一种三氯化铱水合物的制备方法

背景技术

三氯化铱水合物是铱Ir的ー种最常见的化合物，常作为合成其它铱化合物及制备含铱催化剂的初始原料。含铱化合物和催化剂广泛应用于石油化工和有机合成领域。例如，甲醇羰基化制醋酸和醋酐装置都大量使用铱的化合物作为均相催化剂。此外，在加氢催化剂、聚合催化剂、有机合成等领域，三氯化铱水合物也是不可缺少的重要化工原料。

铱是ー种具有相当延展性的银白色贵重金属，熔点2410±40°C。密度22.42克/立方厘米。熔点2410°C，沸点4130°C。面心立方晶体。通常，商品铱的形态是粉末状，即铱粉。目前其国内市场价格在10〜30万元/千克。

制备三氯化铱水合物以及其它铱化合物的关键步骤是将铱粉溶解在溶液中。然而，铱是钼族金属中化学性质最稳定最耐腐蚀的金属之一，不能直接溶于盐酸、硫酸、硝酸等各种常见酸溶液和沸腾的王水中。

三氯化铱水合物IrCl3 • 3H2O是暗緑色结晶，溶于水形成酸性暗緑色水溶液。根据朱文祥主编《无机化合物制备手册》(化学出版社2006年，pp348-350)，现有技术制备三氯化铱水合物IrCl3 • 3H2O的方法是在氯化氢HCl气流中加热铱的氯氧化物Ir(OH)Cl2 • 3H2O。

三氯化铱IrCl3的制备`方法是将金属铱粉置于瓷舟中，然后放入燃烧管。把燃烧管的一端拉细作为气体导入端，而另一端则装上上磨ロ的接头。往管中通入不含氧O2、但含有少量一氧化碳CO的氯气Cl2,并用喷灯火焰将燃烧管加热至600左右，然后用太阳光直接照射，或用镁条的强光照射。氯化过程大约15分钟即告结束。用此方法制备的为无水IrCl3,不溶于水、碱和酸，可溶于王水。

此外，还可用碱金属过氧化物或硝酸钾与氢氧化钾熔融，将铱共融氧化。共融氧化后的铱能溶于王水。或者，在红热状态下，将氯气Cl2通至混有氯化钾KCl或氯化纳NaCl的铱粉生成四氯化铱IrCl4，溶于王水后，通过反复沉淀、溶解的办法去掉其他杂质离子K+或Na+，结晶后得到较纯的三氯化铱水合物IrCl3 • 3H2O。

上述各种溶解铱的方法步骤多，会引入K+或Na+杂质离子，溶液中K+或Na+离子需要采用进一步反应和结晶等方式除去。由于铱的价格昂贵，溶解过程必须要尽量减少铱的损失，而为了去除引入的其他离子，必将会増加制备步骤，加大铱的损失。另外，上述现有方法制备出的三氯化铱水合物纯度较低。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种三氯化铱水合物的制备方法，直接将铱粉原料溶解于盐酸中，而不加入任何其他试剂，降低生产成本，产品结晶成易于携带、铱浓度稳定、方便称量和使用的三氯化铱水合物；并且当采用高纯度铱粉原料时，可以避免杂质干扰，制成高纯度的三氯化铱水合物。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是:

一种三氯化铱水合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:

第I歩，电溶解:在U形电解池Ⅰ中加入盐酸溶液4和铱粉原料5 ；

所述U形电解池I由耐酸材料制成，U形电解池中设置有非金属导电材料的电极2 ；

控制电解池中的盐酸温度在100〜115°C，在所述电极两端加载电压为5〜80伏、电流为2〜50安培的交流电，进行恒压电解，直至铱粉溶解生成氯铱酸水溶液；

所述盐酸纯度为优级纯，盐酸的浓度为8〜12mol/L ;盐酸与铱粉的重量比为3:1 〜100:1 ;

所述恒压电解的电解时间是I〜15小时；

第2步，过滤:将所得的氯铱酸水溶液过滤，滤出未反应的铱粉；

第3步，浓缩:将过滤后的氯铱酸水溶液进行蒸馏，蒸馏出过量的盐酸和水，得到氯铱酸浓缩液；浓缩后氯铱酸水溶液的铱含量为1.0〜3.5mol/L ；

第4步，结晶:将所得的氯铱酸浓缩液在恒温结晶炉中90〜125°C下进行结晶，结晶时间5〜24小时，得到三氯化铱水合物IrCl3 • 3H2O。

在上述技术方案的基础上，第I步中所述恒压电解的电解时间是3〜15小时

在上述技术方案的基础上，所述交流电的波形是正弦波、方波或三角波。

在上述技术方案的基础上，在用于制备高纯度三氯化铱水合物时，所述铱粉原料的铱含量大于99%。

在上述技术方案的基础上，所述U型电解池I的竖管Ib直径:底部弯管Ia直径=2.0〜4.5 ;底部弯管直径范围为8〜35mm ;竖管直径为20〜150mm ;两根竖管中心相距100〜250mm ;竖管和弯管缓慢过渡，过渡连接处长度15〜30mm ;电解池容积为500〜2000ml ；

所述U型电解池两侧分别有冷凝器接ロ lc，分别用于安装一支空气或水冷凝器，用于将挥发的盐酸冷凝、回流至电解池，以减少HCl的蒸发损失；

所述U型电解池两侧所用冷凝器为简单蒸馏装置用的冷凝器，冷却介质为空气或者温度低于50°C的冷水。

在上述技术方案的基础上，为了便于控制盐酸温度，所述的电解池置于控制温度的循环冷却水槽7中；通过控制冷却水的温度来控制电解池的温度。

在上述技术方案的基础上，在第I步中，在石英玻璃制成的U形电解池中加入盐酸溶液和铱粉原料，所述盐酸纯度为优级纯，盐酸的浓度为10〜12mol/L ;盐酸与铱粉的重量比为5: I〜80: I ;在所述的电极两端加载交流电，电压为20〜70伏，电流为10〜40安培，交流电的波形是民用正弦波；电解时间是3〜8小时；控制电解池中的盐酸温度在110 〜115°C ；

所述石英玻璃制成的U型电解池竖管直径:底部弯管直径=2.5〜3.5 ;底部弯管直径范围为15〜25mm ;竖管直径为30〜80mm ;两根竖管中心相距120〜200mm ;竖管和弯管缓慢过渡，过渡连接处长度15〜30mm ;电解池容积为600〜1000ml ；用光谱纯石墨制备石墨电极，电极为08〜15mm,长度150〜250mm圆柱体；

所述U型电解池中毎次加入不超过80克的铱粉，以保持U型电解池的底部通道不完全被铱粉堵塞，U型电解池底部弯管处铱粉堆积平面距离弯管顶部的盐酸通道高度应大于5min.

在上述技术方案的基础上，在第2步中，滤出未反应的铱粉，将未反应的铱粉返回电解池；

在第3步浓缩后，将蒸馏出的盐酸返回电解池；

所述的返回电解池的铱粉和盐酸，与新加入的铱粉原料和盐酸一起重新进行第Ⅰ步过程。