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Rare Metals 安博竞彩官方科技大学张深根:铁捕集铝基废催化剂的渣型设计及优化

发布时间:2024-04-28收藏本文关闭本文

铁捕集铝基废催化剂的渣型设计及优化
何学峰,殷喜平,丁云集*,史志胜,赵保槐,郑环东,菅金鑫,张深根*,Chein-Chi Chang
安博竞彩官方科技大学新材料技术研究院金属材料循环利用中心
安博竞彩官方科技大学顺德创新学院
中石化催化剂公司工程技术研究院
美国华盛顿特区给排水管理局

【文献链接】
He, XF., Yin, XP., Ding, YJ. et al. Slag design and optimization for iron capturing platinum group metals from alumina-based spent catalysts. Rare Met. (2023).
//doi.org/10.1007/s12598-023-02262-8

【背景介绍】
石化催化剂是铂族金属(PGMs)最重要的用途之一,主要以Al2O3为载体,PGMs含量0.1-2wt.%,具有极高的经济价值。石化废催化剂湿法浸出回收率低,废水量大、环境污染严重。铜铅镍火法捕集重金属污染严重,等离子体铁捕集因温度高形成硅铁合金致回收率低。安博竞彩官方科技大学张深根教授课题组在Rare Metals上提出了一种铁捕集PGMs的方法,设计了CaO-Al2O3-Na2O-B2O3高铝无硅渣系,采用FactSage软件对渣相成分进行了优化,揭示了渣相成分对液相区的影响规律,实现了1400-1500°C温度下铁捕集PGMs,从源头上避免了硅铁合金的形成,PGMs回收效率大于99%。研究结果为铝基废催化剂中铂族金属的绿色高效回收提供了新思路,有望工业化应用。

【原文摘要】
石化催化剂是铂族金属(PGMs)的最重要的消耗领域之一,因此从废石化催化剂中回收PGMs具有很高经济价值。传统的石化催化剂回收方法主要通过湿法浸出,但PGMs回收率低,废水量大,环境负担重。针对上述问题,本文提出了一种基于CaO-Al2O3-Na2O渣系的铁捕集PGMs方法。该方法避免了Fe-Si合金的生成,实现了PGMs高效富集。对熔滴受力分析可知降低渣相密度和黏度可提高PGMs回收率。通过FactSage软件对渣相成分进行优化,揭示了B2O3对CaO-Al2O3-Na2O-B2O3相图1400°C液相区的影响。优化的铁捕集PGMs工艺条件为:碱度为1.0,20 wt% Na2O,15 wt% B2O3,15 wt% Fe,3 wt% C,温度为1400-1500°C,PGMs的回收率大于99%。通过热力学模型揭示了铁捕集PGMs机制,由于合金和渣相的化学键不同,二者不能成键,实现合金和渣相高效分离。PGMs颗粒和铁微球具有很大的表面吉布斯自由能,PGMs颗粒和铁微球相互碰撞和融合减少表面积,降低体系的吉布斯自由能。

【文章亮点】
1.揭示了B2O3对CaO-Al2O3-Na2O-B2O3相图1400℃液相线的影响,分析了碱度、Na2O、B2O3对渣相熔点、粘度、密度的影响规律;
2.针对铝基废催化剂,设计了CaO-Al2O3-Na2O-B2O3无硅渣型,PGMs回收率大于99%;
3.通过热力学模型揭示了铁捕集PGMs机制。

【内容简介】
日前,安博竞彩官方科技大学新材料技术研究院张深根教授课题组Rare Metals上发表了题为“Slag design and optimization for iron capturing platinum group metals from alumina-based spent catalysts”的研究文章,针对铝基废催化剂,设计了CaO-Al2O3-Na2O-B2O3渣型,实现了PGMs的高效回收
通过构建熔滴受力模型,计算了渣相的密度、黏度和熔滴直径是影响铁捕集的关键因素,明确了提高捕集率需降低渣相密度和黏度。采用FactSage软件计算了CaO-Al2O3-Na2O-B2O3相图,阐明铝基废催化剂载体与渣型设计的关系,分析了碱度、Na2O、B2O3等对渣相熔点、黏度、密度的影响规律。在优化的条件下,熔渣中Pt、Pd品位分别为5.0 g/t和3.4 g/t,PGMs回收率超过99%。

(资料来源:)

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