一种难溶金属铱的快速溶解方法与流程

本发明属于难溶金属溶解技术领域，具体涉及一种难溶金属铱的快速溶解方法。

背景技术：

铱是一种具有相当延展性的银白色贵金属，熔点2410±40℃，沸点4130℃，密度22.42g/cm³，具有极高的耐腐蚀性。通常商品铱的形态是粉末状，即铱粉。

金属铱是合成其它含铱化合物及制备含铱催化剂的初始原料。含铱化合物和含铱催化剂广泛应用于石油化工和有机合成领域。

制备含铱化合物的关键步骤是将单质态铱粉溶解在水溶液中。然而，铱是铂族金属中化学性质最稳定最耐腐蚀的金属之一，不能直接溶液盐酸、硫酸、硝酸等各种常见酸溶液和沸腾的王水中。目前关于难溶金属铱溶解技术公开报道的研究成果很少。

生产中广泛采用的铱粉溶解技术是“高温氯化焙烧—酸浸”工艺，将铱粉与氯化钠或氯化钾的混合物置于管式炉内，在高温红热状态(500℃～800℃)下，通入氯气进行高温氯化焙烧，将单质态铱转化为水溶性氯铱酸盐(iv或iii)，然后进行酸浸，转化后的氯铱酸盐进入水溶液，没有转化的铱仍以单质态铱粉存在富集在固体渣中。该方法存在以下缺点：①引入k⁺或na⁺杂质离子，需要进一步采用合适的方法除去，流程长、成本高、铱损失大；②管式炉处理量小；③氯化温度高达500℃～800℃，能耗高；④转化率低，一次氯化转化率仅50％左右。

专利cn102408134b公开报道了一种铱粉的电化学溶解方法。在u型电解池中加入盐酸和铱粉(单次铱粉加入量不超过120g)，在u型电解池的电极两端加载交流电，将铱粉直接溶解于盐酸中，得到氯铱酸水溶液。

专利cn106890601a公开报道了一种用高溴酸加氢氟酸混合充分溶解金属铱的方法。将微量(10mg)铱粉倒入聚四氟乙烯闷罐中，并加入高溴酸，再将闷罐密封放入消解恒温箱，在100℃下恒温12h，然后充分冷却，加入少量蒸馏水摇匀，再加入氢氟酸，最后加热至100℃溶液变澄清，铱金属全部溶解。

这两种方法的缺点主要有：①一次处理量小，不适合工业生产；②电解过程无法在密封环境中进行，氯化氢挥发和阳极产生的氯气导致操作环境极其恶劣。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种难溶金属铱的快速溶解方法。该溶解方法工艺简单、流程短、处理量大、效率高、操作环境友好，在不引入杂质离子的前提下直接将单质态铱粉转入溶液。该方法既适于科学研究，又可以在工业生产中推广。

为解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案是：一种难溶金属铱的快速溶解方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、加压氧化溶解：将铱粉和盐酸加入反应釜中边搅拌边通入氯气，在反应釜的釜内温度为100℃～200℃，压力为0.1mpa～2mpa、搅拌转速120r/min～200r/min的条件下反应3h～8h，反应结束后停止通入氯气；

步骤二、赶氯：步骤一中反应结束后将所述反应釜的釜压降至常压，分2次～5次加入浓盐酸，并在温度为70℃～90℃的条件继续搅拌反应1h～5h,然后停止搅拌，冷却至室温后得到反应物；

步骤三、固液分离：将步骤二中得到的反应物进行固液分离，得到滤液和滤渣，所述滤液中铱以三价铱和四价铱的形式存在，最终溶解了难溶金属铱粉。

本发明设计了一种全新溶解难溶金属铱的方法，步骤一中铱粉、盐酸和氯气在反应釜中发生反应，大部分铱粉被氧化成三价铱和四价铱，步骤二中赶氯主要是为了步骤三中固液分离时能够在更安全环保的环境下进行，由于步骤一中通入的氯气部分被吸附于盐酸中，而且氯气是一种具有强烈刺激性气味的剧毒气体，具有窒息性，密度比空气大，并且主要通过呼吸道侵入人体并溶解在黏膜所含的水分里，会对上呼吸道黏膜造成损害。假设在进行固液分离时未进行步骤二中的赶氯操作，那么步骤三中挥发出来氯气容易沉积在空气下层，不易被排出，造成实验室空气污染，对实验操作人员的健康产生严重影响，因此在固液分离之前对步骤一中反应结束后的得到的反应液进行赶氯，通过减压和分次加入浓盐酸，使浓盐酸挥发时将氯气带走，用于除去反应液中大量吸附的氯气。

上述的一种难溶金属铱的快速溶解方法，其特征在于，步骤一中所述盐酸的质量浓度为15％～36％，所述铱粉中铱的质量含量大于99％，所述盐酸的体积与铱粉的质量的比为(2～8)：1，所述盐酸的体积单位为ml，铱粉的质量单位为g。

上述的一种难溶金属铱的快速溶解方法，其特征在于，步骤一中所述氯气的流量为200ml/min～800ml/min。

上述的一种难溶金属铱的快速溶解方法，其特征在于，步骤二中所述浓盐酸的质量浓度是36％～38％，所述浓盐酸加入的次数为2次～5次，每次浓盐酸的加入体积为步骤一中所述盐酸体积的1/8～1/4。

