一种从废环氧乙烷催化剂中回收银和铼的方法
阅读说明：本技术 一种从废环氧乙烷催化剂中回收银和铼的方法 (Method for recovering silver and rhenium from waste ethylene oxide catalyst ) 是由 程道建 文启星 吴登峰 南洋 于 2021-08-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种从废环氧乙烷催化剂中回收银和铼的方法,属于金属回收技术领域；所述方法包括以下步骤：将废环氧乙烷催化剂研磨处理；将所得的颗粒在含氯烷烃-烷烃-氧气-氮气混合气环境下进行焙烧；之后用硝酸和双氧水混合溶液浸出、过滤,得到滤液和滤渣；用盐酸对滤液进行沉淀；沉淀结束后,过滤,采用离子交换法对所得滤液进行富集吸附铼；将滤渣溶解于氨水中,加入还原剂还原得到海绵银；采用本发明的方法对废环氧乙烷催化剂中的银和铼进行回收,铼的回收率大于87％,银的回收率可达99.7％以上；且最终得到的滤渣氧化铝含杂质较少,可以重新用作载体等原料,减少废渣的排放。(The invention discloses a method for recovering silver and rhenium from a waste ethylene oxide catalyst, belonging to the technical field of metal recovery; the method comprises the following steps: grinding the waste ethylene oxide catalyst; roasting the obtained particles in a mixed gas environment containing chloroalkane-alkane-oxygen-nitrogen; then, leaching and filtering the mixture by using a mixed solution of nitric acid and hydrogen peroxide to obtain filtrate and filter residue; precipitating the filtrate with hydrochloric acid; after the precipitation is finished, filtering, and enriching and adsorbing rhenium in the obtained filtrate by adopting an ion exchange method; dissolving the filter residue in ammonia water, and adding a reducing agent to reduce to obtain sponge silver; the method of the invention is adopted to recover the silver and the rhenium in the waste ethylene oxide catalyst, the recovery rate of the rhenium is more than 87 percent, and the recovery rate of the silver can reach more than 99.7 percent; and the finally obtained filter residue alumina contains less impurities and can be reused as raw materials such as a carrier and the like, so that the discharge of waste residues is reduced.)
技术领域
本发明属于金属回收技术领域，具体涉及一种从废环氧乙烷催化剂中回收银和铼的方法。
