一种从包含铑膦络合催化剂的废液中回收铑的方法

摘要

本发明提供了一种用于从来自羰基合成反应的铑膦络合催化剂废液中回收铑的方法，包括将包含所述铑膦络合催化剂的废液进行一级蒸馏，得到含铑重组分；然后将所述含铑重组分进行二级蒸馏，得到含铑浓缩液；其中，在所述一级蒸馏之前将所述废液进行一级预热，并任选地在二级蒸馏之前将所述含铑重组分进行二级预热。其中，一级蒸馏的温度为120-180℃；压力为20-100mbar。二级蒸馏的温度为160-200℃；压力为0.01-10mbar。本发明提供的方法能够在较低温度下对含铑催化剂废液进行浓缩，因而不会进一步加剧铑簇化合物的聚合程度，具有低温、设备损耗低、能耗低、成本低等优点，尤其还具有铑损失率低的突出优点。

说明书

技术领域

本发明涉及从失活催化剂中回收贵金属的方法，具体涉及从包含铑膦络合催 化剂的废液中回收铑的方法。

背景技术

以铑-叔有机磷络合物作为催化剂，使烯烃与氢气和一氧化碳反应生成醛产物 的氢甲酰化工艺，在技术上是众所周知的。最普通的例子是用铑膦络合物为催化 剂，由丙烯与氢气和一氧化碳制备丁醛。在长期连续的工业生产过程中，铑膦络 合催化剂常由于反应过程中产生的各种高沸点副产物以及原料夹带的杂质而失 活。即使原料中基本上不夹带杂质，催化剂也会在反应温度、反应物分压、配体 与铑的摩尔比等工艺条件的综合作用下生成没有活性的铑簇络合物而逐渐失活。 当催化剂活性下降到不能接受的水平时，为了保持生产率，就必须中止反应，将 催化剂卸出，并清洗反应器，然后添加新鲜催化剂并重新启动，失活催化剂通过 处理以回收铑。这样的操作对常规运行约每2年需进行一次。因为铑资源有限、 价格昂贵，并且铑在国际市场上价格日益上涨，因此失活催化剂中铑的高效回收 对于羰基合成领域的发展具有重要的意义。

现有的失活铑膦络合催化剂的回收方法可分为燃烧法和湿法回收两大类。

燃烧法回收铑是现在工业生产中普遍采用的方法。专利CN1414125A所发明 的方法为向羰基合成反应的废铑催化剂中添加碱金属或碱土金属的碳酸盐，在 650～700℃下进行焚烧，剩余残渣再与熔融状态下的碱金属酸式硫酸盐反应，生 成可溶性的铑盐，然后采用电解技术将铑分离。专利CN1151443A公开了一种回 收铑的方法，将含有机膦配体的废铑催化剂溶液和ⅠA或ⅡA族元素的碱性化合 物混合，在600～950℃的高温下控制燃烧成灰分，并用甲醇、肼或硼氢化钠等还 原剂处理灰分，分离除去杂质金属后得到金属铑。在燃烧法回收铑的过程中会产 生大量废水、废气，并且铑可能生成易挥发组分而造成损失，因此燃烧法回收铑 的问题是污染严重，同时对设备的要求也较高。

湿法回收是以含铑催化剂废液为原料，不经过焚烧，直接与化学试剂反应制 得含铑化合物。专利CN101177306使用无机酸和氧化剂的混合溶液对废催化剂进 行消解，再用碱中和消解得到的溶液，制备出水合氧化铑沉淀，用盐酸溶解沉淀 得到氯化铑溶液，经除杂和重结晶精制后，得到水合氯化铑。

专利US4340570发明了一种胺化游离析出法。先用醇，优选为甲醇处理羰化 反应残余物，在一定条件下蒸发掉挥发性组分，将正丙胺加入剩余残余物中使铑 游离出来，然后用二氯甲烷和盐酸进行多次萃取而分离得到铑。

还有其他一些方法，如专利US4363764将氧化处理后的催化剂废液与二甲基 甲酰胺、氢卤酸和三苯基膦混合后回流，得到含铑的沉淀；专利US4446074将催 化剂废液浓缩后用过氧化叔丁醇和冰醋酸进行处理，并在合成气气氛下加热回流 得到含铑的化合物。

