废玻纤耐火砖高效回收铂铑的加压浸出工艺研究

摘要：试验对某玻纤厂产出的废耐火砖进行加压酸浸处理，探索最佳浸出工艺条件。试验结果表明，当耐火砖用量为100 g,液固比为5:1,盐酸用量为80 mL,硝酸用量为20mL,反应温度为200℃,压强为1.6 MPa,反应时间为4h时，铂的浸出率可达99.05%,铑的浸出率可达98.21%,渣中铂含量和铑含量分别降低至0.0016%、0.0003%。在最佳浸出工艺条件下，采用低浓度盐酸+硝酸混酸体系，加压浸出可实现铂和铑的高效浸出，具有较好的应用前景。

玻璃纤维是一种性能优良的无机非金属材料，种类繁多，广泛应用于电绝缘材料、保温材料、电路基板、纤维增强材料等领域。目前，我国玻璃纤维产量跃居世界首位，占全球产量的一半以上。玻璃纤维生产中使用的拉丝漏板、坩埚、池窑鼓泡器、挡砖包裹材料及热电偶等部件必须使用铂族金属铂(Pt)、铑(Rh)。高温生产过程中，铂和铑通过挥发沉积或扩散作用进入周围的耐火砖或废玻璃渣中，铂与铑金属含量一般为0.2～1.2kg/t,远高于精矿品位，且堆存量逐年递增，铂与铑蕴藏量相当可观。目前，玻纤耐火砖中回收铂和铑的方法主要有选矿法、铁富集法、王水溶解法、碱熔融法、微波碱熔融法、选冶联合法等,还存在处理效率低、环境污染严重、浸出率偏低等问题，制约从玻纤耐火砖中回收铂族金属的发展。本文采用盐酸+硝酸混酸体系，利用加压浸出技术，开展从玻纤耐火砖中高效回收铂铑的新工艺研究。

试验部分

1.1 试验原料

试验所用原料由某玻纤厂产生，主要元素含量如表1所示。从分析结果来看，耐火砖中主要元素为硅、铝、铁等，其中Pt含量为0.1778%,Rh含量为0.0165%,Rh在铂铑形成的合金中的比例为8.49%。

1.2 试验方法

浸出试验在加压釜中进行。称取一定量的原料置于加压釜内胆中，按一定液固比加入盐酸、硝酸和水，加压釜加热至预设温度，进行机械搅拌浸出，浸出结束后过滤、洗涤，滤液和滤渣(80℃烘干)分别取样分析。

结果与讨论

本研究主要考察混酸体积浓度、酸矿比、硝酸用量、反应时间和反应温度等因素对铂、铑浸出率的影响。

2.1混酸体积浓度的影响

由于盐酸+硝酸体系对设备的腐蚀性较强，为了降低腐蚀，宜尽量降低体系的酸度，同时应保障体系对铂铑的浸出效果。通过改变混酸体积浓度，可以调整混酸的初始酸度，因此考察混酸体积浓度的影响。原料用量为100g,盐酸用量为75mL,硝酸用量为25mL,反应时间为4h,反应温度为150℃,混酸体积浓度分别为10%、15%、20%和25%时，开展条件试验，结果如图1所示。

图1 混酸体积浓度对铂、铑浸出的影响

由试验结果可以看出，在混酸加入量一定的情况下，随着混酸体积浓度的增大，混酸体系初始酸度不断升高，铂和铑的浸出率均逐渐升高。当体积浓度达到20%时，铂和铑的浸出率分别达到97.55%、86.86%。体积浓度高于20%后，铂和铑的浸出率提高有限，为尽量降低体系的腐蚀强度，推荐混酸体积浓度为20%。

2.2 酸矿比的影响

为了尽可能降低酸耗，提高酸的利用率，便于后续处理，固定混酸体积，改变耐火砖加入量，考察不同酸矿比条件下铂和铑的浸出率。体积浓度20%的混酸用量为500mL,反应温度为150℃,反应时间为4h,原料用量分别为83g、100g、125g,酸矿比(混酸体积与耐火砖质量之比)分别为4、5、6时，开展条件试验，结果如图2所示。

图2 酸矿比对铂、铑浸出的影响

由试验结果可以看出，随着酸矿比的增大，铂和铑的浸出率均有所提高。酸矿比分别为5和6时，铂铑浸出率相差较小。为尽量降低酸耗，酸矿比取5。

2.3 硝酸用量的影响

盐酸+硝酸浸出体系中，硝酸主要作为氧化剂，起到氧化铂和铑的作用。在保证浸出液酸度的条件下，考察硝酸用量的影响。原料用量为100g,水用量为400mL,反应时间为4h,反应温度为150℃,硝酸用量分别为15mL、20mL、25mL和30mL(对应的盐酸用量调整为85mL、80mL、75mL、70mL),开展条件试验，结果如图3所示。

由试验结果可以看出，硝酸用量对铂和铑的浸出效果有一定影响，随着硝酸用量的增加，反应体系的氧化性增强，铂和铑的浸出率逐渐提高。硝酸用量达到20mL后，铂和铑的浸出率提高有限，而硝酸用量越大，后续赶硝处理时间越长。因此，在保障铂和铑浸出率的前提下，宜降低硝酸使用量，推荐硝酸用量为20mL。

图3 硝酸用量对铂、铑浸出的影响

2.4 反应时间的影响

铂、铑的溶解较为缓慢，为了提高处理效率，要选择合适的反应时间，因此考察反应时间对铂、铑浸出率的影响。原料用量为100g,反应温度为150℃,体积浓度20%的混酸用量为500mL(盐酸80mL+硝酸20mL+水400mL),反应时间分别为3h、4h、6h和8h时，开展条件试验，结果如图4所示。

图4 反应时间对铂、铑浸出的影响

由试验结果可以看出，随着反应时间的延长，铂和铑的浸出率均有所提高，特别是铑的浸出率受时间影响较大。反应时间达到4h后，继续延长反应时间，铂铑浸出率变化不大，因此反应时间取4h。

2.5 反应温度的影响

反应温度对铂、铑浸出的影响最为关键，由于铂、铑的化学惰性较强，在常压下难以实现较高的浸出率，通过提高反应温度、提升系统压强，才可能实现铂、铑的高效浸出，因此考察反应温度对铂、铑浸出率的影响。原料用量为100g,体积浓度20%的混酸用量为500mL,反应时间为4h,反应温度分别为150℃、180℃、200℃和220℃时，开展条件试验，结果如图5所示。

图5 反应温度对铂、铑浸出的影响

由试验结果可以看出，反应温度对铑的浸出影响明显，提高反应温度可以显著提升铑的浸出率。当反应温度为200℃,压强为1.6MPa时，铑的浸出率已经达到98.21%,继续提高反应温度，浸出率提高幅度很小，而体系对设备的腐蚀强度也会增大。因此，综合考虑各因素，反应温度取200℃,在此条件下，铂的浸出率达到99.05%,铑的浸出率达到98.21%。

结 论

本研究通过条件试验确定玻纤耐火砖加压浸出的最佳工艺条件。当耐火砖用量为100g,液固比为5:1,盐酸用量为80mL,硝酸用量为20mL,反应温度为200℃,压强为1.6MPa,反应时间为4h时，铂的浸出率可达99.05%,铑的浸出率可达98.21%,渣中铂含量和铑含量分别降低至0.0016%、0.0003%。玻纤耐火砖的常规回收工艺还有诸多不足，在最佳浸出工艺条件下，加压浸出工艺可以实现非常高的浸出率，处理效率高，具有实用性和可行性。