【摘 要】
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铂做为贵金属中最主要的金属之一,因其优异的物理以及化学特性,被广泛地应用于国防军工、农业、电子产业、汽车制造产业以及化工产业等领域。近年来,随着我国的工业、农业的快速发展,对铂的需求呈逐年上升的趋势。目前,铂的来源主要有矿产资源和二次资源两种途径,铂的矿产资源在全球极为稀缺,我国的铂资源储量更为稀少,仅占全球铂矿产资源的0.6%约516 t,且多为共生矿提取极为困难;而含铂的二次资源来源广泛且数量
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铂做为贵金属中最主要的金属之一,因其优异的物理以及化学特性,被广泛地应用于国防军工、农业、电子产业、汽车制造产业以及化工产业等领域。近年来,随着我国的工业、农业的快速发展,对铂的需求呈逐年上升的趋势。目前,铂的来源主要有矿产资源和二次资源两种途径,铂的矿产资源在全球极为稀缺,我国的铂资源储量更为稀少,仅占全球铂矿产资源的0.6%约516 t,且多为共生矿提取极为困难;而含铂的二次资源来源广泛且数量巨大,从中提取铂相比从矿石中的提取更为容易。铂因其优异的催化特性,可将汽车尾气中对环境有害的气体转化为对环境影响较小的气体,已被大量地应用于机动车尾气净化剂中。该二次资源含铂量高,且相比从矿石中提取铂更为容易。近年来,我国的汽车产业正处于井喷发展期,同时报废汽车数量也逐年攀升,使得废汽车催化剂数量十分可观。目前我国对汽车废催化剂中铂的工业回收主要是采用湿法冶金,然而该法具有原料适应性差、产生废水废渣较多、冶炼周期长以及废渣含铂量较高等缺点。因此,为了实现我国国防、工业、农业现代化的战略性目标,如何从数量可观的汽车废催化剂中回收贵金属铂成为今后从二次资源中回收贵金属铂的主要研究方向。基于湿法从汽车废催化剂中回收铂的诸多缺点,本文将对火法冶金回收汽车废催化剂中的铂进行研究。在本文中主要研究了熔炼过程的渣系及其熔化温度和粘度两个与本实验相关的主要性质以及熔炼过程中的捕集剂用量、还原剂用量、熔炼温度和熔炼时间四个主要工艺参数对废催化剂中铂回收率的影响。经过实验有:(1)熔炼之前应对汽车废催化剂进行必要的预处理,包括在300℃左右将废催化剂烘干5 h以上,从而去除原料中的水分,并将废催化剂原料于制样机中破碎至120~200目范围,以优化后续的熔炼过程。(2)从原料成分以及造渣结果考虑,本实验以SiO2-CaO-Al2O3-MgO-FeO五元渣系做为熔炼过程的熔渣组成,其中通过Factsage热力学软件计算了该五元渣系在不同组成含量的熔化温度以及粘度大小,得出了一系列初步符合所预期的熔渣及其渣系粘度和熔化温度要求的组成范围。符合熔炼要求的熔渣组成的质量分数范围为SiO2 50%~55%,CaO 24%~38%,Al2O3 12%~16%,以及少量的 MgO 和 FeO。(3)经过对单质Fe以及含铁氧化物和含铁化合物作为贵金属铂捕集剂进行了对比,得出Fe3O4对铂的捕集效果最好,本实验的捕集剂选择Fe3O4。(4)通过对Factsage热力学软件理论计算所得的渣系进行熔化温度和粘度的实验以及在各自条件下铂回收率的实验得出五元渣系各组成的合理值范围,各合理值范围为:CaO/SiO2=0.45~0.54,Al2O3 12%~16%,MgO 4%左右,FeO 2%左右。(5)通过对熔炼过程中四个主要工艺参数的探索性实验,得出外加物料量的合理值为,捕集剂Fe3O4加入量为废催化剂质量的15%,还原剂冶金焦炭用量为废催化剂质量的6%;合理的熔炼条件为:熔炼温度为1500℃,熔炼保温时间为4 h。(6)在合理工艺参数下进行熔炼实验所得熔体进行制样分析可知,熔炼所得的熔渣组成含量在预期的玻璃渣成分含量范围内,所得的合金组成大部分以Fe及含Fe的化合物为主,且合金中Pt的含量相较于原料中的铂富集了数百倍,基本满足了冶炼的要求。在渣系质量分数的合理配比与熔炼工艺参数的合适选取下,能够保证汽车废催化剂中铂的回收率在98%以上,熔炼完成后熔渣中的铂含量在10g/t以下,基本达到了冶炼目的和效果。
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