湿法回收通常要将含铑催化剂废液蒸馏浓缩后，以含铑浓缩液为原料进行制 备，并且要求浓缩液中铑浓度要适宜，过高或过低都会影响收率。专利 CN01130848将含铑催化剂废液在165-300℃、700-750mmHg条件下进行蒸馏-蒸 发两步过程。以上方法的问题是高温的浓缩过程不仅能耗高、对设备的要求严格， 同时加剧了铑化合物的聚合程度，对湿法回收不利。

发明内容

本发明的目的是克服现有将例如用于羰基合成的含铑催化剂废液进行浓缩 的技术方法中铑化合物聚合程度加重、铑收率降低的问题，提供一种条件温和的 浓缩方法，可以在较低温度的条件下，得到浓度适宜的含铑浓缩液，以便用于下 一步的湿法回收铑，同时具有铑损失低的优点，可将浓缩过程的铑损失率控制在 0.1％以下。

根据本发明，提供了一种从来自羰基合成反应的包含铑膦络合催化剂的废液 中回收铑的方法，包括将所述废液进行一级蒸馏，得到含铑重组分；然后将所述 含铑重组分进行二级蒸馏，得到含铑浓缩液；其中，在所述一级蒸馏之前将所述 废液进行一级预热，并任选地在二级蒸馏之前将所述含铑重组分进行二级预热。

所述包含铑膦络合催化剂的废液例如可以来自羰基合成反应，尤其是来自于 氢甲酰化反应。在一个具体实施方案中，所述羰基合成反应为烯烃氢甲酰化反应， 也就是，所述铑膦络合催化剂废液来自烯烃氢甲酰化反应。另外，可以理解，所 述废液中包含的铑膦络合催化剂一般处于已经失活状态。

铑膦络合催化剂常用于例如烯烃氢甲酰化反应的羰基合成反应的催化剂。当 这种铑膦催化剂失活之后，产生的催化剂废液组成是非常复杂的，通常含有几百 ppm的铑，还有含羰基的多聚物、高沸点有机副产物、有机膦及其他少量金属杂 质。目前对失活铑膦络合物的结构还不是特别清楚，但比较公认的是形成了没有 催化活性的多核铑簇化合物。湿法回收是将铑簇打破成为单个的铑原子化合物 后，将其合成为具有催化活性的铑膦络合物。但是在回收过程中使用较高的温度 将促使多核铑簇化合物进一步聚合，这对湿法回收是不利的，使铑的回收率降低， 并且可能影响后续合成的铑膦络合物的催化活性。

在本发明提供的方法中，经过二次蒸馏，可获得浓度较大的含铑浓缩液。其 中第一次蒸馏除去多聚物、高沸点有机副产物、有机磷等相对较轻的组分，得到 含有铑的重组分；二次蒸馏则将第一次蒸馏得到的含铑重组分进一步蒸馏浓缩， 得到铑浓度较大的重组分，用于进一步的湿法铑回收。

本发明的发明人发现，在铑膦络合催化剂废液的浓缩蒸馏过程中，预热对于 降低铑损失率具有至关重要的作用。尤其是对于一级蒸馏之前的废液预热尤为重 要。将废液预热到一定温度后再加入到蒸馏装置内有利于在接触到高温的蒸发器 时轻重组分快速分离，同时增大了废液的流动性，减少废液在蒸发器内的停留时 间，降低铑簇化合物进一步聚合的可能性，减少铑的损失，并且因此降低了所需 的蒸馏温度。类似地，在二级蒸馏之前将进料进行预热同样能够减少铑的损失， 增加蒸馏效率。

经过本发明的两步蒸馏之后，得到的所述含铑浓缩液主要包含以铑计为 4000-20000ppm的铑膦络合物、醛类聚合物、有机磷化合物(例如常见的三苯基 膦和三苯基氧磷)以及其他少量含铁、镍等金属化合物。本发明提供的方法也可 以理解为提供了一种从来自羰基合成反应的包含铑膦络合催化剂的废液中制备 含铑浓缩液的方法。该含铑浓缩液可以作为原料、例如作为铑的来源而进一步合 成具有催化活性的新的铑膦络合物。

