池槽体的底部，然后通过加料口向电解池的第一槽体内通入8mol/l的优级纯盐酸，当盐酸通过位于第二隔板上的溢流孔注满电解池的所有槽体后，停止加盐酸。电解池槽体的尺寸为190mm×60mm×300mm，第二隔板与顶盖之间具有20mm的空隙，溢流孔开在距离顶盖50mm的位置，直径为10mm。

在同一槽体内的a、b电极两端加载80伏的民用交流电，交流电流大小在1-20安培之间，对电解池中的铂粉进行电解。其间，控制冷却水的流量，保持电解池中盐酸温度在80℃左右。电极选用光谱级φ16mm、长度300mm的圆柱体石墨电极，共8根，固定在顶盖上，同一槽体内的a、b电极间距120mm。注意接电时只在同一槽体内的电极a、b间形成回路，不可在电极a、a间或电极b、b间形成回路。

随着铂粉的电解，盐酸中的铂含量逐渐升高，持续电解5小时，盐酸中的铂含量达到75g/l，然后从电解池的进料口以57ml/min的速度继续通入盐酸，盐酸的通入速度使电解池中的盐酸中的铂含量维持在75g/l，此时会有溶有75g/l铂的盐酸溶液从出料口排出，形成连续进盐酸原料，连续出含75g/l铂的产品物流。然后视电解池槽体底部铂粉的剩余量从加料器补加入铂粉即可。

实施例2：

将1500g纯度为99.95％的铂粉均匀加在电解池槽体的底部，然后通过加料口向电解池的第一槽体内通入10mol/l的优级纯盐酸，当盐酸通过位于第二隔板上的溢流孔注满电解池的所有槽体后，停止加盐酸。电解池槽体的尺寸为200mm×55mm×320mm，第二隔板与顶盖之间具有20mm的空隙，溢流孔开在距离顶盖70mm的位置，直径为10mm。

在同一槽体内的a、b电极两端加载70伏的民用交流电，交流电流大小在1-20安培之间，对电解池中的铂粉进行电解。其间，控制冷却水的流量，保持电解池中盐酸温度在80℃左右。电极选用光谱级φ16mm、长度300mm的圆柱体石墨电极，共8根，固定在顶盖上，同一槽体内的a、b电极间距120mm。注意接电时只在同一槽体内的电极a、b间形成回路，不可在电极a、a间或电极b、b间形成回路。

随着铂粉的电解，盐酸中的铂含量逐渐升高，持续电解5小时，盐酸中的铂含量达到70g/l，然后从电解池的进料口以57ml/min的速度继续通入盐酸，盐酸的通入速度使电解池中的盐酸中的铂含量维持在70g/l，此时会有溶有70g/l铂的盐酸溶液从出料口排出，形成连续进盐酸原料，连续出含70g/l铂的产品物流。然后视电解池槽体底部铂粉的剩余量从加料器补加入铂粉即可。

实施例3：

将1500g纯度为99.95％的铂粉均匀加在电解池槽体的底部，然后通过加料口向电解池的第一槽体内通入10mol/l的优级纯盐酸，当盐酸通过位于第二隔板上的溢流孔注满电解池的所有槽体后，停止加盐酸。电解池槽体的尺寸为180mm×60mm×280mm，第二隔板与顶盖之间具有20mm的空隙，溢流孔开在距离顶盖30mm的位置，直径为10mm。

在同一槽体内的a、b电极两端加载80伏的民用交流电，交流电流大小在1-20安培之间，对电解池中的铂粉进行电解。其间，控制冷却水的流量，保持电解池中盐酸温度在80℃左右。电极选用光谱级φ18mm、长度300mm的圆柱体石墨电极，共8根，固定在顶盖上，同一槽体内的a、b电极间距120mm。注意接电时只在同一槽体内的电极a、b间形成回路，不可在电极a、a间或电极b、b间形成回路。

