高纯度铂粉制备的研究

摘 要：将粗Pt进行王水溶解--氧化，载体水解--离子交换-NH4Cl沉淀工艺制备了高纯度Pt。研究了每个过程中去除杂质元素的效果。结果显示，粗Pt溶解在王水中，Pt溶液经氧化，载体水解，离子交换和沉淀处理，实现了Pt与其他贵金属和贱金属的有效分离，获得的纯（NH4）2PtCl6前驱体，然后煅烧和洗涤后得到Pt粉末，通过GDMS分析，杂质元素含量小于3×10-6，Pt纯度大于99.999%。

关键词：高纯度;铂粉;制备工艺

铂族金属因其独特的理化性能而被称为“第一高科技金属”和“现代工业维生素”，在现代工业和新技术工业中具有非常重要的地位，并且不能被其他金属或材料取代。Pt作为铂族金属的代表性元素，在集成电路、半导体器件、精密合金和磁记录材料等方面有着重要的应用。随着电子工业的飞速发展，对Pt的需求量逐渐增加，这对纯度的要求也随之增高。在Pt的提纯过程中，赵飞以炉灰和酸渣为原料，通过酸浸、置换、离子交换、调价、氯化铵沉淀等方法制备了99.99%的高纯铂。罗耀等以99.99%铂为原料，用离子交换法脱除贵金属和贱金属杂质，制备纯度为99.999%的高纯铂。结果表明，载体水解法能有效分离高纯铂中的微量Pd、Rh、Ir，达到净化铂的目的。传统的NH4Cl沉淀法也可用于分离铂与其他贵金属和贱金属杂质，从而提高铂的纯度。然而，单离子交换法、水解法和NH4Cl沉淀法需要多次重复才能提纯铂，工艺长，直收率低。因此，在前人研究的基础上，提出了以粗铂王水为原料，采用溶解氧化、载体水解离子交换-NH4Cl沉淀法制备高纯铂的工艺，重点研究了各种杂质去除工艺中杂质元素的去除效果。

1 实验部分

1.1 工艺过程

将粗Pt粉放入王水中，然后加入H2O2、NaOH和FeCl3

进行氧化载体水解，接着进行离子交换，再通过NH4Cl化学沉淀，最后进行煅烧，得到高纯度Pt粉。

1.2 實验仪器与设备

实验仪器：电子天平，马弗炉，电炉，有机玻璃离子交换柱两根，瓷坩埚，烧杯。

实验试剂：粗Pt粉，其纯度为99.95%;HCl、HNO3、NH4Cl、FeCl3和NaOH，这些试剂都具有很高的纯度;001×7型强酸性阳离子树脂;超纯水，其电阻率为18MΩ·cm。

1.3 分析方法

通过使用电感耦合等离子体发射光谱仪检测溶液中Pt和杂质元素含量;使用辉光放电质谱仪检测海绵Pt杂质元素含量。

2 结果与讨论

2.1 粗Pt溶解造液

先称取2kg粗Pt作为原料，然后用2.4L王水进行溶解，等到Pt完全溶解后，将溶液进行浓缩，同时加入HCl、然后冷却过滤，可以得到20L粗Pt溶液，其中Pt溶液浓度为100g/L，杂质Au浓度为1.932g/L，Ag浓度为1.028g/L，Pd浓度为1.921g/L，Rh浓度为1.373g/L，Ir浓度为1.943g/L，Cu浓度为0.821g/L，Fe浓度为0.782g/L，Ni浓度为1.203g/L，Al浓度为0.221g/L，Pb浓度为0.601g/L，Mg浓度为0.134g/L，Si浓度为0.143g/L，Na浓度为0.087g/L，K浓度为0.053g/L。由此我们可以知道，粗Pt溶液中其他杂质含量比较高，只有将这些杂质去除，才能得到高纯Pt粉。

2.2 氧化、载体水解除杂

将上一步骤的粗Pt溶液稀释30L，溶液浓度变为66.7g/L，再加入Pt量0.3%的Fe（以FeCl3溶液加入）当作载体，然后加入210mL的H2O2，进行加热煮沸，等到氧化完全后加热停止，接着通过使用10%NaOH溶液调整酸碱度到pH=7～8，迅速冷却至室温，过滤并洗涤，得到体积为31L的溶液，Pt浓度为58.5g/L，水解渣315.3g，Pt含量59%。此过程Pt损失率为9.3%，直收率为90.7%，其余杂质Au浓度为0.869g/L，Ag浓度为0.530g/L，Pd浓度为0.764g/L，

Rh浓度为0.527g/L，Ir浓度为0.938g/L，Cu浓度为0.567g/L，Fe浓度为0.940g/L，Ni浓度为0.489g/L，Al浓度为0.134g/L，Pb浓度为0.489g/L，Mg浓度为0.081g/L，Si浓度为0.064g/L，Na浓度为0.574g/L，K浓度为0.031g/L。