背景技术
环氧乙烷是一种重要的化工中间体，可以进一步生产市场上所需的主要消费型化工产品，如防冻剂、药品、洗涤剂、塑料等几十种精细化工产品。
目前环氧乙烷的工业生产主要是银催化剂下乙烯和氧气直接反应的方法，该工艺的关键技术是Ag/Al2O3催化剂的使用，其可以显著提高环氧乙烷的生产效益。该催化剂除了含有大量活性组分银外，还包含各种助剂，如稀有金属铼。活性组分银质量含量为5-40％，稀有金属铼质量含量小于1％。
工业上用于乙烯环氧化生产环氧乙烷的Ag/Al2O3催化剂易于性能下降，表现为环氧乙烷催化剂活性的损失和在形成所需产物环氧乙烷中选择性的损失，这是由于Ag/Al2O3催化剂的长期使用和工业反应温度的提高，造成Ag/Al2O3催化剂上活性组分银颗粒烧结长大，引起Ag/Al2O3催化剂失活。一般工业上用于环氧乙烷生产的Ag/Al2O3催化剂使用寿命在2～3年，此后必须更换新鲜催化剂，并且很难再生。贵金属银和稀有金属铼的价格昂贵，同时我国对银和铼的需求呈现升高的趋势，国内对银和铼生产很难满足其增长需求。因此，废环氧乙烷催化剂中贵金属银和稀有金属铼具有非常高的回收价值。
目前关于废乙烯环氧化催化剂中回收贵金属银和铼的文献较少。中国专利201710445295.7公开了从失效环氧乙烷催化剂中回收银和铼的方法，按照球磨，活化，过滤，硝酸溶解，洗涤过滤，硅功能材料吸附富集铼，电沉积银的步骤分离回收贵金属银和铼。该申请技术在催化剂浸出前进行活化处理，破坏各种助剂的包裹，提高银和铼的浸出率，银的回收率大于99.6％，铼的回收率大于85％，电沉积余液循环利用，产生α-Al2O3惰性渣可再次利用，生产过程清洁、节能降耗和环境友好，但是该方法较为复杂，而且需要采用电沉积法回收银。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种从废环氧乙烷催化剂中回收银和铼的方法，在含氯烷烃-烷烃-氧气-氮气混合气环境下对废环氧乙烷催化剂焙烧，再用硝酸和双氧水混合体系浸出银和铼，盐酸沉淀，离子交换法富集吸附滤液中的铼，然后还原法还原沉淀获得海绵银。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供了一种从废环氧乙烷催化剂中回收银和铼的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)研磨：将废环氧乙烷催化剂研磨处理；
(2)焙烧：将步骤(1)研磨处理后所得的颗粒在含氯烷烃-烷烃-氧气-氮气混合气环境下进行焙烧；
(3)浸出：将步骤(2)所得的废环氧乙烷催化剂用硝酸和双氧水混合溶液浸出；
(4)过滤、洗涤：步骤(3)浸出结束后，过滤，得到滤液和滤渣；
(5)沉淀：用盐酸沉淀步骤(4)所得的滤液；
(6)过滤、洗涤：步骤(5)沉淀结束后，过滤，得到滤液和滤渣；
(7)回收铼：采用离子交换法对步骤(6)所得滤液进行富集吸附铼；
(8)回收银：将步骤(6)所得滤渣溶解于氨水中，加入还原剂还原得到海绵银。
进一步地，步骤(1)中，所述废环氧乙烷催化剂研磨处理后的粒度为100～300目。
进一步地，步骤(2)中，所述含氯烷烃-烷烃-氧气-氮气混合气中含氯烷烃为一氯甲烷、一氯乙烷、一氯乙烯和二氯乙烷中的一种或多种，烷烃为甲烷、乙烷和丙烷中的一种或多种；所述焙烧温度为220～600℃，焙烧时间为20～60h。
进一步地，所述含氯烷烃-烷烃-氧气-氮气混合气中含有8～15vol.％的含氯烷烃，10～12vol.％的烷烃，2～5vol.％的氧气，剩余均为氮气。
进一步地，步骤(3)中，所述硝酸质量分数为15～30％，双氧水质量分数为5～10％；所述硝酸和双氧水混合溶液中硝酸和双氧水的体积为1∶(0.2～0.5)；所述废环氧乙烷催化剂与混合溶液的固液比1g∶(3～4mL)；所述浸出温度为70～90℃，浸出时间3～5h。
进一步地，步骤(4)中还包括采用硝酸溶液对所得滤渣洗涤3～5次，并将所得洗涤液与所述滤液合并的操作。
进一步地，步骤(5)中，所述盐酸浓度为1～3mol/L。
