处理固体和液体以及被污染的土壤和水体的方法和技术过程与流程

本发明涉及处理固体和液体的方法以及技术过程，目的在于使所述固体和液体清洁并且从中回收有价值的物质例如金属。尤其考虑将被污染的土壤或废水作为起始原料，但其也可以是固态或液态的工业废料、回收料等。本发明描述了统一的技术过程，并且基于所谓的离子液体的特殊性质，例如其良好的电导率及其对金属和其它固体物质的特殊溶解行为。离子液体在过程中不会损失。回收的金属和可能的其它物质具有高的纯度和质量。然后可以将它们如常规获得的原料那样使用和继续加工。

背景技术：

在资源越来越紧张的时代，回收有价值的原料意义越来越大。金属在这里扮演着重要角色。在此特别令人感兴趣的是贵金属，例如金、铂、铑等，其存在于矿山废水、被污染的土壤中以及存在于工业产品例如运输工具的催化器或化工过程中。

从电镀技术的废水和溶液中回收金属有特别重要的意义.在这种情况下产生大量被污染的水。这种废水包含高含量的金属化合物，从而使得回收金属在任何情况下是必要的，而且在经济上有意义。

目前已知用于以工业规模回收这样的金属的一系列工业过程。将其划分为几个基本方面：电化学过程、使用离子交换器的过程、以及在一个过程中的这两种方法的组合。在专业文献中在许多地方描述了这样的方法。还有一系列利用这些方法的商用设备。其可以包括小型实验室设备直至大型工业设备。

以下将列出一些以这样的方法为主题的代表性文献。

专利文献DE 3732177A1例如描述了使用电气工业的废溶液从金属塑料废料中回收金属的方法。在其中所描述的过程的情况下，在第一步骤中加热金属塑料废料，其中使金属与塑料分离。然后将金属溶解于浸蚀溶液或者洗涤溶液中，然后将其转移至硫酸盐之中。这通过用离子交换器处理进行.以电解方式从溶液中选择性沉积金属，并通过重新形成可重复使用的浸蚀溶液再生离子交换器。

公开文献DE 60201404T2中所描述的发明涉及从包含催化金属胶体的流体组合物中回收催化金属胶体。根据所述发明，这通过将金属胶体浓缩成在多孔的金属过滤器上的沉淀物得以实现，然后除去沉淀物并使其溶解，以及回收催化金属。

公开文献DE 69910315T2中描述了从摄影溶液中回收金属的电解方法。在此尤其涉及银的回收。这在电解槽中通过施加电压得以实现，其中使得金属沉积在阴极上。

公开文献DE 69415325T2描述了从废水污泥中回收例如铁或铝的方法。根据所述发明，首先使污泥酸化，然后用氧化剂例如过氧化氢处理。然后使经如此预处理的污泥经受液-液提取，并且以化学过程的方式从有机相中回收铁离子或铝离子。

公开文献DE 601 00 804T2中所描述的方法同样采用过氧化物，特别是过氧化氢进行操作。在此将被烃类污染的土壤或沙与过氧化物溶液混合。在这种情况下洗出液态烃类。获得由三个相组成的混合物：几乎仅由液态烃类组成的有机相、水相和经净化的固体例如沙。然后通过滗析使其彼此分离。

近年来一类新物质，即所谓的离子液体越来越受重视。术语“离子液体(英语“ionic liquids”)”是指仅由离子构成的液体。在此其包括有机化合物的熔融盐，或有机盐和无机盐的共熔混合物。

离子液体本身具有一系列优异的性质：它们是不挥发的(可以忽略不计的蒸汽压，与盐一样)、难燃的并且热稳定的(取决于所选择的液体，高达300℃)。大多数离子液体均无毒性。对于工业应用来说，尤其令人感兴趣的是其作为溶剂的特殊性质及其非常好的电导率。

此类化合物也适合于溶解特定的金属，例如铂、金或铑.也有文献公开了例如通过将贵金属如铂或铑溶于离子液体中，可以将其用作液态催化剂。

对此举出来自专业期刊Angewandte Chemie 2012，51，1684-1688(Wiley VCH)的论文，其中描述了将铂溶于离子液体中的方法。

技术实现要素：

从现有技术出发，本发明的任务在于描述一种全面的方法，借助该方法不仅可以从被污染的土壤和水体而且也可以从工业废料和废水中回收有价值金属和其它物质。在这种情况下将起始底物(土壤、废水等)净化并且可以将其返回大自然.