除了Na、Fe两种元素，其余杂质含量都有较大程度的降低。这是因为氧化剂使贵贱金属离子转化为高价态，在碱性环境下，除了Pt能稳定存在以外，其他杂质都形式相应的氧化物沉淀。

2.3 离子交换除杂

对于氧化，载体水解得到的铂溶液通过离子交换深度去除杂质。由于铂和氯离子形成氯化阴离子，并且碱金属以水合阳离子的方式存在，根据铂族金属与贱金属化学性质的不同，阳离子交换树脂可以进一步去除溶液中的杂质。溶液中阳离子的交换能力与酸度有关。质子的电离常数越小，H+越容易被其他离子交换，即树脂交换容量越强。本文选用磺酸型离子交换树脂（001×7型用强酸性阳离子树脂试验）。

首先，将30kg的001×7强酸阳离子树脂置于交换柱中，在超纯水中浸泡20h，使树脂处于溶胀状态;然后浸入5%HCl（优质等级）中15h，以除去树脂中的杂质离子;最后，用纯水洗涤直至洗涤水pH=6～7，并对离子交换树脂进行预处理并填充在离子交换柱中。将氧化的脱水Pt溶液稀释至35L的体积，Pt浓度为约51.8g/L，用HCl将溶液的pH调节至1至1.5，并使溶液在流动下通过溶液速率为60mL/min通过根离子交换柱。将得到的一次交换溶液浓缩，加热酸化，调节pH=2～3，体积35L，Pt浓度约为50.6g/L，然后以60mL/min的流速通过第二离子交换柱，获得二次交换溶液。将溶液从残留在树脂柱中的Pt溶液中洗去，以进行回收。分析后，二次交换溶液的体积为36L，铂浓度为47g/L，杂质Au浓度为0.423g/L，Ag浓度为0.271g/L，Pd浓度为0.213g/L，Rh浓度为0.334g/L，Ir浓度为0.335g/L，Cu浓度为0.223g/L，Fe浓度为0.236g/L，Ni浓度为0.241g/L，Al浓度为0.071g/L，Pb浓度为0.224g/L，Mg浓度为0.030g/L，Si浓度为0.032g/L，Na浓度为0.089g/L，K浓度为0.016g/L。

2.4 NH4Cl沉淀和纯Pt粉的制备

将离子交换得到的二次交换液加热浓缩至pH约等于1，溶液体积为33.5L，铂浓度为50.5g/L，然后向溶液中加入1100g NH4Cl，质量分数约为15%。铂的沉淀为（NH4）2PtCl6，过滤后将（NH4）2PtCl6的沉淀从母液中分离出来。大部分杂质留在母液中。除杂效果很好，然后冲洗五次通过使用5%～15%NH4Cl溶液，去除（NH4）2PtCl6中的杂质。得到纯（NH4）2PtCl6。

纯（NH4）2PtCl6放入坩埚中，按以下煅烧制度分级煅烧：350℃恒温2h，550℃恒温2h，750℃恒温2h。经室温自然冷却，恒温1h后得到海绵状铂。海绵铂用去离子水洗涤三次，干燥，在450℃下低溫煅烧1h。采用辉光放电质谱法测定了样品中杂质元素的含量。其中Au浓度为0.648g/L，Ag浓度为0.051g/L，Pd浓度为0.0.031g/L，Rh浓度为0.010g/L，Ir浓度为0.047g/L，Cu浓度为0.571g/L，Fe浓度为0.345g/L，Ni浓度为0.082g/L，Al浓度为0.016g/L，Pb浓度为0.030g/L，Mg浓度为0.001g/L，Si浓度为0.027g/L，Na浓度为0.050g/L，K浓度为0.001g/L。Pt粉中杂质总含量极低，达到高纯Pt行业标准，其纯度大于99.999%。

3 结论

①通过王水溶解，然后进行氧化、载体水解法处理，可以显著降低粗Pt的杂质含量;②利用离子交换法进行2次交换，能够显著降低贵贱金属的杂质含量;③最终得到的铂粉杂质含量小于3×10-6，铂粉纯度大于99.999%。

参考文献：

[1] COTTON S A. Chemistry of precious metals[M]. Lon-don： Blackie Academic & Professional，1997.

[2] DAVID J.Platinum 2010[M].United Kingdom： Johnson Matthey，2010：192-193.

[3]郭学益，田庆华高纯金属材料[M]北京：冶金工业出版社，2010：190-196.

作者简介：

何莎（1989- ），女，云南省屏边人，本科，昆明固釉科技有限公司，研究方向：贵金属粉体的制备工艺。