CN114717642B - 一种从粗钌溶液制备高纯三氯化钌晶体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种从粗钌溶液制备高纯三氯化钌晶体的方法,包括以下步骤:向粗钌溶液中,加入氧化剂、氯化铵,煮沸搅拌反应一段时间,冷却静置过滤。滤饼用氯化铵盐酸溶液充分洗涤数次,洗涤液与粗钌沉淀尾液合并回收。滤饼转入加压釜用盐酸、双氧水溶解,溶解液充分加热赶走多余的双氧水,然后常压下用水合肼高速搅拌还原得到活性钌。活性钌用酸水洗涤数次,然后迅速将其转入加压反应釜,加入盐酸和双氧水溶解数小时,得到高纯钌液。将高纯钌液经浓缩,真空蒸发,制得三氯化钌晶体。该方法无毒无害、清洁环保,粗钌提纯周期短,同时成本低,回收率高,经济效益好。
Description
技术领域
本发明涉及贵金属冶炼技术领域,具体涉及一种从粗钌溶液制备高纯三氯化钌晶体的方法。
技术背景
钌是铂族金属元素中在地壳中含量最少的一个元素,同时也是最后发现的铂族元素。钌的独特化学性质,以及相对低廉的价格使其有着良好的催化剂应用前景,主要用于电气、医药、石油化工等领域,在氢化反应、氧化反应、烯烃分解都有着应用。我国钌资源匮乏,多依赖进口,有限的资源和不断增长的钌需求之间的矛盾日益突出,因此有必要对钌二次资源回收利用,这既满足了钌的需求,又解决了钌废料的处理问题。
钌最常见的回收方法为氧化蒸馏法。其方法是基于四氧化钌易挥发的特性。即用强氧化剂将钌氧化成四氧化钌,然后再通过盐酸吸收,得到较为纯净的三氯化钌溶液。钌废料的预处理,也大多采用此种方法。但是,目前生产过程中,常会面临非常多的问题。经盐酸吸收的钌溶液,其浓度相对较低(不足5g/L),需经过长时间的浓缩,才能得到高浓度的钌液,一次蒸馏需要5~10天。由于常规的废料中成分极为复杂,盐酸吸收的钌溶液,其杂质往往超标,还需要二次甚至多次蒸馏,生产周期长达2个多月,由于生产周期过长,费时费力,持续加热能源浪费严重,且无法保证溶液经二次蒸馏得到的杂质含量合格。因此,寻找一种新的方法处理粗钌液,得到高纯三氯化钌就显得十分必要。
技术人员对传统方法,进行了积极的探索和改进。发明专利CN113860612A提出一种采用含钌废水制备三氯化钌水合物的方法,将含钌废水和氧化剂混合,在25~50℃的条件下进行反应,得到四氧化钌气体,并在含钌废水中通入压缩气使四氧化钌气体转入含有吸收液的吸收装置中,使四氧化钌与吸收液反应,得到含有三氯化钌或H2RuCl5的吸收液;将所述含有三氯化钌或H2RuCl5的吸收液进行减压蒸发,得到三氯化钌水合物。
专利CN106335932A是一种三氯化钌的生产工艺,该工艺是按照传统方法生产RuO4气体;然后采用稀盐酸吸收RuO4气体至溶液中Ru的浓度为59-61g/L,同时,调节pH至1.9-2.1,得到含钌溶液;向含钌溶液中加入分散溶剂,分散溶剂加入的体积为含钌溶液体积的9.8%-10.2%,得到分散后的含钌溶液;分散溶剂为双氧水、乙醇和丙酮按照体积比为1:(7.9-8.1):(0.95-1.05)的混合物,接着将得到的分散后的含钌溶液采用喷雾干燥机进行喷雾干燥,得到三氯化钌粉末。
上述两种方法虽然对传统方法有所改进,但是仍然存在技术路线复杂,纯度难以控制的问题。
发明内容
本发明提供一种从粗钌溶液制备高纯三氯化钌晶体的方法,该方法中,生产操作环保清洁,且可以降低生产成本,加快生产周期,进一步提高经济效益。
为了实现上述目的,本发明提供了一种从粗钌溶液制备高纯三氯化钌晶体的方法,包括以下步骤:
(1)沉淀:向粗钌溶液中加入1.4-3倍钌摩尔量氧化剂,将钌氧化成高价态的。充分氧化反应后,加入5倍以上钌摩尔量的氯化铵,钌以氯钌酸铵的形式沉淀,与绝大部分杂质分离;
(2)过滤洗涤:将步骤(1)得到的料液过滤,滤饼用10%氯化铵1mol/L盐酸的溶液充分洗涤,以便洗去物理夹杂的杂质;