本发明的核心思想在于将想要回收的物质特别是来自水溶液或悬浮于的有价值的金属或金属化合物溶于离子液体中，然后通过电解过程使其从离子液体中析出。

作为离子液体，对此尤其考虑甲基咪唑鎓(MIM)、丁基咪唑鎓(BMiM)、乙基甲基咪唑鎓(EMIM)离子等的化合物，例如卤化物、硫酸盐、三氟甲磺酸盐、乙酸盐等。但也可以使用其它离子液体。

图1中示出了基于根据本发明的考虑的过程，以下将借助三个实施例对其进行简要解释。

尽管在以下实施例中将重点放在某些有价值的金属如铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)、铑(Rh)等的回收，然而要强调的是，以类似方式也可以将本发明所述的方法用于从原材料中除去某些有害物质，如重金属或放射性元素。在此重点并非回收这些物质，而是将其从起始原料中除去。

实施例1：

被污染的水：

在第一步骤中预处理被污染的水，其例如源自化工过程或源自矿山或其它领域，从粗的机械杂质释放(预处理分离)。这可以通过粗滤器或筛网实施，也可以在进行密度分离的水槽中实施。将粗的机械杂质作为废料分离并进行处置。在此同样也可以例如离析形成第二相的油。所产生的液体是金属盐的溶液，或是粒径在几毫米范围内、优选在几微米范围内的固体的含水悬浮液，在重力作用下或借助泵P4将其输入到浓缩单元KE1之中。在此例如通过加热和蒸发，以及随后通过在K1中冷却而冷凝，从悬浮液中除去大部分的水。

将如此浓缩的含水液体在混合容器MK2中与合适的离子液体混合(混合)。这通过泵P2从储存容器B2供应至混合容器MK2.在此，存在于悬浮液中并且可能附着在固体颗粒上的金属转移至离子液体中，并且大部分溶解于其中。结果是离子液体/水相乳液，在分离单元2中从乳化液中分离离子液体.

由于离子液体与水相不混合，所以形成例如可以重力分离的第二相.例如通过在KE2中进行加热，随后在K2中冷却和冷凝，将水从水相中抽出.将残渣作为废料进行处置。

将包含溶解形式的金属的离子液体输送至电解槽中。通过施加电压使来自溶液的金属沉积在电极上，其中离子液体由于其良好的电导率而起电解质的作用。获得纯净形式的金属。在另一步骤中释放离子液体的可能的机械杂质或化学杂质(净化离子液体)，并且经由P3将其返回到循环回路之中。替代性地，可以通过化学方式从离子液体中析出金属，例如通过沉淀，随后过滤。为此必须将电解槽替换成其它合适的容器。也可以考虑两种可能性的组合。

实施例2：

被污染的土壤或沙

如果待处理的材料包括被污染的土壤或沙，则必须在第一个步骤中将其粉碎(粉碎)，并且除去粗的机械异物如石子、塑料、木质组分以及不期望的金属件(预处理分离)。然后在混合室MK1中向预备的原料掺入特殊的含水混合物，所述混合物除水之外还包含与前述公开文献DE60100804T2中所描述类似的化学分离试剂。通过预先在B1中加入水，预先从浓缩物预备该分离试剂。首先使得可能存在的有机含油相分离。这在分离单元1中实施，在MK1中准备的悬浮液或乳液经由V2进入该分离单元1。在分离单元1中将混合物分离成含油相和水相以及固相，即经净化的土壤，将其在干燥之后返回大自然.例如可以通过重力方式分离成三个相。

通过P1或落差将水相提供给容器KE1，水相具有与实施例1中所述类似的特性，并且可能也包含细的固体颗粒。然后与实施例1中所述的一样用其继续操作.

实施例3：

固体废料，例如载体材料上的金属催化剂

如果要从载体材料回收有价值的金属，例如金属催化剂，则必须在第一步骤中将载体材料粉碎(粉碎)。以同样方式处理电子废弃物，例如同样可能含有有价值的金属如金、铂等的电路板或器件。本实施例中假设所述的载体包括与运输工具的废气催化器中使用的类似结构。因此这些结构要么可以由非金属例如陶瓷构成，或可以是具有非金属涂层的特殊金属表面。

在随后的步骤中(预处理分离)也如实施例2那样除去原料的大的异物。经粉碎的材料随后进入混合室MK1.如果所述载体包括陶瓷，则在此还可以将其进一步粉碎，直至出现毫米范围或微米范围内的粒径。例如在非金属涂覆的金属载体情况下，可通过从B1送入的特殊分离试剂将金属的非金属成分洗掉。然后在分离单元1中将这两种情况下产生的混合物分离。从水相除去可能存在的非催化金属、附着的油、油脂肪等。

所产生的水相基本上是溶液或细微固体颗粒的水悬浮液，具有与实施例2和1中所描述的类似特性。通过P1将其输入KE1中。然后与实施例1或2中所述的一样用其继续操作。

在上述所有三个实施例中，也可考虑不从离子液体中除去金属，而是继续使用该溶液。如果溶解的金属例如包括应作为催化剂使用的贵金属，例如Pt、Pd等，则可以使用整个溶液作为催化剂。然后在过程中不再使离子液体返回，而是以其富集贵金属的形式作为产品销售。