进一步地，步骤(6)中还包括采用水对所得滤渣洗涤3～5次，并将所得洗涤液与所述滤液合并的操作。
进一步地，步骤(7)中所述离子交换树脂为D296型离子交换树脂、201×7型离子交换树脂或D318型离子交换树脂。
离子交换法吸附低浓度铼，铼富集吸附在阴离子交换树脂上，铼的回收率大于87％。
进一步地，步骤(8)中，所述氨水浓度为8～12wt.％，所述溶解在常温下进行，溶解时间为5～8min。
进一步地，步骤(8)中，所述还原剂为抗坏血酸和葡萄糖中的一种或两种，所述还原在常温下进行，还原时间2～5h。
抗坏血酸、葡萄糖作为还原剂，安全性高，成本低，银回收率99.7％以上。
步骤(2)中，在含氯烷烃-烷烃-氧氮混合气环境下进行焙烧过程的原理可能为：焙烧过程中，含氯烷烃-烷烃-氧氮混合气中含氯烷烃的氯会吸附作用于银颗粒外表面，影响表面热力学稳定性，造成银颗粒表面的表面张力变小，导致大的银颗粒分散。除此以外，含氯烷烃-烷烃-氧氮混合气中烷烃和氧混合气会与吸附于银颗粒上的氯形成一种中间体，可以去除吸附的氯，防止形成稳定的氯化银。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在浸出前，将废环氧乙烷催化剂在含氯烷烃-烷烃-氧氮混合气环境下进行焙烧，混合气中含氯烷烃可以分散烧结长大的银颗粒，暴露出被包裹的稀有金属铼，增加银和铼与浸出液的接触面积，提高银和铼的浸出率，同时引入烷烃-氧氮混合气可以去除吸附的氯，抑制氯化银的形成。
含氯烷烃-烷烃-氧氮混合气在焙烧过程中相当于催化剂作用，不参与新物种形成，该混合气体可循环利用。
浸出采用硝酸和双氧水混合体系，双氧水的引入进一步活化被其它助剂包裹的银和铼，提高银和铼的浸出率，并且双氧水在一定程度上会减少氮氧化物的生成，降低对环境的污染。
采用本发明的方法对废环氧乙烷催化剂中的银和铼进行回收，铼的回收率大于87％，银的回收率可达99.7％以上；且经含氯烷烃-烷烃-氧氮混合气焙烧处理、硝酸和双氧水混合体系浸出处理后，得到的滤渣氧化铝中银和铼的残留量较少，可以重新用作载体等原料，减少废渣的排放。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
以下实施例及对比例中所采用的废环氧乙烷催化剂的载体为α-Al2O3，稀贵金属银和铼的含量分别为Ag 15.2wt.％，Re 0.1wt.％，以下不再重复描述。
实施例1
从废环氧乙烷催化剂中回收银和铼，包括以下步骤：
(1)研磨：将废环氧乙烷催化剂研磨成100目的颗粒；
(2)焙烧：将步骤(1)所得颗粒置于管式炉中，通入由8vol.％的一氯甲烷、10vol.％的甲烷、2vol.％的氧气及80vol.％的氮气组成的混合气体，升温管式炉至220℃，焙烧20h；
(3)浸出：将步骤(2)焙烧后的废环氧乙烷银催化剂置于反应釜中，加入由质量分数为15％的硝酸和质量分数为5％的双氧水按照体积比为1：0.2组成的混合溶液，并使反应釜内废环氧乙烷银催化剂与混合溶液的固液比1g：3mL，加热反应釜至70℃，浸出3h；
(4)过滤、洗涤：步骤(3)浸出结束后，过滤，得到滤液和滤渣，采用质量分数为15％的硝酸溶液洗涤滤渣3次，将所得洗涤液与滤液合并；银浸出率为为99.97％，铼浸出率为88％，滤渣中银含量低于300ppm，滤渣可以重新用作载体等原料，减少废渣的排放；
(5)沉淀：向步骤(4)所得的滤液中加入1mol/L的盐酸，对滤液中的银离子进行充分沉淀；
(6)洗涤过滤：步骤(5)沉淀结束后，过滤，得到滤液和滤渣，用去离子水洗涤滤渣3次，并将洗涤液与滤液合并；
(7)离子交换法富集吸附铼：将D296型离子交换树脂装入交换柱中，将步骤(6)所得滤液通入交换柱进行富集吸附铼，计算铼的回收率，如表1所示；
(8)还原法回收银：将步骤(6)所得滤渣溶解于8wt％的氨水中，在常温下进行溶解，溶解时间为5min，溶解完成后加入还原剂抗坏血酸，在常温下进行还原，还原时间为2h，反应结束后得到海绵银，计算银的回收率，如表1所示。
本发明的工艺流程示意图如图1所示。
实施例2
