综述：通过溶剂萃取法从含氯的水体系中分离和提取铂和钯的进展

《Journal of Water Process Engineering》：Progress in separation and extraction of platinum and palladium from aqueous chlorinated system by solvent extraction

铂族金属回收中铂和钯的溶剂萃取分离技术综述，系统分析了氯代水体系中硫基、胂基、胺基和磷基萃取剂对Pt(IV)和Pd(II)的选择性提取机制，提出未来需开发高效环保萃取剂并优化工艺参数。

　　铂和钯作为广泛使用的铂族金属（PGMs），在化学性质上具有高度相似性，这使得它们的分离与提取成为贵金属回收领域中的核心难题。溶剂萃取技术因其处理能力大、操作简便等优势，被认为是分离铂和钯的一种有前景的方法。本文系统地回顾了溶剂萃取在水氯化体系中分离和提取铂与钯的研究进展，并对常用的萃取剂的萃取性能和未来发展方向进行了深入探讨。

铂族金属包括铂、钯、铑、锇、铱和钌六种元素。这些元素在地球地壳中极为稀少，分布不均，因此被称为“稀有贵金属”。它们具备多种显著的物理和化学特性，如强催化活性、良好的热导率、高温稳定性、耐腐蚀性以及优异的化学稳定性。这些特性使得铂族金属在多个工业领域中发挥着关键作用，包括化学工程、石油工业、汽车尾气净化、医疗设备制造、新能源技术以及电子工业等。铂和钯是铂族金属中使用最广泛的两种，它们的催化活性尤为突出，在有机合成、裂解过程中的脱硫、三元催化剂的氧化还原反应中均扮演着不可或缺的角色。此外，铂在医学领域中因其耐腐蚀性、非毒性以及良好的生物相容性，被广泛用于体内植入医疗器械的制造。一些特定的铂化合物已经成为癌症化疗中不可或缺的药物。

在新能源领域，铂族金属广泛应用于燃料电池的催化电极和氢气的生产与储存材料。同时，它们在电子组件、电路板等产品的制造过程中也发挥着重要作用。然而，铂族金属的天然资源主要存在于硫化铜/镍矿石、铬铁矿以及冲积型铂矿中。尽管这些矿石中铂族金属的含量较高，但其浓度通常仅为2-10克/吨，导致提取成本高昂且产生大量废料。近年来，随着报废汽车数量的增加，废弃汽车催化剂已成为铂族金属的主要来源之一。全球铂族金属资源总量超过1亿千克，其中南非的布什维尔德复合体拥有最丰富的储量。2024年，全球铂的矿产供应量约为156吨，其中南非贡献了112吨，占全球总量的70%以上。俄罗斯和津巴布韦分别贡献了19吨和14吨。钯的矿产供应量为183吨，南非贡献了65吨，俄罗斯贡献了78吨，这两个国家合计占全球产量的78%以上。

在过去的五年中，铂和钯的全球供需情况有所波动，图1展示了这一趋势。由于铂族金属的稀缺性和重要性，它们的回收已成为当代资源循环与绿色冶金研究的重要方向。研究的目标是通过物理或化学手段，高效地从含有铂族金属的废弃物流中提取和分离这些宝贵而稀有的金属，如废弃催化剂和矿石尾矿。铂族金属的回收技术主要分为火法冶金和湿法冶金两种，根据工艺原理和应用场景进行分类。这两种方法通常在整个回收流程中协同使用，以构建从富集到最终精炼的完整链条。

火法冶金过程依赖于高温下的物理化学反应，通过铂族金属与捕集剂（如铅、铜或镍）之间的相互作用，形成金属合金或硫化物，从而实现原料中的初步富集。火法冶金具有较大的处理能力和较强的材料适应性，因此常用于铂族金属回收的富集阶段。然而，这种方法无法直接获得高纯度的产品，因此需要进一步通过湿法冶金进行提纯。湿法冶金过程包括溶解和分离两个阶段，采用如王水溶解或水氯化等方法，将铂族金属的浓缩物溶解为溶液，形成氯化配合物（如PtCl6^2?和PdCl4^2?），以便于后续的分离。分离过程可采用化学沉淀、溶剂萃取、离子交换和膜分离等多种湿法冶金技术。

化学沉淀是一种通过向含有铂族金属离子的溶液中加入特定沉淀剂，使目标金属形成不溶性化合物并从溶液中析出的方法。这种方法的优点在于其操作简单且成本较低，特别适用于实验室研究和小规模工业回收，尤其是在高浓度溶液的应用中。然而，化学沉淀法的缺点是其选择性较低，容易伴随杂质共沉淀，且需要多次净化步骤，这在一定程度上限制了回收效率。离子交换则依赖于离子交换树脂对金属离子的特定吸附能力。通过调整溶液条件，铂族金属离子与树脂上的功能基结合，随后使用特定的洗脱剂进行选择性洗脱。离子交换技术在回收高纯度铂和钯方面表现出良好的效果，但其缺点是树脂成本较高、处理速度相对较慢，且对进料溶液的组成要求较为严格。膜分离技术则利用半透膜的特定渗透性，通过物理或化学机制从溶液中提取铂族金属。这种方法具有较高的选择性，并且由于减少了试剂的消耗，被认为是一种环境友好的技术。然而，膜污染、较高的运营成本以及在大规模应用中的技术障碍，限制了其在工业领域的广泛应用。

