去除含贵金属废料中的炭及有机物工艺研究

2022-09-10

一、概述

贵金属由于其特殊的性质及价值, 在各行业均有广泛的应用。随着社会的发展, 对贵金属的需求越来越大, 而贵金属的资源是有限的。为了解决贵金属的短缺, 其中一个非常有效的途径就是从废弃物中循环回收贵金属[1], 该技术目前已经得到深入的研究。

在石油、化工等领域, 贵金属物料的应用越来越广泛[2]。其中, 贵金属的活性非常重要。然而, 一旦贵金属物料的活性降低或完全失去活性, 就必须用新的贵金属替换[3]。贵金属物料活性降低的原因很多, 主要是由于贵金属物料在长时间使用后, 含炭物质会持续堆积, 物料中的各种有害杂质也会使物料被毒化。众所周知, 贵金属资源非常有限, 价格极其昂贵。为了节约资源、降低生产成本, 必须设法从废弃的含贵金属废料中对贵金属进行循环回收利用, 其工艺的优化对提高贵金属回收利用率非常关键。焙烧技术是去除含贵金属废料中的有机物和炭的有效方法, 目前一般是采用一次焙烧的工艺方法, 其缺点是工艺过程中单位能耗过高[4][5][6]。

为了节能, 本文提出采取分步法富氧焙烧、将含有贵金属的废料中的有机物及炭去除的新工艺。与现有工艺技术相比, 具有工艺简单合理、节约能耗、循环性强等优点。

二、工艺流程

本文所提出的将含有贵金属废料中的有机物和炭去除的工艺方法, 是采用一个焙烧炉, 将这些废料置于炉中, 在富氧氛围下, 控制特定的温度进行焙烧。在富氧焙烧时, 焙烧气氛中氧气含量大大高于通常情况下空气中的氧含量。与普通氧化焙烧相比, 富氧焙烧具有如下三方面的优势[7]:第一, 增加氧含量使氧化焙烧效果极大强化, 从而缩短了氧化焙烧的时间;第二, 富氧焙烧使得氧化作用可以在较低的温度下完成, 从而可降低焙烧温度;最后, 由于焙烧时间短、焙烧温度低, 整个工艺流程的能耗大大降低。

废料经过富氧焙烧后, 再用无机酸浸出, 经固液分离后的液体可以提炼出贵金属及其盐类。经过提炼的残渣放回焙烧炉中, 进行二次焙烧, 焙烧后使用无机酸浸出, 再经过固液分离后, 可得部分贵金属及其盐类, 剩余的残渣则可另行处理。

具体工艺流程见图1。

三、实验步骤

1.首先将待处理的废料置于一个焙烧炉中, 在富氧氛围下进行焙烧150~210分钟, 焙烧温度根据废料中贵金属含量的不同而不同。

2.将焙烧过的含贵金属废料用无机酸浸出;无机酸与废料的重量配比范围为3~5:1, 浸出时间控制在3~5小时;无机酸采用盐酸、硫酸或硝酸, 也可用它们的混合酸。

3.接着再进行固液分离, 分离后的液体可以提炼出贵金属及其盐类。

4.经过提炼后的残渣放回焙烧炉中, 进行二次焙烧, 时间大约为150~210分钟。

5.重复上述步骤2和3, 将焙烧过的含贵金属废料用无机酸浸出;接着再进行固液分离, 可以提炼出贵金属及其盐类。

四、实验结果

实验所用废料为基体全溶型含铂废料, 分别采用一次焙烧和二次焙烧的工艺方法进行实验。

一次焙烧的实验步骤:将200kg待处理的含铂废料, 放置在一个焙烧炉中, 将温度控制在550~600℃进行大约8~10小时的焙烧, 从而可以比较彻底地去除废料中的有机物和炭。

1.表1为一次焙烧的实验结果。

作为对比, 进行了二次焙烧实验, 具体实验过程如下:

(1) 将200kg待处理的含铂废料, 放置在一个焙烧炉中, 将温度控制在550~600℃进行大约3小时的焙烧

(2) 配置700L的王水, 然后将焙烧过的废料放入王水中浸出大约3.5小时;

(3) 接着再进行固液分离, 分离后的液体可以提炼出贵金属及其盐类;

(4) 经过提炼后的残渣放回焙烧炉中, 进行二次焙烧, 时间大约为180分钟;

(5) 再将二次焙烧过的废料放入100L的王水浸出, 接着再进行固液分离, 可以提炼出贵金属及其盐类。

实验结果如表2所示。

2.表2含铂废料二次焙烧实验结果

表2中, 第一步焙烧用较短的时间, 先将大部分炭及有机物焙烧掉;第一步不进行彻底焙烧, 有利于后续的溶解效果。经过第一步的焙烧后, 废料基体的大部分已经溶解, 剩余的炭等有机物经过进一步的富集, 可大大提高第二步焙烧的效率。

比较表1和表2的实验结果可以发现, 采用分步焙烧方式, 一次浸出率达96%以上, 说明废料中所含的铂绝大部分已经被浸出;采用两步焙烧工艺, 最后所剩余的残渣明显比一次焙烧工艺少, 焙烧时间也缩短了2~4小时, 极大地降低了工艺过程的能耗。同时, 分步焙烧工艺的物料总浸出率也高于一次焙烧工艺。

结论

为了节能, 本文提出采取分步法富氧焙烧、将含有贵金属的废料中的有机物及炭去除的新工艺。通过对比实验, 表明分步富氧焙烧方式比一次焙烧法可缩短焙烧时间2~4h, 能耗从原来的1.05元/kg降低到0.76元/kg, 能耗降低了27.6%。与现有工艺技术相比, 分步法富氧焙烧的工艺具有工艺简单合理、节约能耗、循环性强等优点。

摘要：有效解决贵金属资源短缺问题的途径之一是从各种工业废弃物中回收贵金属。为了节能, 本文提出采取分步法富氧焙烧、将含有贵金属的废料中的有机物及炭去除的新工艺。通过对比实验, 表明分步富氧焙烧方式比一次焙烧法可缩短焙烧时间24小时, 能耗从原来的1.05元/kg降低到0.76元/kg, 能耗降低了27.6%。与现有工艺技术相比, 分步法富氧焙烧的工艺具有工艺简单合理、节约能耗、循环性强等优点。

关键词：含贵金属废料,焙烧,有机物,炭