(3)重溶:将步骤(2)得到的氯钌酸铵沉淀,小心转入加压反应釜,按固液比1:4,加入3mol/L的盐酸溶液和2倍钌摩尔量的双氧水(浓度30%),控制压力在5-10MPA,调节温度100℃-120℃,搅拌反应4h,泄压后,将溶液继续煮沸,赶多余的酸和双氧水。
(4)还原:将步骤(3)得到的钌液,调节pH值为1-1.5,升温至70-80℃,然后按照1kg钌加入2L水合肼(浓度80%)的比例缓慢加入水合肼,保持pH 1-1.5,保持该状态下反应4 h,得到活性钌,用酸水充分洗涤。
(5)活性钌溶解、制备晶体;将步骤4中得到的活性钌,转入加压反应釜,按固液比1:4,加入3-5mol/L的盐酸溶液和2倍钌摩尔量的双氧水(浓度30%),然后调节压力至10Mpa,温度约为120℃,搅拌反应5h。得到高纯钌液,钌液浓缩至糖浆状,然后用真空干燥,得到三氯化钌晶体。
优选的,步骤1采用的氧化剂为双氧水、氯酸钠、溴酸钠中的一种,氯化铵的添加量不少于5倍钌摩尔量。
优选的,步骤4中的活性钌应保持湿润性和活性,且步骤5中活性钌溶解中,活性钌滤饼应迅速溶解,以保证钌的溶解率。
优选的,步骤5中,制备三氯化钌晶体,应先浓缩至接近糖浆状,然后再转入低温真空干燥,得到晶体。
相比现有技术,本发明的优点和积极效果:
(1)本发明提供的粗钌液提纯方法,是利用氯化铵沉淀,重溶,还原,溶解的方法,该工艺相对简单,缩短了生产周期,降低了能耗,具有显著的环境效益和社会效益。
(2)本发明的重溶还原,再溶解的方案,可以达到多次提纯的目的,而这种化学提纯的方案比蒸馏法要节能,效果可靠。
(3)本发明采用的是盐酸-双氧水体系,与现有的王水体系相比,具有低毒,环保的优点。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合实例旨在说明本发明的技术方案,而非限制本发明的保护范围。
实施例1
从废料中溶解钌得到的液体,获得钌吸收液10L,即本发明所述的粗钌液,粗钌液的钌浓度约为10g/L。其杂质浓度如下表所示:
元素 | 锡 | 铜 | 钾 | 钠 | 铝 | 铼 |
含量(mg/L) | 100 | 15 | 13 | 800 | 180 | 5 |
沉淀:在70-80℃条件下加入150g氯酸钠,充分氧化,接着加入1000g氯化铵,保持70-80℃,充分搅拌2h,钌以氯钌酸铵的形式沉淀;
过滤洗涤:料液过滤,滤饼用10%氯化铵1mol/L盐酸的溶液充分洗涤,以便洗去物理夹杂的杂质;
溶解:将滤饼小心转入加压釜,加入600mL 3mol/L的盐酸,200mL双氧水,控制压力8Mpa,温度100℃-120℃,搅拌反应4L,反应结束后,常压继续煮沸0.5h。
还原:将溶液过滤后,调节pH至1-2,缓慢加入200mL水合肼,控制温度70-80℃,pH1-1.5,反应4h,滤饼是海绵态的细颗粒钌,具有较高的反应活性,充分过滤洗涤。
溶解制备晶体:活性钌转入加压釜,加入200mL3M的盐酸和200mL双氧水,控制压力10Mpa,温度约120℃,搅拌反应5h,泄压,然后将溶液转出,浓缩至钌浓度约为200g/L,测溶液中杂质含量见表1-1(均不超标)。
表1-1 钌液中杂质含量
元素 | 锡 | 铜 | 钾 | 钠 | 铝 | 铼 |
含量(mg/L) | 1.0 | 2.2 | 0.8 | 2.0 | 1.6 | 0.8 |
将上述溶液继续浓缩到糖浆状,真空干燥得到三氯化钌晶体264.76g,其钌含量37.21%,其杂质见表1-2。
表1-2三氯化钌晶体杂质含量
元素 | 锡 | 铜 | 钾 | 钠 | 铝 | 铼 |
含量(%) | 0.0002 | 0.0004 | 0.0001 | 0.0004 | 0.0003 | 0.0001 |
经计算,直收率大于98%。
实施例2(对比例)
与实施例1不同在于,不经过水合肼还原,直接将第3步加压釜内重溶后得到的钌溶液,浓缩至钌浓度约为200g/L,测溶液中杂质含量见表2-1.