随着铂粉的电解，盐酸中的铂含量逐渐升高，持续电解5小时，盐酸中的铂含量达到72g/l，然后从电解池的进料口以57ml/min的速度继续通入盐酸，盐酸的通入速度使电解池中的盐酸中的铂含量维持在72g/l，此时会有溶有72g/l铂的盐酸溶液从出料口排出，形成连续进盐酸原料，连续出含72g/l铂的产品物流。然后视电解池槽体底部铂粉的剩余量从加料器补加入铂粉即可。

实施例4：

将1500g纯度为99.95％的铂粉均匀加在电解池槽体的底部，然后通过加料口向电解池的第一槽体内通入8mol/l的优级纯盐酸，当盐酸通过位于第二隔板上的溢流孔注满电解池的所有槽体后，停止加盐酸。电解池槽体的尺寸为200mm×55mm×300mm，第二隔板与顶盖之间具有20mm的空隙，溢流孔开在距离顶盖50mm的位置，直径为10mm。

在同一槽体内的a、b电极两端加载90伏的民用交流电，交流电流大小在1-20安培之间，对电解池中的铂粉进行电解。其间，控制冷却水的流量，保持电解池中盐酸温度在80℃左右。电极选用光谱级φ14mm、长度300mm的圆柱体石墨电极，共8根，固定在顶盖上，同一槽体内的a、b电极间距120mm。注意接电时只在同一槽体内的电极a、b间形成回路，不可在电极a、a间或电极b、b间形成回路。

随着铂粉的电解，盐酸中的铂含量逐渐升高，持续电解5小时，盐酸中的铂含量达到75g/l，然后从电解池的进料口以55ml/min的速度继续通入盐酸，盐酸的通入速度使电解池中的盐酸中的铂含量维持在75g/l，此时会有溶有75g/l铂的盐酸溶液从出料口排出，形成连续进盐酸原料，连续出含75g/l铂的产品物流。然后视电解池槽体底部铂粉的剩余量从加料器补加入铂粉即可。

对比例1：

将1500g纯度为99.95％的铂粉均匀加在电解池槽体的底部，然后通过加料口向电解池的第一槽体内通入8mol/l的优级纯盐酸，当盐酸通过位于第二隔板上的溢流孔注满电解池的所有槽体后，停止加盐酸。电解池槽体的尺寸为220mm×70mm×350mm，第二隔板与顶盖之间具有20mm的空隙，溢流孔开在距离顶盖50mm的位置，直径为10mm。

在同一槽体内的a、b电极两端加载80伏的民用交流电，交流电流大小在1-20安培之间，对电解池中的铂粉进行电解。其间，控制冷却水的流量，保持电解池中盐酸温度在80℃左右。电极选用光谱级φ16mm、长度300mm的圆柱体石墨电极，共8根，固定在顶盖上，同一槽体内的a、b电极间距120mm。注意接电时只在同一槽体内的电极a、b间形成回路，不可在电极a、a间或电极b、b间形成回路。

随着铂粉的电解，盐酸中的铂含量逐渐升高，持续电解5小时，盐酸中的铂含量达到50g/l，然后从电解池的进料口以60ml/min的速度继续通入盐酸，盐酸的通入速度使电解池中的盐酸中的铂含量维持在50g/l，此时会有溶有50g/l铂的盐酸溶液从出料口排出，形成连续进盐酸原料，连续出含50g/l铂的产品物流。然后视电解池槽体底部铂粉的剩余量从加料器补加入铂粉即可。

对比例2

将1500g纯度为99.95％的铂粉均匀加在电解池槽体的底部，然后通过加料口向电解池的第一槽体内通入8mol/l的优级纯盐酸，当盐酸通过位于第二隔板上的溢流孔注满电解池的所有槽体后，停止加盐酸。电解池槽体的尺寸为160mm×40mm×250mm，第二隔板与顶盖之间具有20mm的空隙，溢流孔开在距离顶盖50mm的位置，直径为10mm。