上述的一种难溶金属铱的快速溶解方法，其特征在于，步骤三中所述的固液分离的方法为真空抽滤或自然沉降。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明仅需一步即可实现铱粉溶解，将铱粉、盐酸和氯气在一定的反应条件下进行反应，铱粉由固态原子态转化成铱的离子态，离子态主要以三价铱和四价铱的形态存在，该反应体系中能够实验铱粉的快速溶解，并且工艺简单，操作简单。

2、本发明一次溶解铱粉的量大，完全满足工业化生产需求。目前影响处理量的关键性因素是铱粉一次性处理量及转化成水溶性离子态的转化率，已报道的及目前生成中广泛应用的单次处理量铱粉质量小于500g，且一次溶解转化率仅50％左右；而本发明单次处理铱粉的量可以根据反应釜容积大小从g级到kg级均可，且铱粉一次溶解转化率大于70％。

3、本发明的反应过程在密闭反应釜中进行，环境友好。而且在固液分离之前将未参加反应的吸附在步骤一反应结束后得到的反应液中的氯气排出，避免后续固液分离时氯气挥发污染实验室室内的环境，伤害实验人员的身体健康。固液分离回收的滤渣为未参与反应的铱粉，可回收进行下一次的溶解，基本不浪费原材料铱粉

4、本发明溶解后得到的滤液中不含其它杂质金属阳离子，可开发其后续的应用。

下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例快速溶解难溶金属铱粉的方法包括以下步骤：

步骤一、加压氧化溶解：将2kg铱粉和质量浓度为36％的盐酸加入反应釜中边搅拌边通入氯气，在反应釜的釜内温度为200℃、压力为2mpa、转速为200r/min的条件下搅拌反应3h，反应结束后停止通入氯气，所述氯气的流量为800ml/min；所述铱粉中铱的质量含量大于99.95％，所述盐酸的体积与铱粉的质量的比为8：1，所述盐酸的体积单位为ml，铱粉的质量单位为g；

步骤二、赶氯：步骤一中反应结束后，开启反应釜的泄压阀，将所述反应釜的釜压降至常压，并利用反应釜的负压系统将釜内温度降至70℃，然后分5次加入总体积为4l的浓盐酸，每次加0.8l浓盐酸，赶走游离的氯气，持续搅拌5h,然后停止搅拌，冷却至室温后得到反应物；

步骤三、固液分离：将步骤二中得到的反应物进行真空抽滤，得到滤液和滤渣，回收的滤渣的质量为0.1kg，说明步骤一中1.9kg的铱粉被氧化溶解，则铱粉的一次溶解转化率为94.7％，所述滤液中存在三价铱和四价铱，所述滤渣返回步骤一进行加压氧化溶解，最终溶解了难溶金属铱粉。

实施例2

如图1所示，本实施例快速溶解难溶金属铱粉的方法包括以下步骤：

步骤一、加压氧化溶解：将2kg铱粉和质量浓度为25％的盐酸加入反应釜中边搅拌边通入氯气，在反应釜的釜内温度为150℃、压力为0.6mpa、转速为160r/min的条件下搅拌反应5h，反应结束后停止通入氯气，所述氯气的流量为500ml/min；所述铱粉中铱的质量含量大于99.95％，所述盐酸的体积与铱粉的质量的比为4：1，所述盐酸的体积单位为ml，铱粉的质量单位为g；

步骤二、赶氯：步骤一中反应结束后，开启反应釜的泄压阀，将所述反应釜的釜压降至常压，并利用反应釜的负压系统将釜内温度降至85℃，然后分3次加入总体积为1.5l的浓盐酸，每次加0.5l浓盐酸，赶走游离的氯气，持续搅拌3h,然后停止搅拌，冷却至室温后得到反应物；

步骤三、固液分离：将步骤二中得到的反应物进行真空抽滤，得到滤液和滤渣，回收的滤渣的质量为0.24kg，说明步骤一中1.76kg的铱粉被氧化溶解，则铱粉的一次溶解转化率为88.1％，所述滤液中存在三价铱和四价铱，所述滤渣被回收用于再次加压氧化溶解，最终溶解了难溶金属铱粉。

实施例3

如图1所示，本实施例快速溶解难溶金属铱粉的方法包括以下步骤：

步骤一、加压氧化溶解：将2kg铱粉和质量浓度为15％的盐酸加入反应釜中边搅拌边通入氯气，在反应釜的釜内温度为100℃、压力为0.1mpa、转速为120r/min的条件下搅拌反应8h，反应结束后停止通入氯气，所述氯气的流量为200ml/min；所述铱粉中铱的质量含量大于99.95％，所述盐酸的体积与铱粉的质量的比为2：1，所述盐酸的体积单位为ml，铱粉的质量单位为g；

步骤二、赶氯：步骤一中反应结束后，开启反应釜的泄压阀，将所述反应釜的釜压降至常压，并利用反应釜的负压系统将釜内温度降至90℃，然后2次加入总体积为0.5l的浓盐酸，每次加入250ml浓盐酸，赶走游离的氯气，持续搅拌1h,然后停止搅拌，冷却至室温后得到反应物；

步骤三、固液分离：将步骤二中得到的反应物进行自然沉降，得到滤液和滤渣，回收的滤渣的质量为0.54kg，说明步骤一中1.46kg的铱粉被氧化溶解，则铱粉的一次溶解转化率为73％，所述滤液中存在三价铱和四价铱，所述滤渣被回收用于再次加压氧化溶解，最终溶解了难溶金属铱粉。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。