海綿鉑回收,核廢料中鉑族金屬的放射化學(xué)分離
乏燃料后處理產(chǎn)生含鉑的放射性廢物(通常含Pt 0.5-2%,同時(shí)存在U/Pu同位素):
屏蔽式溶解:
熱室操作,采用HNO3-HF混合酸(比例3:1)
鋯合金容器抗腐蝕,年損耗<0.1mm
萃取流程:
級(jí):TBP萃取鈾/钚(回收率>99.99%)
第二級(jí):Aliquat 336萃取鉑(分配系數(shù)達(dá)10^4)
去污因子:
γ活度從初始10^6 Bq/g降至1 Bq/g以下
法國Orano的La Hague工廠年回收鉑800kg
海綿鉑回收,氯堿工業(yè)廢棄鉑鈦陽極的再生利用
電解食鹽水用的鉑-鈦陽極(鉑鍍層5-20μm)報(bào)廢后,傳統(tǒng)方法只能回收60%-70%鉑。新技術(shù)突破包括:
反向脈沖電解剝離:在NaNO?電解液中,采用100Hz脈沖電流(反向占空比30%),鉑剝離效率達(dá)98%
鈦基體修復(fù):剝離后的鈦網(wǎng)經(jīng)噴砂-酸蝕(HF:HNO?=1:3)后可重新電鍍,使陽極壽命延長3倍
江蘇某企業(yè)應(yīng)用該技術(shù)后,每平方米陽極的回收成本從1200元降至400元,鈦金屬循環(huán)使用率達(dá)90%。
海綿鉑回收,海綿鉑的制備工藝
海綿鉑的制備方法多樣,主要包括化學(xué)還原法、熱分解法和電化學(xué)法?;瘜W(xué)還原法通常以氯鉑酸(H?PtCl?)或氯鉑酸銨((NH?)?PtCl?)為原料,在氫氣或還原劑(如甲酸、水合肼)作用下,鉑離子被還原為金屬鉑,并自發(fā)形成多孔結(jié)構(gòu)。熱分解法則通過高溫煅燒鉑鹽(如氯鉑酸銨),使其分解為鉑和氣體副產(chǎn)物(如HCl、NH?),殘留的孔隙形成海綿狀結(jié)構(gòu)。電化學(xué)法則是通過電解含鉑溶液,在陰極沉積出多孔鉑層。不同方法所得產(chǎn)品的孔隙率、比表面積和機(jī)械強(qiáng)度各異:氫還原法制備的海綿鉑孔隙均勻,但強(qiáng)度較低;熱分解法產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定,但可能含有微量雜質(zhì)。工業(yè)上常根據(jù)應(yīng)用需求選擇工藝,例如燃料電池催化劑傾向于高比表面積的化學(xué)還原法海綿鉑。
海綿鉑回收,海綿鉑的命名由來
“海綿鉑”這一名稱直觀反映了其物理形態(tài)特征。在顯微鏡下,其結(jié)構(gòu)由相互連接的鉑微晶構(gòu)成三維網(wǎng)絡(luò),孔隙大小從納米到微米不等,類似天然海綿的孔洞結(jié)構(gòu)。這一名稱區(qū)別于其他鉑材料(如鉑粉、鉑絲),強(qiáng)調(diào)了其多孔性和輕質(zhì)性。歷史上,海綿鉑的制備方法早可追溯至18世紀(jì),當(dāng)時(shí)通過煅燒氯鉑酸銨獲得疏松鉑塊?,F(xiàn)代工業(yè)中,“海綿鉑”已成為標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語,用于描述通過氫還原、熱分解或電化學(xué)法生產(chǎn)的多孔鉑材料。值得注意的是,海綿鉑的命名無統(tǒng)一國際標(biāo)準(zhǔn),但行業(yè)通常依據(jù)ASTM B684或GB/T 1421等規(guī)范進(jìn)行分類。
海綿鉑回收,海綿鉑的定義
