铜锌催化剂的回收

摘 要：随着工业各部门日益广泛的应用催化技术， 每年更换下来的各种固体废催化剂数量也越来越多。从废催化剂中回收一些金属， 不仅可变废为宝， 起到开源节流的作用， 而且还可消除废催化剂堆放造成的对环境的污染。本文对用氨络合置换法回收催化剂所得产品铜和氧化锌纯度都在99%以上，铜的回收率也都在95%以上，本文主要研究了该工艺的实验原理。并对实验结果进行总结。

关键词：催化剂；铜锌；回收

1、前言：本文采用的回收铜锌铝催化剂中的铜和氧化锌的方法为一种纯化学的回收方法，该方法称为氨络合——置换法，这种方法简单易行，不需特殊设备，成本也低，氨回收容易，无污染，所获得的产品回收率高且纯度也高。

2、主要实验方法及原理

2.1试验方法简介

本实验的试验方法步骤包括：催化剂的粉碎及焙烧；氨络合；置换；抽滤及干燥；加热排氨；回收氧化锌；计算回收率；实验流程如下图所示：

2.2实验原理

2.2.1氨络合反应

①氧化铜是一种铜的黑色氧化物，稍有吸湿性。相对分子质量为79.545，密度为6.3-6.9g/cm3，熔点为1326℃。不溶于水和乙醇，溶于酸、氯化铵及氰化钾溶液，“氨溶液中能缓慢溶解”。

②氧化锌是一种性状为白色六角晶系结晶或粉末的氧化物，无味、质细腻。 熔点1975℃， 相对密度 5.606，折射率 2.008～2.029 ，溶解性 溶于酸、氢氧化钠、氯化铵，不溶于水、乙醇和氨水。高浓度氨水情况下，有一定的溶解性。另外氧化锌又名锌白，一般为白色粉末，无臭无味，高温煅烧后呈现淡黄色。直接用氨水不能溶解氧化锌，一般使用氨水和碳铵溶液溶解，氧化锌能够很快被溶解掉。在温度升高且氨被热解蒸发掉时，锌氨络合离子转换成碱式碳酸锌。

③氧化铝，又称三氧化二铝，通常称为“铝氧”，是一种白色无定形粉状物，俗称“矾土”。氧化铝化学式Al2O3，分子量101.96，是矾土的主要成分。它具有不同晶型，常见的是α-Al2O3和γ-Al2O3。自然界中的刚玉为α-Al2O3，六方紧密堆积晶体，α-Al2O3的熔點2015±15℃，密度3.965g/cm3，硬度8.8，不溶于水、酸或碱。γ-Al2O3属 立方紧密堆积晶体，不溶于水，但能溶于酸或碱，是典型的两性氧化物。但α-Al2O3和γ-Al2O3二者均不溶于氨水。

2.2.2置换反应

可以用单质锌置换出铜氨络合离子中的铜，从而获得单质铜，锌在置换过程中可能存在这样的一个问题，就是锌可以溶于浓氨水，但反应到置换这个阶段，氨的浓度已经很低了，参与反应的锌的量也很少，由于锌置换出铜的过程中，存在锌用量过量的问题，这样便在置换出的铜中含有少量锌，为保证铜的纯度，特向抽滤经洗涤的置换出的铜中加入盐酸，从而获得纯度很高的铜单质。

2.2.3焙烧

本实验采用的是氧化焙烧，氧化焙烧是指：粉碎后的固体原料在氧气中焙烧，使其中的有用成分转变成氧化物，同时除去易挥发的砷、锑、硒、碲等杂质。在硫酸工业中，硫铁矿焙烧制备二氧化硫是典型的氧化焙烧。冶金工业中氧化焙烧应用广泛，例如：硫化铜矿、硫化锌矿经氧化焙烧得氧化铜、氧化锌，同时得到二氧化硫。

2.2.4磁力搅拌

一般的磁力搅拌器具有搅拌，和加热两个作用。具体为：第一个作用，使反应物混合均匀，使温度均匀；第二是在一个密闭的容器中加热，需要防止暴沸，例如在蒸馏过程中，可以加入沸石，也可以用磁力搅拌器；第三个作用就是，加快反应速度，或者蒸发速度，缩短时间。

2.2.5干燥

在实验过程中，因为会得到产品铜，但得到的铜含有水分不便于计算产品回收率，所以必须对其进行干燥。如果直接用电热鼓风干燥箱干燥的话，由于有空气的存在，当温度升高时，铜单质就要被氧化，得到氧化铜。若要得到铜的单质，那就要采用真空干燥（存在抽真空不完全的问题）。

3、实验总结

用氨络合置换法回收铜锌催化剂，通过实验表明这种方法的确工艺较为简单，不需特殊设备，成本也低。然而对回收工艺的一些工序的具体技术条件的确定实则不易，特别是对影响回收率因素的探测。通过多组实验的对比分析，总结得出的如下结论：

①由于所给定的催化剂为未使用过的催化剂，也就不存在变质中毒、烧结和夹杂有其它的物质等问题。实验室回收起来考虑的因素可能也就少一些。催化剂的粉碎程度可以节省溶解催化剂的时间，在情况允许的话，可尽量将催化剂粉碎成尽可能的粉末。

②在实验过程中，不可避免的是误差的存在，比如在抽滤过程中存在沉淀或滤液的损失，称量的不准确带来的质量遗失。还有在干燥的过程中，可能存在抽真空不安全，部分铜单质氧化成了氧化铜。这些都会对回收率的准确性带来影响。

③氨络合反应进行的最佳温度的探测，在所做的几组实验中来看是25℃，但这只是一个大概的温度值。真正要做细的话，应当将温度间隔值设定的更小些才行，但得出的温度——回收率大体变化趋势应该不会有太大偏差。

④浓氨水是极易挥发的液体，所以说适当加入过量的氨水还是有利于氧化铜的转化。但当量加的过多时，又存在锌在浓氨水中存在一定溶解量的问题，所以要进行适度的调节，本实验中采用了稀释氨水的方法来减少锌的溶解和氨的挥发。

参考文献：

[1]徐惠忠，王德义，赵 鸣.固体废弃物资源化技术[M].化学工业出版社，2014，126～131.

[2]余芳喜，金国钧.废工业催化剂的回收[J].化学教育，2014，（6）：11～13.

[3]王德义，于江龙，谭业花.工业催化剂的回收利用与环境保护[J].再生资源研究，2015，（4）：27～30.

作者简介：

熊志坚（1986年10月1日），男，汉，江西樟树，助理工程师，本科，四川泸天化中蓝新材料有限公司，化工。——四川泸天化中蓝新材料有限公司