本发明的发明人进一步发现，一级预热的温度优选为30-200℃，进一步优选 为50-80℃；二级预热的温度优选为30-200℃，进一步优选为50-80℃。

在本发明的一些具体实施方案中，一级蒸馏的温度为120-180℃，优选为 130-160℃，进一步优选为140-155℃；压力为20-100mbar，优选为40-60mbar。

在本发明的一些具体实施方案中，二级蒸馏的温度为160-200℃，优选为 170-190℃；压力为0.01-10mbar，优选为0.01-0.5mbar。

在本发明的二次蒸馏步骤中，均不需要超过200℃的高温条件，只需要在相 对低温的条件下进行操作。众所周知，在大规模的工业生产中，操作工艺条件的 些许改变，很可能需要操作装置、能耗和其他成本大幅改动。尤其对于温度和压 力的控制，随着温度的升高，对反应装置的耐温承压能力要求将明显升高，能量 损耗也随之升高。因此，本发明通过使用低温条件而节约了设备、能耗成本。

在本发明的方法中，一级蒸馏的进料速率可以为10-100L/m²·h，优选 20-50L/m²·h。二级蒸馏的进料速率可以为10-100L/m²·h，优选20-50L/m²·h。在 此，进料速率(单位L/m²·h)是指相对于每平方米蒸发器换热面积每小时进料的 体积。

根据本发明，含铑催化剂废液经过以上两次浓缩之后，从二级蒸馏中得到的 含铑浓缩液中的铑的质量含量可达到4000-15000ppm。该浓度范围对于适于进一 步作为原料加以利用的铑浓缩液而言是适宜的，过高或过低的浓度都会影响后续 反应的收率。根据本发明，二级蒸馏的轻组分中的铑的质量浓度低于30ppm。铑 损失率小于0.1％。在贵金属回收领域中，期望贵金属的损失率越小越好。本发明 的一个突出的优点是，通过本发明的方法回收含铑膦催化剂废液中的铑，铑损失 率很小，低于0.1％。

进一步地，本发明提供了一种从用于烯烃氢甲酰化反应的铑-叔有机磷络合催 化剂中回收铑的方法，包括以下步骤：a.将包含所述铑-叔有机磷络合催化剂的废 液预热至50-80℃；b.将经预热的废液通入一级蒸馏装置中，在温度为140-155℃、 压力为40-60mbar的条件下进行一级蒸馏，得到富含醛类聚合物、叔有机磷的轻 组分和富含铑的重组分；c.将步骤b得到的富含铑的重组分预热至50-80℃；d.将 经步骤c预热的富含铑的重组分通入二级蒸馏装置中，在温度为170-190℃、压 力为0.01-0.5mbar的条件下进行二级蒸馏，得到作为重组分的含铑浓缩液。其中， 所述“富含”与“贫含”相对，例如相对于二级蒸馏的轻组分贫含铑，重组分中则富 含铑。

在本发明提供的方法中，可以使用减压蒸馏装置进行一级蒸馏和二级蒸馏。 减压蒸馏装置可以是薄膜蒸发器或者短程蒸发器，或者其它满足使用条件的减压 蒸馏装置。优选使用刮板式薄膜蒸发器。

本发明的方法可以连续性操作，也可以间歇性操作，优选连续性操作。

因此，本发明的方法可以在两个蒸馏装置中分别进行一级蒸馏和二级蒸馏， 也可以只使用一个蒸馏装置交替进行一级蒸馏和二级蒸馏。

与现有技术相比，本发明通过对进料液进行预热，同时选取适宜的进料速率， 可以在较低温度下对含铑催化剂废液进行浓缩，得到适宜浓度的含铑浓缩液。该 技术由于在较低温度下进行，不会进一步加剧铑簇化合物的聚合程度，减少铑损 失的同时，提高了所得含铑浓缩液用于作为合成具有催化活性的铑膦络合物催化 剂的原料的适用性。因此，该技术具有低温、铑损失率低(铑损失率可以被控制 在0.1％以下)等优点。同时，由于只需在相对低的温度下操作运行，使得本发明 提供的方法还具有设备损耗低、能耗低、成本低等优点。