相比之下，溶剂萃取技术因其高效性和适应性，成为湿法冶金过程中主导的技术之一。该技术的基本原理是利用铂族金属离子在不同相之间的溶解度差异，通过选择性配位反应将目标金属从水相转移到有机相，随后通过反萃取过程实现分离和富集。溶剂萃取技术具有较强的原料适应性，能够处理成分复杂的溶液，生产周期相对较短，且金属回收率较高。此外，该技术具备大规模工业生产的潜力，设备投资和运营成本相对较低，符合当前对资源回收的经济需求。

尽管当前的提取方法在铂和钯的回收过程中已能实现超过99%的提取率，但这些方法仍然受到铂和钯化学相似性以及杂质共提取的限制。此外，传统有机溶剂由于其高挥发性和毒性，正面临越来越严格的环境法规。因此，开发环境友好的萃取剂已成为当前研究的一个重要趋势。已有大量文献探讨了溶剂萃取在铂和钯分离中的应用，但这些综述往往缺乏对萃取剂类型的全面覆盖。本文重点研究了氯化体系中铂和钯的提取与分离技术，对萃取剂的发展进行了系统梳理，并依据其结构对萃取剂进行了分类，评估了它们在铂和钯分离中的效率，同时讨论了不同萃取剂在铂和钯提取分离技术中的优缺点。文章特别关注了萃取剂的环境特性，为未来铂和钯提取分离技术的发展提供了工业应用方法和见解。

在文献检索过程中，我们查阅了ACS、RSC、ScienceDirect和Web of Science等多个数据库，使用了诸如“铂族金属”、“铂”、“钯”、“提取”、“回收”、“技术”等关键词。我们筛选并采用了近年来受到关注的新型萃取剂和提取方法。在对相关文献进行深入综述的基础上，我们对选定的研究进行了全面评估，进而形成了发展建议。这些建议是基于对现有溶剂萃取方法所面临挑战的细致分析得出的。

在氯化体系中，铂主要以Pt(IV)的形式存在，相较于Pt(II)形式更为稳定。因此，近年来的研究重点逐渐转向Pt(IV)的提取。与钯萃取剂类似，Pt(IV)的提取可以使用基于硫、肟、胺和磷的萃取剂。然而，硫基和肟基萃取剂在钯的分离中应用较多，而胺基和磷基萃取剂则更适用于铂的后续分离，以提高提取效率。未来的研究应着重于开发高效的新萃取剂，并优化萃取体系，以提升分离性能和成本效益。这不仅有助于提高铂和钯的回收率，还能减少对环境的影响，推动绿色冶金技术的发展。

在实际应用中，硫基萃取剂（如S201）因其对钯的高选择性而受到广泛关注。根据硬软酸碱理论（HSAB），钯被归类为软酸，由于其较大的离子半径、较低的正电荷和较高的极化率，更容易与软碱形成稳定的配合物。硫基萃取剂具有较大的原子半径和较低的电负性，因此表现出优异的对钯的选择性。这种选择性使得硫基萃取剂在钯的初步选择性提取中发挥重要作用。然而，硫基萃取剂在铂的提取中应用较少，这可能与其对铂的选择性较低有关。

肟基萃取剂在铂和钯的分离中同样表现出较高的选择性。这些萃取剂通常由肟类化合物组成，能够与金属离子形成稳定的螯合物。在氯化体系中，肟基萃取剂对钯的提取效果尤为显著，这使得它们成为钯分离的重要工具。然而，肟基萃取剂在铂的提取中可能面临一定的挑战，如其对铂的选择性较低，以及在某些条件下可能难以有效分离。

胺基萃取剂和磷基萃取剂则在铂的提取和分离中发挥重要作用。胺基萃取剂通常由胺类化合物组成，能够与金属离子形成稳定的配合物，从而实现铂的高效提取。磷基萃取剂则通过与金属离子形成磷配合物，进一步提高铂的分离效率。这些萃取剂在铂的后续分离中表现出良好的性能，使得它们在工业应用中具有较高的潜力。

总体而言，铂和钯的分离与提取是一个复杂且多学科交叉的过程。溶剂萃取技术因其高效性和适应性，成为当前研究的热点。然而，现有技术仍面临诸多挑战，如化学相似性、杂质共提取、环境影响等。因此，未来的研究应着重于开发新型高效萃取剂，并优化萃取体系，以提高分离性能和成本效益。这不仅有助于提高铂和钯的回收率，还能推动绿色冶金技术的发展，满足当前对资源回收和环境保护的双重需求。