建立以綠色、無毒、低熔點(diǎn)的金屬Bi為捕集劑,選取Na₂O-Si O₂-Al₂O₃-Bi₂O₃渣型的火法熔煉新工藝,從廢汽車催化劑中回收鉑族金屬,研究熔渣堿度、金屬Bi質(zhì)量、熔煉溫度、捕集時(shí)間和硅硼質(zhì)量比等因素對(duì)Pd、Pt、Rh捕集行為的影響。熔渣堿度0.71、金屬Bi 1.9 g、硅硼質(zhì)量比0.94:1、1100℃熔煉10 min的優(yōu)化條件下,熔渣易分離、貴鉍表面光亮,Pd、Pt、Rh的回收率分別為98.90%、95.02%、97.00%,熔渣經(jīng)二次熔煉后,Pd、Pt、Rh的總回收率均大于99%;熔煉過程中Pd、Pt、Rh優(yōu)先被還原,以原子態(tài)或原子團(tuán)簇形態(tài)與金屬Bi鍵合,可形成α-Bi₂Pd、Bi₂Pt、Bi₄Rh等二元金屬間化合物,有利于降低體系自由能,實(shí)現(xiàn)金屬Bi對(duì)Pd、Pt、Rh的良好捕集。該工藝的成功開發(fā)為廢汽車催化劑中鉑族金屬的綜合回收開辟了一條新思路。 

【文章來源】：中國有色金屬學(xué)報(bào). 2020,30(09)北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

催化劑XRD譜Fig.1XRDpatternofcatalyst

℃，保溫一定時(shí)間后進(jìn)行熔煉。3)貴鉍分離保溫熔煉結(jié)束后，維持馬弗爐溫度，將陶瓷坩堝順序取出，置于20mm厚的鐵板上冷卻，熔體冷卻后進(jìn)行渣相和金屬相分離，即得一次熔煉渣和貴鉍合金，用于分析檢測、計(jì)算金屬回收率。4)貴鉍吹煉富集將d32mm×20mm鎂砂灰皿放入爐膛中部，由室溫勻速升至900℃后焙燒20min，將貴鉍合金放入紅熱鎂砂灰皿中，以0.5g/min的速度氧化吹煉分離金屬Bi，吹煉結(jié)束后趁熱取出鎂砂灰皿，放到20mm厚的鐵板上冷卻到室溫。主要工藝流程如圖2所示。2結(jié)果與討論2.1熔渣堿度對(duì)Pd、Pt和Rh回收率的影響稱取3.0g試樣裝入30mL陶瓷坩堝內(nèi)，加入Na2CO35.0g、Bi2O33.0g、面粉0.19g，改變硼砂和SiO2用量調(diào)整熔渣堿度，20min將爐溫從900℃勻速升至1080℃并保溫40min，考察熔渣堿度對(duì)Pd、Pt和Rh回收率的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，熔渣堿度較低時(shí)Pd、Pt和Rh均有較高的回收率，隨熔渣堿度的增加，Pd回收率略微增加后又快速降低，Pt和Rh的回收率均呈逐漸降低的趨勢；在熔渣堿度為0.67時(shí)，Pt和Rh的回收率最高，分別為83.68%和93.44%，熔渣堿度在0.71~0.77時(shí)Pd回收率最高為94.30%，熔渣堿度增加到0.91時(shí)，Pd、Pt和Rh回收率在取值范圍內(nèi)均最低，分別為63.0%、68.31%和80.69%。堿度對(duì)熔渣的熔點(diǎn)、黏度、密度、導(dǎo)電性等性質(zhì)均有較大影響，堿度較高導(dǎo)致熔渣黏度過小，可使新生態(tài)細(xì)微粒金屬Bi在熔體中的沉降速率過快，未與Pd、Pt和Rh充分接觸便沉入坩堝

第30卷第9期張福元，等：火法Bi捕集廢汽車催化劑中的Pd、Pt、Rh21673金屬Bi捕集Pd、Pt和Rh的過程機(jī)理3.1貴鉍合金物相分析為明確金屬Bi捕集鉑族金屬的過程機(jī)理，對(duì)貴鉍進(jìn)一步氧化吹煉富集鉑族金屬，通過XRD分析確定物相組成，貴鉍合金以及氧化吹煉富集22.5倍貴鉍合金的XRD譜分別如圖8和9所示。圖8貴鉍合金XRD譜Fig.8XRDpatternofbismuthalloy由圖8可知，XRD譜出現(xiàn)明顯單質(zhì)Bi的衍射峰，與單質(zhì)Bi標(biāo)準(zhǔn)圖譜(PdfNo.851330)基本吻合，未出現(xiàn)Na2CO3、SiO2、Al2O3、MgO等賤金屬氧化物的衍射峰，該類物質(zhì)主要參與造渣反應(yīng)，Pd、Pt、Rh含量較低未出現(xiàn)明顯衍射峰。由圖9可知，XRD譜基線較平整，主要出現(xiàn)金屬Bi相(PdfNo.851330)和二元金屬間化合物相α-Bi2Pd圖9富集后貴鉍合金的XRD譜Fig.9XRDpatternofenrichedbismuthalloy(Pd8.44%,Pt0.07%,Rh0.18%)(PdfNo.2853)的衍射峰，金屬Bi和α-Bi2Pd為合金主要物相成分，Pt、Rh含量較低，未出現(xiàn)單質(zhì)及相關(guān)化合物的衍射峰，富集后的貴鉍合金中未現(xiàn)單質(zhì)Pd的衍射峰，進(jìn)一步說明熔煉過程Bi和Pd形成金屬間化合物，并非簡單固溶體或晶格鑲嵌方式對(duì)Pd進(jìn)行捕集。3.2鉍捕集Pd、Pt、Rh機(jī)理探討3.2.1熔渣和金屬化學(xué)鍵的差異性采用鉍作為捕集劑火法熔煉廢汽車催化劑富集Pd、Pt和Rh過程中，需要配入Na2CO3、硼砂、SiO2進(jìn)行造渣，以分離樣品中的高熔點(diǎn)賤金屬化合物。根據(jù)海拉西蒙科離子結(jié)構(gòu)熔渣理論，賤金屬氧化物為離子鍵很強(qiáng)的離子晶體，

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