表2-1钌液中杂质含量
元素 | 锡 | 铜 | 钾 | 钠 | 铝 | 铼 | 铵根 |
含量(mg/L) | 32 | 40 | 46 | 308 | 132 | 21 | 15g/L |
由表2-1对比表1-1可看出:溶液含有大量铵根离子,其它杂质也均严重超标,溶液纯度不高。
实施例3(对比例)
与实施例1不同在于,经过水合肼还原后,若不保持滤饼的湿润性,活性丧失后,第3步加压釜内重溶,溶解率将变低,溶解时间变长,酸的含量需要过量更多,造成工艺时间变长,酸量增加后,其它易溶杂质也相对与钌更多的溶解进溶液中,影响了纯度。最终获得的三氯化钌晶体的杂质见表3-1。
表3-1三氯化钌晶体杂质含量
元素 | 锡 | 铜 | 钾 | 钠 | 铝 | 铼 |
含量(%) | 0.007 | 0.005 | 0.002 | 0.01 | 0.005 | 0.03 |
Claims (5)
1.一种从粗钌溶液制备高纯三氯化钌晶体的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)沉淀:向粗钌溶液中加入1.4-3倍钌摩尔量的氧化剂,将钌氧化成高价态的,充分氧化反应后,加入5倍以上钌摩尔量的氯化铵,钌以氯钌酸铵的形式沉淀,与绝大部分杂质分离;
(2)过滤洗涤:将步骤(1)得到的料液过滤,滤饼用10%氯化铵1mol/L盐酸的溶液充分洗涤;
(3)重溶:将步骤(2)得到的氯钌酸铵沉淀,转入加压反应釜,按固液比1:4,加入3mol/L的盐酸溶液和2倍钌摩尔量的双氧水,该双氧水的浓度为30%,压力控制在5-10MPa,调节温度100℃-120℃,搅拌反应4h,泄压后,将溶液继续煮沸,赶净多余的酸和双氧水;
(4)还原:将步骤(3)得到的钌液调节pH值为1-1.5,升温至70-80℃,然后按照1kg钌加入2L水合肼的比例缓慢加入水合肼,该水合肼的浓度为80%,保持pH 1-1.5,反应4 h,得到活性钌,过滤并用pH 1-1.5的酸水充分洗涤,保持滤饼的湿润性;
(5)活性钌溶解、制备晶体;将步骤4中得到的活性钌滤饼,转入加压反应釜,按固液比1:4,加入3-5mol/L的盐酸溶液和2倍钌摩尔量的双氧水,该双氧水的浓度为30%,然后调节压力至10Mpa,温度为120℃,搅拌反应5h;得到高纯钌液,钌液浓缩至糖浆状,然后用真空干燥,得到三氯化钌晶体。
2.根据权利要求1所述的从粗钌溶液制备高纯三氯化钌晶体的方法,其特征在于,步骤1所述的氧化剂选自双氧水、氯酸钠、溴酸钠中的一种。
3.根据权利要求1所述的从粗钌溶液中制备高纯三氯化钌晶体的方法,其特征在于,步骤1所述氯化铵的添加量不少于5倍钌摩尔量。
4.根据权利要求1所述的一种从粗钌溶液制备高纯三氯化钌晶体的方法,其特征在于,步骤5活性钌溶解中,得到活性钌滤饼后立即溶解。
5.根据权利要求1所述的一种从粗钌溶液中制备高纯三氯化钌晶体的方法,其特征在于,步骤5中,制备三氯化钌晶体,应先浓缩至接近糖浆状,然后再转入低温真空干燥,得到晶体。
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