铱粉的电化学溶解方法

背景技术

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。

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。例如，甲醇羰基化制醋酸和醋酐装置都大量使用含铱化合物作为均相催化剂。

制备三氯化铱水合物以及其它含铱化合物的关键步骤是将铱粉溶解在水溶液中。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。

现有技术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。在红热状态下，将氯气Cl2通至混有氯化钾KCl或氯化钠NaCl的铱粉生成四氯化铱IrCl4后可溶于王水。

上述各种溶解铱的方法都存在引入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減少铱的损失，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，因此上述现有方法制备出的含铱化合物纯度较低。

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ー种铱粉的电化学溶解方法，简单方便、不引入其他碱金属离子直接将铱粉溶解到盐酸中得到氯铱酸H3IrCl6水溶液，即:直接将铱粉原料溶解于盐酸中，而不加入任何其他试剂。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是:

ー种铱粉的电化学溶解方法，其特征在于，包括以下步骤:

第I步，电溶解:在U形电解池I中加入盐酸溶液和铱粉原料，盐酸与铱粉原料的重量比为3:1〜100:1 ;

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

控制电解池中的盐酸温度在100〜115°C ;

在所述的电极2两端加载交流电，电压为5〜80伏，电流为2〜50安培,进行恒压电解，直至铱粉基本完全溶解生成氯铱酸水溶液；恒压电解时间为I〜15小时；所述盐酸为高浓度浓盐酸，盐酸纯度为优级纯；

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0.25〜2.5mol/L。

在上述技术方案的基础上，所述U形电解池的材质为石英玻璃、玻璃、聚四氟二烯、聚二烯、聚丙烯或聚酷，

所述非金属导电材料制成的电极为纯石墨电极。

 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，恒压电解时间为3〜15小吋。

在上述技术方案的基础上，盐酸的浓度为8〜12mol/L。

在上述技术方案的基础上，所述铱粉原料的铱含量大于95%。

在上述技术方案的基础上,所述铱粉原料的铱含量大于99%。

在上述技术方案的基础上，第2步中滤出未反应的铱粉后，将滤出的未反应的铱粉返回U形电解池，返回U形电解池的铱粉与新加入的铱粉原料一起重新进行第I步过程；

第3步中蒸馏出过量的盐酸后，将蒸馏出的盐酸返回U形电解池，返回U形电解池的盐酸与新加入的盐酸一起重新进行第I步过程。

在上述技术方案的基础上，蒸馏出的盐酸与新鲜浓盐酸按1:1〜1: 3的比例混合后返回U形电解池。

在上述技术方案的基础上，第1步中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5:1〜80:1 ;控制电解池中的盐酸温度在110〜115°C ;

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。

本发明所述的铱粉的电化学溶解方法，针对现有技术铱溶解エ艺复杂、铱损失大的缺陷，直接将铱粉原料溶解于盐酸中，而不加入任何其他试剂，当采用高纯度铱粉为原料时，可以避免杂质干扰，制成高纯度的氯铱酸H3IrCl6水溶液。

具体实施方式

图1是U型电解池的示意图。U型石英电解池I其竖管Ib直径为50mm，两根竖管中心相距180mm ;底部弯管Ia直径为18mm，竖管直径:弯管直径=2.78 ;竖管和弯管缓慢过渡，连接处长度25mm;电解池的容积为800ml电极2选用O 12mm、长度250mm光谱纯石墨电极。U型石英电解池I两侧经冷凝器接口1c安装冷水冷凝器。

铱粉溶解装置见图2，其中:石墨电极两端连接交流电弧发生控制器3，铱粉5置于U形电解池底部弯管Ia中，电解池I中加入盐酸溶液4并置于循环冷却水槽7中。

称取30.0克纯度为99.99%的铱粉放入石英材料的上述U型电解池中，加入500ml浓度为37%的优级纯浓盐酸。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> 6mm。在电极两端加载40伏的民用交流电，电流大小在10〜40安培之间变化，处于U型电解池中线底部的铱粉中间附近横截面会自动形成一个持续不断地打开和闭合的界面，间隙小于1mm(如图2所示6)，界面间出现类似短路的电火花现象。电解反应6小时。其间，控制冷却水的流量，保持电解池中盐酸温度在113 °C左右。停止电解后，用定量滤纸过滤电解液。洗涤、烘干并称量未反应铱粉，重4.5克。铱粉的溶解率85%。滤液经简单蒸馏，蒸馏出过量盐酸，得到1.52M/L的氯铱酸H3IrCl6溶液。用ICP分析所得氯铱酸水溶液，其中K、Na、Ca、S1、Rh、Au、Ag、Mg、Pt、Cu等十种杂质金属总重量百分比含量为0.0092% (按氯铱酸质量计)。由于只用盐酸溶解铱粉，氯铱酸水溶液中也不含其它SO42-、NO3-等阴离子。