半熔融强化还原铁捕集回收废催化剂中铂族金属的方法与流程

本发明属于有色冶金，尤其是铂族金属二次资源回收利用领域。

背景技术：

1、铂族金属(铂、钯、铑、钌、锇、铱)是国家战略资源，铂族金属因其具有优良性质被广泛应用于化工催化、电子信息和首饰货币等行业。目前，我国铂族金属消费量占全世界的30％以上，而我国铂族金属矿产储量仅占世界0.4％，供需严重不平衡。因此，含铂族金属二次资源的再生利用不仅能缓解供需矛盾，且满足战略储备要求，具有重要战略意义。废旧汽车尾气催化剂中的铂、钯含量可达2000g/t以上，其含量是铂矿中的上千倍，属于优质铂族金属二次资源。随着我国汽车工业高速发展，国内汽车保有量及每年报废量的大幅增加，从废汽车尾气催化剂中回收铂族金属利用具有重要意义。

2、目前，国际范围内从废催化剂中回收铂族金属的主流工艺为火法冶金工艺，具有回收效率高，环境污染小等优点。火法冶金回收铂族金属是通过电炉冶炼使物料处于熔融状态下，进行铁捕集或铜捕集富集铂族金属，制备含铂族金属的铁或铜合金的工艺。后续经酸浸或电解工艺提取铂族金属。国内也有少数采用固相还原铁捕集回收铂族金属二次资源的报道，但仅停留在实验室阶段，未实现工业化应用。上述方法存在的主要问题有：1)熔融还原过程中，熔炼温度高(1600～1800℃)带来能耗高、炉体寿命短的问题；2)在高温熔融还原条件下，汽车催化剂堇青石载体中的sio2极易还原生成si进入铁水形成难溶的含铂硅铁合金，导致后续酸浸效率低；3)采用固相还原法存在还原时间长，铂族金属收得率低，还原形成的铁颗粒粒度较细且难以和渣相分离等问题。目前，在半熔融状态下通过铁捕集回收废催化剂中铂族金属的方法还未见报道。

3、针对上述问题，本发明提出了半熔融强化还原铁捕集回收废催化剂中铂族金属的方法。采用半熔融还原铁捕集工艺，既可以在相对低的温度下实现较高回收率，同时又可以避免熔炼温度过高带来的一系列问题。本发明提出的新工艺旨在高效低耗地提取废催化剂中铂族金属。

技术实现思路

1、本发明针对上述存在的问题，本发明主要解决的技术问题是：如何在半熔融状态下通过强化还原铁捕集回收废催化剂中的铂族金属，形成不含硅的铁-铂合金。

2、本发明提供了半熔融强化还原铁捕集回收废催化剂中铂族金属的方法，包括如下步骤：

3、步骤1：破碎研磨：将废汽车尾气催化剂(包括堇青石载体+活性组分)进行破碎、研磨，制取粒度小于100目的废催化剂粉末。

4、步骤2：配料：按照重量份，将60～65份步骤1中得到的催化剂粉末与8～15份铁精矿、8～15份生石灰、10份碳粉、3～5份b2o3、2～3份caf2、2～3份na2co3、1～3份纯铁粉混合均匀。其中，铁精矿、生石灰、碳粉、b2o3、caf2、na2co3、纯铁粉作为添加剂。

5、步骤3：细磨混匀：采用球磨机将步骤2中配好的试样进行进一步研磨混匀。

6、步骤4：造球：将步骤3中混匀后的粉末试样制成直径10～20mm的小球。

7、步骤5：高温还原：将步骤4中制好的小球试样放置于高温下进行还原，还原温度控制在1250～1350℃，还原时间为120～240min，气氛控制氧势：po2<10pa。

8、步骤6：降温冷却：将步骤5中高温还原后的小球试样降温冷却至室温。

9、步骤7：破碎研磨：将步骤6中冷却后的小球试样破碎研磨。

10、步骤8：磁选分离：将步骤7中破碎后的试样进行磁选分离，选出的铁颗粒即为铂铁合金。

11、作为优选，所述步骤1中破碎研磨后的废催化剂粉末粒度在100目以下。

12、作为优选，所述步骤2中铁精矿的tfe含量>60％(优选>62％)，铁精矿中al2o3含量<2％，铁精矿中feo含量<3％。

13、作为优选，所述步骤2中的添加剂铁精矿、生石灰、b2o3、caf2、na2co3和纯铁粉的粒度在200目以下，碳粉的粒度在100目以下。

14、作为优选，所述步骤3中混匀采用高能球磨机破碎混匀，球料比为8:1至10:1，球磨时间为10～30min，球磨机主轴转速控制在500至700r/min。采用高能球磨有助于减小混匀料的粒度，使反应物颗粒充分接触，有利于缩短后续还原时间，提高铂族金属回收率。

15、作为优选，所述步骤4中制成的小球样品直径在15mm左右，小球样品的直径不应大于20mm。

16、作为优选，所述步骤5中还原可在负压或真空条件下进行，有利于提高还原效率，缩短还原时间。

17、作为优选，步骤6中冷却方式采用水冷对还原后的高温小球样品冷却，通过高冷却速率，使小球内部残留较大热应力，有利于提高后续破碎研磨效率。同时冷却水量不宜过多，冷却水量控制在小球质量的7-9倍左右(例如7倍、8倍或9倍)，利用小球内部预热烘干小球表面残留的水分。

18、作为优选，步骤8中采用梯度磁选机进行多道次磁选。

19、相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：

20、1、本发明提出的半熔融方法，具有还原温度较低，能耗低，环境友好的特点；

21、2、本发明提出的半熔融强化还原铁捕集工艺，具有冶炼效率高、铂族金属回收率高的特点；

22、3、本发明制备的铂铁合金颗粒，具有粒度小，合金中不含硅等优点，有利于提高后续酸浸效率。

技术特征：

1.半熔融强化还原铁捕集回收废催化剂中铂族金属的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中破碎研磨后的废催化剂粉末粒度在100目以下。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中铁精矿的tfe含量>60％，铁精矿中al2o3含量<2％，铁精矿中feo含量<3％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中的铁精矿、生石灰、b2o3、caf2、na2co3和纯铁粉的粒度在200目以下，碳粉的粒度在100目以下。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中混匀采用高能球磨机破碎混匀，球料比为8:1至10:1，球磨时间为10～30min，球磨机主轴转速控制在500至700r/min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中制成的小球样品直径为15mm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5中还原可在负压或真空条件下进行。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6中冷却方式采用水冷对还原后的高温小球样品冷却，冷却水的用量与小球的质量比为7:1～9:1。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤8中采用梯度磁选机进行多道次磁选。

技术总结
本发明公开了一种半熔融强化还原铁捕集回收废催化剂中铂族金属的方法，采用半熔融还原铁捕集工艺，既可以在相对低的温度下实现较高回收率，同时又可以避免熔炼温度过高带来的一系列问题，具有还原温度较低、能耗低、环境友好、冶炼效率高、铂族金属回收率高的特点。

技术研发人员：杨明睿,饶家庭,胡鹏,郑魁
受保护的技术使用者：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12