从废环氧乙烷催化剂中回收银和铼，包括以下步骤：
(1)研磨：将废环氧乙烷催化剂研磨成300目的颗粒；
(2)焙烧：将步骤(1)所得颗粒置于管式炉中，通入由15vol.％的一氯乙烯、12vol.％的丙烷、5vol.％的氧气及68vol.％的氮气组成的混合气体，升温管式炉至600℃，焙烧60h；
(3)浸出：将步骤(2)焙烧后的废环氧乙烷银催化剂置于反应釜中，加入由质量分数为30％的硝酸和质量分数为10％的双氧水按照体积比为1：0.5组成的混合溶液，并使反应釜内废环氧乙烷银催化剂与混合溶液的固液比1g：4mL，加热反应釜至90℃，浸出5h；
(4)过滤、洗涤：步骤(3)浸出结束后，过滤，得到滤液和滤渣，采用质量分数为30％的硝酸溶液洗涤滤渣5次，将所得洗涤液与滤液合并；银浸出率为为99.96％，铼浸出率为87.5％，滤渣中银含量低于400ppm，滤渣可以重新用作载体等原料，减少废渣的排放；
(5)沉淀：向步骤(4)所得的滤液中加入3mol/L的盐酸，对滤液中的银离子进行充分沉淀；
(6)洗涤过滤：步骤(5)沉淀结束后，过滤，得到滤液和滤渣，用去离子水洗涤滤渣5次，并将洗涤液与滤液合并；
(7)离子交换法富集吸附铼：将D296型离子交换树脂装入交换柱中，将步骤(6)所得滤液通入交换柱进行富集吸附铼，计算铼的回收率，如表1所示；
(8)还原法回收银：将步骤(6)所得滤渣溶解于12wt％的氨水中，在常温下进行溶解，溶解时间为8min，溶解完成后加入还原剂葡萄糖，在常温下进行还原，还原时间为5h，反应结束后得到海绵银，计算银的回收率，如表1所示。
实施例3
从废环氧乙烷催化剂中回收银和铼，包括以下步骤：
(1)研磨：将废环氧乙烷催化剂研磨成100目的颗粒；
(2)焙烧：将步骤(1)所得颗粒置于管式炉中，通入由15vol.％的二氯乙烷、11vol.％的甲烷和乙烷混合气体(其中甲烷和乙烷的体积比为1∶1)、3vol.％的氧气及71vol.％的氮气组成的混合气体，升温管式炉至500℃，焙烧55h；
(3)浸出：将步骤(2)焙烧后的废环氧乙烷银催化剂置于反应釜中，加入由质量分数为25％的硝酸和质量分数为10％的双氧水按照体积比为1∶0.5组成的混合溶液，并使反应釜内废环氧乙烷银催化剂与混合溶液的固液比1g∶4mL，加热反应釜至80℃，浸出5h；
(4)过滤、洗涤：步骤(3)浸出结束后，过滤，得到滤液和滤渣，采用质量分数为25％的硝酸溶液洗涤滤渣5次，将所得洗涤液与滤液合并；银浸出率为为99.97％，铼浸出率为88％，滤渣中银含量低于300ppm，滤渣可以重新用作载体等原料，减少废渣的排放；
(5)沉淀：向步骤(4)所得的滤液中加入1mol/L的盐酸，对滤液中的银离子进行充分沉淀；
(6)洗涤过滤：步骤(5)沉淀结束后，过滤，得到滤液和滤渣，用去离子水洗涤滤渣3次，并将洗涤液与滤液合并；
(7)离子交换法富集吸附铼：将201×7型离子交换树脂装入交换柱中，将步骤(6)所得滤液通入交换柱进行富集吸附铼，计算铼的回收率，如表1所示；
(8)还原法回收银：将步骤(6)所得滤渣溶解于10wt％的氨水中，在常温下进行溶解，溶解时间为6min，溶解完成后加入还原剂抗坏血酸，在常温下进行还原，还原时间为4h，反应结束后得到海绵银，计算银的回收率，如表1所示。
实施例4
从废环氧乙烷催化剂中回收银和铼，包括以下步骤：
(1)研磨：将废环氧乙烷催化剂研磨成200目的颗粒；
(2)焙烧：将步骤(1)所得颗粒置于管式炉中，通入由12vol.％的一氯乙烷、11vol.％的乙烷、4vol.％的氧气及73vol.％的氮气组成的混合气体，升温管式炉至350℃，焙烧30h；
(3)浸出：将步骤(2)焙烧后的废环氧乙烷银催化剂置于反应釜中，加入由质量分数为20％的硝酸和质量分数为8％的双氧水按照体积比为1：0.3组成的混合溶液，并使反应釜内废环氧乙烷银催化剂与混合溶液的固液比1g：3.5mL，加热反应釜至75℃，浸出4h；
(4)过滤、洗涤：步骤(3)浸出结束后，过滤，得到滤液和滤渣，采用质量分数为20％的硝酸溶液洗涤滤渣3次，将所得洗涤液与滤液合并；银浸出率为为99.97％，铼浸出率为88％，滤渣中银含量低于300ppm，滤渣可以重新用作载体等原料，减少废渣的排放；
