项目名称：铂族金属催化剂绿色低成本高效循环利用技术
- 北京科技大学
- 北京市海淀区学院路30号
- 100083
- 丁云集
- 15210603226
- www.ustb.edu.cn
| 姓名 |
张深根 |
电话 |
62333375 |
电子邮件 |
zhangshengen@mater.ustb.edu.cn |
| 区号 |
010 |
邮编 |
100083 |
通信地址 |
北京市海淀区学院路30号北京科技大学金物楼200 |
| 专利类型 |
|
专利状态 |
|
| 申请号 |
授权日期 |
授权专利号 |
| 201611141140.6 |
2021-04-09 |
ZL201611141140.6 |
| 特願2021-542210 |
2022-05-27 |
特许7080535 |
| 特願2021-542209 |
2022-07-22 |
特許7109835 |
| 2021121113 |
2022-04-21 |
Выдан патент № 2 770 396 |
| 2021121092 |
2022-04-21 |
Выдан патент № 2 770 393 |
| 201810713064.4 |
2020-09-11 |
ZL201810713064.4 |
| 202010631384.2 |
2021-06-29 |
ZL202010631384.2 |
| 202111414889.4 |
2022-08-19 |
ZL202111414889.4 |
| 202110559263.6 |
2022-05-03 |
ZL202110559263.6 |
| 201911253313.7 |
2021-10-22 |
ZL201911253313.7 |
该项目属于再生铂族金属领域。铂族金属(PGMs)广泛用于催化剂等，属战略金属。我国PGMs矿产资源匮乏，对外依存度达98%。与此同时，我国含PGMs废催化剂量大，是PGMs最重要原料。与原生PGMs相比，再生节能98%，是双碳战略和资源保障的重要抓手。
铂族金属催化剂循环利用主要包括PGMs富集、分离提纯和催化剂再造等，存在三大难题：（1）PGMs传统的火法和湿法富集工艺重金属污染严重、回收率低、废水量大、成本高等；（2）传统化学沉淀法分离铂钯铑选择性差、直收率低、流程长、废水量大、周期长等；（3）传统的催化剂制备流程长、物耗能耗高、污染物排放高。因此，亟需研发铂族金属催化剂绿色循环利用技术，缓解我国PGMs及其催化剂供给矛盾。
基于上述背景，依托国家自然科学基金重点项目、工信部“中国制造2025”绿色制造系统集成项目、广东省基础与应用基础研究基金项目、佛山市科技创新专项等等项目支持下，总体思路如下：（1）为绿色高效富集PGMs，发明了低温铁捕集-电解富集PGMs技术，富集了200倍以上，总回收率由90%提高至99%以上，避免了硅铁合金生成和铜铅镍重金属污染；（2）为高效分离提纯铂钯铑，发明了阳离子树脂除杂、萃取分离提纯Pd、Pt、Rh短流程技术，避免了传统化学多级沉淀法，降低了物耗，提高了收率和效率，Pd、Pt、Rh纯度由99.5%提至99.95%以上；（3）为实现催化剂绿色循环再造，发明了短流程再造铂钯铑催化剂技术，降低了物耗能耗和污染物排放，再造的催化剂活性和寿命达到了原生的100%。
该项目历时十余年研发及产业化应用，突破了铂钯铑废催化剂绿色循环过程的低温铁捕集-电解富集、分离提纯和催化剂再造等技术瓶颈，解决了PGMs催化剂绿色高效循环利用难题，形成了具有自主知识产权的产业化成套技术，授权中国发明专利19件、日本、俄罗斯和南非发明专利各2件，申请PCT2件、欧洲专利2件，出版专著3部。连城资产评估有限公司将“一种以铁基材料为捕集剂提取贵金属的方法”系列专利所有（申请）权在基准日（2022年6月30日）评估价为5873万元整。“低温铁捕集PGMs技术”被中国有色协会评价为“国际领先水平”，获2018年国家技术发明二等奖、2021年中国再生资源“十佳绿色低碳技术”、2022年湾高赛高价值专利培育大赛百强项目等。
依托该成果建成了年处置6000吨废催化剂、年产2600吨炼油催化剂的产线。近三年，共处置废催化剂6093.9吨，回收铂钯铑分别为1897.5、9120.4和491.1公斤，再造铂钯铑催化剂3537.5吨，缓解了PGMs及其催化剂供给矛盾。经济、社会和环境效益显著。
发明创新点1：首创了PGMs低温铁捕集-电解高效富集技术
支撑材料：ZL201611141140.6；ZL202010631384.2及其同族国外专利：特许7080535、RU2770393、ZA2021/05070；ZL202010835163.7及其国外专利：特许7109835、RU2770396、ZA2021/05069；ZL201911199155.1；ZL202111414889.4。