海綿鉑是一種多孔疏松的金屬鉑材料,因其微觀結(jié)構(gòu)類似海綿而得名。它是鉑金屬的一種特殊物理形態(tài),通過化學(xué)還原或熱分解鉑鹽制得,具有的比表面積和吸附性能。與塊狀鉑或鉑箔不同,海綿鉑的孔隙率可達(dá)80%以上,使其在催化、電化學(xué)和化工領(lǐng)域具有特優(yōu)勢(shì)。從工業(yè)角度看,海綿鉑屬于貴金屬功能材料,是鉑族金屬(PGMs)的重要分支,其價(jià)值不僅源于鉑本身的性,更因其特殊的結(jié)構(gòu)賦予的活性。國際標(biāo)準(zhǔn)中,海綿鉑的鉑含量通?!?9.95%,雜質(zhì)含量嚴(yán)格控制以滿足應(yīng)用需求。
海綿鉑回收,海綿鉑的熱學(xué)行為
海綿鉑的熱膨脹系數(shù)(CTE)約為8~9×10??/°C(接近塊狀鉑),但因多孔結(jié)構(gòu)緩沖,實(shí)際熱應(yīng)力較低。差示掃描量熱法(DSC)顯示,其在300~500℃會(huì)出現(xiàn)放熱峰,對(duì)應(yīng)表面吸附氧的脫附及晶粒粗化。導(dǎo)熱性能方面,有效導(dǎo)熱系數(shù)僅0.5~5W/(m·K),是優(yōu)良的隔熱材料。高溫(>600℃)下,海綿鉑會(huì)發(fā)生燒結(jié),孔隙率以指數(shù)規(guī)律下降,比表面積可減少90%以上。為防止此現(xiàn)象,可在使用前預(yù)燒結(jié)穩(wěn)定結(jié)構(gòu),或添加氧化釔(Y?O?)等燒結(jié)抑制劑。值得注意的是,海綿鉑的熔點(diǎn)(1772℃)與純鉑一致,但多孔結(jié)構(gòu)會(huì)加速高溫?fù)]發(fā),真空環(huán)境中需謹(jǐn)慎使用。
海綿鉑回收,海綿鉑的物理特性
海綿鉑的物理性質(zhì)顯著區(qū)別于致密鉑:其密度為2~8g/cm3(純鉑為21.45g/cm3),導(dǎo)熱系數(shù)約20~50W/(m·K)(塊狀鉑為71.6W/(m·K))。多孔結(jié)構(gòu)使其具備極低的聲速傳播能力(<1000m/s)和特殊的光學(xué)特性,如對(duì)可見光的漫反射率>90%。電學(xué)性能方面,盡管鉑本身是良導(dǎo)體,但海綿鉑的電阻率可達(dá)10??~10?3Ω·m,比塊狀鉑高2~3個(gè)數(shù)量級(jí),這是由孔隙導(dǎo)致的電子傳導(dǎo)路徑曲折化引起。此外,其比表面積通常為10~50m2/g,孔隙體積占總體積的70%~90%,這些參數(shù)可通過BET(Brunauer-Emmett-Teller)法測(cè)定。
海綿鉑回收,電子廢料中微量海綿鉑的富集技術(shù)
廢舊電路板、連接器等電子廢料的鉑含量通常<0.1%,直接回收經(jīng)濟(jì)性差。南非Anglo Platinum采用“銅捕集法”:將電子廢料與銅料(比例1:5)共熔,鉑被銅液富集后再電解提純,鉑回收率可達(dá)92%。更的技術(shù)包括生物吸附(使用改性藻類)和超臨界流體萃?。–O2+螯合劑),但處理成本較傳統(tǒng)方法高3-5倍,目前僅適用于值軍工廢料。
海綿鉑回收,高溫合金廢料中鉑的回收經(jīng)濟(jì)臨界點(diǎn)分析
航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片等含鉑高溫合金(通常含Pt 2%-8%),回收可行性取決于:
品位閾值:當(dāng)鉑含量>3%時(shí),火法富集(電子束熔煉)具有經(jīng)濟(jì)性
鎳鈷價(jià)值:副產(chǎn)品鎳(約60%含量)的售價(jià)可抵消30%-40%處理成本
美國ATI采用的"電子束熔煉-酸浸"聯(lián)合工藝,處理含鉑5%的廢合金時(shí):
能耗:2800kWh/噸(較傳統(tǒng)電弧爐低40%)
鉑回收率:99.1%
綜合收益:較單純銷售廢料增值5-8倍