(5)沉淀：向步骤(4)所得的滤液中加入2mol/L的盐酸，对滤液中的银离子进行充分沉淀；
(6)洗涤过滤：步骤(5)沉淀结束后，过滤，得到滤液和滤渣，用去离子水洗涤滤渣4次，并将洗涤液与滤液合并；
(7)离子交换法富集吸附铼：将201×7型离子交换树脂装入交换柱中，将步骤(6)所得滤液通入交换柱进行富集吸附铼，计算铼的回收率，如表1所示；
(8)还原法回收银：将步骤(6)所得滤渣溶解于8wt％的氨水中，在常温下进行溶解，溶解时间为7min，溶解完成后加入还原剂葡萄糖，在常温下进行还原，还原时间为3h，反应结束后得到海绵银，计算银的回收率，如表1所示。
实施例5
从废环氧乙烷催化剂中回收银和铼，包括以下步骤：
(1)研磨：将废环氧乙烷催化剂研磨成250目的颗粒；
(2)焙烧：将步骤(1)所得颗粒置于管式炉中，通入由10vol.％的一氯乙烷和二氯乙烷的混合气、10vol.％的甲烷、2vol.％的氧气及,78vol.％的氮气组成的混合气体，其中一氯乙烷和二氯乙烷的体积比为1∶1，升温管式炉至250℃，焙烧40h；
(3)浸出：将步骤(2)焙烧后的废环氧乙烷银催化剂置于反应釜中，加入由质量分数为20％的硝酸和质量分数为6％的双氧水按照体积比为1：0.2组成的混合溶液，并使反应釜内废环氧乙烷银催化剂与混合溶液的固液比1g：4mL，加热反应釜至80℃，浸出4h；
(4)过滤、洗涤：步骤(3)浸出结束后，过滤，得到滤液和滤渣，采用质量分数为20％的硝酸溶液洗涤滤渣5次，将所得洗涤液与滤液合并；银浸出率为为99.95％，铼浸出率为87％，滤渣中银含量低于500ppm，滤渣可以重新用作载体等原料，减少废渣的排放；
(5)沉淀：向步骤(4)所得的滤液中加入2mol/L的盐酸，对滤液中的银离子进行充分沉淀；
(6)洗涤过滤：步骤(5)沉淀结束后，过滤，得到滤液和滤渣，用去离子水洗涤滤渣4次，并将洗涤液与滤液合并；
(7)离子交换法富集吸附铼：将D296型离子交换树脂装入交换柱中，将步骤(6)所得滤液通入交换柱进行富集吸附铼，计算铼的回收率，如表1所示；
(8)还原法回收银：将步骤(6)所得滤渣溶解于10wt％的氨水中，在常温下进行溶解，溶解时间为6min，溶解完成后加入抗坏血酸、葡萄糖按照质量比为1∶1组成的还原剂，在常温下进行还原，还原时间为3h，反应结束后得到海绵银，计算银的回收率，如表1所示。
对比例1
同实施例1，区别在于，不包括步骤(2)，即步骤(1)研磨结束后直接进行步骤(3)的浸出处理。
浸出处理后，经ICP测试，银浸出率99.5％，铼浸出率80％。银、铼浸出率均低于实施例1，氧化铝滤渣中银的含量相对高。
对比例2
同实施例1，区别在于，将步骤(2)中的混合气体替换为“由10vol.％的甲烷、2vol.％的氧气及88vol.％的氮气组成的混合气体”。
浸出处理后，经ICP测试，银浸出率99.5％，铼浸出率80％。银、铼浸出率均低于实施例1，氧化铝滤渣中银的含量相对高。
对比例3
同实施例1，区别在于，将步骤(2)中的混合气体替换为“由8vol.％的一氯甲烷、2vol.％的氧气及90vol.％的氮气组成的混合气体”。
浸出处理后，经ICP测试，银浸出率99.2％，铼浸出率74％。银、铼浸出率均低于实施例1，氧化铝滤渣中银的含量相对高。
对比例4
同实施例1，区别在于，步骤(3)为：浸出：将步骤(2)焙烧后的废环氧乙烷银催化剂置于反应釜中，加入由质量分数为15％的硝酸，并使反应釜内废环氧乙烷银催化剂与硝酸的固液比1g：3mL，加热反应釜至70℃，浸出3h。
浸出处理后，经ICP测试，银浸出率99.6％，铼浸出率84％。银、铼浸出率均低于实施例1，氧化铝滤渣中银的含量相对高。
表1实施例1～5及对比例1～4中铼和银的回收率
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
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