传统的铜铅镍捕集废催化剂中PGMs因重金属污染严重，等离子体铁捕集设备昂贵、高温形成硅铁合金致回收率低，回收成本高。阐明了废催化剂中PGMs赋存状态与还原机制，优化了低熔点、低粘度、低密度渣型设计，实现了低温铁捕集PGMs，熔炼温度由1900℃以上降至1500℃以下，渣-金高效分离，渣中PGMs由100g/t以上降至10g/t以下，PGMs收率由90.0%提至99.0%以上，避免了硅铁合金形成和重金属污染。
基于Fe与PGMs电位差异大，采用恒压电解Fe-PGMs合金，实现了PGMs短流程富集于阳极泥，富集率200倍以上，避免了铝碎化-酸溶产生氢氧化铝胶体致PGMs收率低，直收率由90.0%提至99.5%，废水近零排放。
发明创新点2：发明了阳离子树脂除杂-离心萃取短流程分离提纯技术
支撑材料：ZL202111414889.4、ZL 201810713064.4、ZL202110559263.6
Pt、Rd和Rh化学性质相近，分离困难，传统的化学沉淀法利用PGMs络合物溶解性的差异分离Pt、Rd、Rh，选择性差、物耗能耗高、直收率低、周期长。本项目发现了pH值决定PGMs和杂质的状态，通过调整pH值，采用阳离子交换树脂短流程深度去除铁铜镍等阳离子，避免了多级萃取沉淀法致物耗能耗高；采用离心萃取，以二异戊基硫醚提钯、磷酸三丁酯提铂和水解提铑，实现了短流程依次分离提纯钯铂铑，避免了多级沉淀法致周期长、纯度低、物耗高，纯度由99.5%提至99.95%以上。
发明创新点3：发明了铂钯铑催化剂短流程再造技术
支撑材料：ZL201810713064.4、ZL201811518719.9。
传统催化剂制备流程长、物耗能耗高、污染物排放高。为此，该项目开发了铂钯铑催化剂短流程再造技术，直接以高纯的PGMs溶液为原料，经成分调整、浸渍后，通过焙烧、还原得到催化剂，实现了短流程再造催化剂，降低了物耗能耗和污染物，再造的催化剂活性和寿命达到了原生的100%。
本项目技术指标与国内外同类技术对比具有显著的先进性，见附件1。
该项目获发明专利25件，其中中国发明专利19件、日本发明专利2件、俄罗斯发明专利2件和南非发明专利2件，申请PCT专利2件、欧洲发明专利2件、中国发明专利5件，出版专著3部，形成了具有我国完全自主知识产权的铂钯铑催化剂绿色循环利用技术体系，包括PGMs低温铁捕集-电解富集技术、铂钯铑分离提纯和催化剂再造等技术，在徐州浩通和云龙铂翠分别建成了年处置1000吨和3000吨的废催化剂生产线、在辽宁恒裕正在建设年处理2000吨废汽车尾气催化剂生产线，中国石化催化剂有限公司全资子公司中国石化催化剂有限公司工程技术研究院和湖南建长石化分别建成了年产炼油催化剂1000吨和1600吨生产线。产品在诚通贵金属、京仪股份、西安凯立、上海伟升、昆明铂锐、上海春谦等几十家国内企业得到应用。2019-2021年，累计直接新增销售额65.94亿元、新增利税4.44亿元。
徐州浩通新材料科技股份有限公司自2019年开始应用PGMs低温铁捕集-电解富集、铂钯铑分离提纯等技术，建成了年处置1000吨废催化剂生产线，形成了年产PGMs 1-3吨的产能。2019-2021年共处置废催化剂3074.8吨，生产铂887.91公斤、钯559.58公斤、铑236.37公斤，新增销售额10.23亿元、新增利税3527.68万元。
中国石化催化剂有限公司工程技术研究院2019年开始应用铂钯铑催化剂短流程再造技术，以再生PGMs为原料，建成了年产1000吨炼油催化剂生产线。2019-2021年共利用再生PGMs8.85吨，生产了3024吨炼油催化剂，新增销售额39.20亿元、新增利税2.80亿元。
湖南建长石化有限公司应用铂钯铑催化剂短流程再造技术，以再生PGMs为原料，建成了年产1600吨炼油催化剂生产线。2019-2021年共利用再生PGMs1462.55公斤，，生产了513.5吨炼油催化剂，新增销售额4.89亿元、新增利税0.74亿元。
云龙县铂翠贵金属科技有限公司应用PGMs低温铁捕集-电解富集、铂钯铑分离提纯等技术，建成了年处置3000吨废催化剂生产线，形成了年产PGMs 3-6吨的产能。2019-2021年共处置废催化剂3019.09吨，生产铂982.63公斤、钯8560.86公斤、铑254.69公斤，新增销售额12.90亿元、新增利税5482.82万元。
辽宁省恒裕材料科技有限公司应用PGMs低温铁捕集-电解富集、铂钯铑分离提纯等技术，在建年处置2000吨废汽车尾气催化剂生产线，达产后预计年产PGMs 3-5吨，年新增销售额20亿元以上。
综上，本项目已在多家企业产业化应用，产品市场竞争力强，推广应用前景广阔，经济、社会和环保效益显著。