在同一槽体内的a、b电极两端加载80伏的民用交流电，交流电流大小在1-20安培之间，对电解池中的铂粉进行电解。其间，控制冷却水的流量，保持电解池中盐酸温度在80℃左右。电极选用光谱级φ16mm、长度300mm的圆柱体石墨电极，共8根，固定在顶盖上，同一槽体内的a、b电极间距120mm。注意接电时只在同一槽体内的电极a、b间形成回路，不可在电极a、a间或电极b、b间形成回路。

随着铂粉的电解，盐酸中的铂含量逐渐升高，持续电解5小时，盐酸中的铂含量达到75g/l，然后从电解池的进料口以35ml/min的速度继续通入盐酸，盐酸的通入速度使电解池中的盐酸中的铂含量维持在55g/l，此时会有溶有55g/l铂的盐酸溶液从出料口排出，形成连续进盐酸原料，连续出含55g/l铂的产品物流。然后视电解池槽体底部铂粉的剩余量从加料器补加入铂粉即可。

对比例3：

将1500g纯度为99.95％的铂粉均匀加在电解池槽体的底部，然后通过加料口向电解池的第一槽体内通入2mol/l的优级纯盐酸，当盐酸通过位于第二隔板上的溢流孔注满电解池的所有槽体后，停止加盐酸。电解池槽体的尺寸为190mm×60mm×300mm，第二隔板与顶盖之间具有20mm的空隙，溢流孔开在距离顶盖50mm的位置，直径为10mm。

在同一槽体内的a、b电极两端加载80伏的民用交流电，交流电流大小在1-20安培之间，对电解池中的铂粉进行电解。其间，控制冷却水的流量，保持电解池中盐酸温度在80℃左右。电极选用光谱级φ16mm、长度300mm的圆柱体石墨电极，共8根，固定在顶盖上，同一槽体内的a、b电极间距120mm。注意接电时只在同一槽体内的电极a、b间形成回路，不可在电极a、a间或电极b、b间形成回路。

随着铂粉的电解，盐酸中的铂含量逐渐升高，持续电解5小时，盐酸中的铂含量达到25g/l，然后从电解池的进料口以57ml/min的速度继续通入盐酸，盐酸的通入速度使电解池中的盐酸中的铂含量维持在25g/l，此时会有溶有25g/l铂的盐酸溶液从出料口排出，形成连续进盐酸原料，连续出含25g/l铂的产品物流。然后视电解池槽体底部铂粉的剩余量从加料器补加入铂粉即可。

对比例4：

将1500g纯度为99.95％的铂粉均匀加在电解池槽体的底部，然后通过加料口向电解池的第一槽体内通入8mol/l的优级纯盐酸，当盐酸通过位于第二隔板上的溢流孔注满电解池的所有槽体后，停止加盐酸。电解池槽体的尺寸为190mm×60mm×300mm，第二隔板与顶盖之间具有20mm的空隙，溢流孔开在距离顶盖50mm的位置，直径为10mm。

在同一槽体内的a、b电极两端加载10伏的民用交流电，交流电流大小在1-30安培之间，对电解池中的铂粉进行电解。其间，控制冷却水的流量，保持电解池中盐酸温度在80℃左右。电极选用光谱级φ16mm、长度300mm的圆柱体石墨电极，共8根，固定在顶盖上，同一槽体内的a、b电极间距120mm。注意接电时只在同一槽体内的电极a、b间形成回路，不可在电极a、a间或电极b、b间形成回路。

随着铂粉的电解，盐酸中的铂含量逐渐升高，持续电解5小时，盐酸中的铂含量达到22g/l，然后从电解池的进料口以57ml/min的速度继续通入盐酸，盐酸的通入速度使电解池中的盐酸中的铂含量维持在22g/l，此时会有溶有22g/l铂的盐酸溶液从出料口排出，形成连续进盐酸原料，连续出含22g/l铂的产品物流。然后视电解池槽体底部铂粉的剩余量从加料器补加入铂粉即可。

由上述实验结果可知，电解池槽体尺寸过大会使产品浓度降低，电解池尺寸过小会使产品产量降低；电压的改变会使产品浓度大幅降低；盐酸浓度的改变会使产品浓度大幅降低。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。