具体实施方式

下面将通过具体实施例对本发明进行更加详细地说明，但应理解，本发明的 范围并不限于此。

实施例1

所用铑膦络合催化剂废液为含有丙烯与一氧化碳和氢气发生氢甲酰化反应 制丁醛的工艺中失活的催化剂的废液。该失活的催化剂的活性降低到新鲜催化剂 的30％以下。废液中铑的质量浓度为1700ppm，含有三苯基膦6.5wt％，三苯基氧 膦11.1wt％，其余为丁醛三聚物及多聚物、高沸点有机副产物，及其他少量金属 杂质。

所用减压蒸馏装置为刮板式薄膜蒸发器。将铑膦络合催化剂废液预热至 70℃，蒸发器温度设定为155℃，系统压力设定为60mbar。待系统温度和压力稳 定后，开始进料进行一级蒸馏，进料速率为30L/m²·h。一级蒸馏结束后，将重组 分再次加入到进料管内，准备进行二级蒸馏。预热温度为60℃，蒸发器温度设定 为170℃，系统压力设定为0.03mbar。待系统温度和压力稳定后，开始进料进行 二级蒸馏，进料速率为25L/m²·h。二级蒸馏所得重组分中铑浓度为6100ppm，轻 组分中铑浓度为10ppm，铑损失率低于0.1％。

对比例1

所使用的原料和操作步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，在一级蒸馏 和二级蒸馏之前不对进料进行预热，二级蒸馏所得重组分中铑浓度为5900ppm， 轻组分中铑浓度为30ppm，铑损失率0.16％。

实施例2

所用铑膦络合催化剂废液同实施例1。

将铑膦络合催化剂废液预热至60℃，蒸发器温度设定为150℃，系统压力设 定为40mbar。待系统温度和压力稳定后，开始进料进行一级蒸馏，进料速率为 25L/m²·h。一级蒸馏结束后，将重组分再次加入到进料管内，准备进行二级蒸馏。 预热温度为60℃，蒸发器温度设定为190℃，系统压力设定为4.0mbar。待系统 温度和压力稳定后，开始进料进行二级蒸馏，进料速率为25L/m²·h。二级蒸馏所 得重组分中铑浓度为4200ppm，轻组分中铑浓度为15ppm，铑损失率低于0.1％。

对比例2

所使用的原料和操作步骤与实施例2基本相同，不同之处在于，在一级蒸馏 和二级蒸馏之前不对进料进行预热，二级蒸馏所得重组分中铑浓度为4000ppm， 轻组分中铑浓度为30ppm，铑损失率0.15％。

实施例3

所用铑膦络合催化剂废液同实施例1。

将铑膦络合催化剂废液预热至60℃，蒸发器温度设定为150℃，系统压力设 定为40mbar。待系统温度和压力稳定后，开始进料进行一级蒸馏，进料速率为 25L/m²·h。一级蒸馏结束后，将重组分再次加入到进料管内，准备进行二级蒸馏。 预热温度为60℃，蒸发器温度设定为190℃，系统压力设定为0.1mbar。待系统 温度和压力稳定后，开始进料进行二级蒸馏，进料速率为25L/m²·h。二级蒸馏所 得重组分中铑浓度为13000ppm，轻组分中铑浓度为15ppm，铑损失率低于0.1％。

由以上实施例和对比例的结果可见，根据本发明的方法能够在低温条件下从 含铑浓度较低的铑膦络合催化剂废液中回收绝大部分的铑，得到可作为进一步制 备其他活性铑膦络合物的原料的含铑浓缩液，其中铑浓度可以达到例如 13000ppm。最重要的是，通过本发明回收铑，铑损失率小于0.1％，这对于贵金 属回收领域而言，具有显著的经济效益意义。

虽然本发明已作了详细描述，但对本领域技术人员来说，在本发明精神和范 围内的修改将是显而易见的。此外，应当理解的是，本发明记载的各方面、不同 具体实施方式的各部分、和列举的各种特征可被组合或全部或部分互换。在上述 的各个具体实施方式中，那些参考另一个具体实施方式的实施方式可适当地与其 它实施方式组合，这是将由本领域技术人员所能理解的。此外，本领域技术人员 将会理解，前面的描述仅是示例的方式，并不旨在限制本发明。