專利名稱：氨氧化催化劑用鉑基合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在1000℃以下可代替Pt-10Rh、Pt-4Pd-3.5Rh使用的節(jié)約鉑和銠的高強(qiáng)鉑基合金，特別是涉及氨氧化催化劑用鉑基合金。
硝酸是制備化肥、炸藥等許多化工產(chǎn)品的重要原料。迄今為止，世界各國均采用1908年發(fā)明的“氨氧化”法來制備硝酸。即在750～950℃和1～10個大氣壓下使氨和空氣通過催化劑反應(yīng)生成NO，NO進(jìn)一步氧化生成NO2，經(jīng)水吸收形成硝酸。由于Pt與Pt-Rh合金具有高的高溫化學(xué)穩(wěn)定性，力學(xué)穩(wěn)定性、氨氧化率，以及使用的方便性，所以它們作為氨氧化催化劑被各國普遍采用，如Pt-5Rh、Pt-10Rh、Pt-20Rh合金等。自六十年代以來，為了來節(jié)約貴重的鉑、銠資源和降低催化劑生產(chǎn)成本，在蘇聯(lián)和我國便普遍采用了低銠的Pt-4Pd-3.5Rh合金用于氨氧化催化反應(yīng)，其氨氧化率大于96%。例如，中國太原化肥廠生產(chǎn)的氨氧化催化網(wǎng)就是用Pt-4Pd-3.5Rh合金制成的，該廠生產(chǎn)的催化網(wǎng)供全國各硝酸生產(chǎn)廠使用。
在世界范圍內(nèi)，鉑族金屬資源都很短缺，在我國尤為突出。在國際上鉑族金屬價(jià)格波動很大，近年來銠的價(jià)格急劇上升，達(dá)鉑價(jià)格10倍左右，這使催化劑價(jià)格成倍增高，直接影響硝酸生產(chǎn)成本。硝酸工業(yè)是使用鉑族金屬最多的產(chǎn)業(yè)之一。因此，降低氨氧化催化劑用鉑、銠的用量，對于節(jié)約鉑族金屬資源和降低催化劑，從而降低硝酸的生產(chǎn)成本具有舉足輕重的作用。
本發(fā)明的目的是提供一種比現(xiàn)有Pt-Rh和Pt-4Pd-3.5Rh催化劑合金更節(jié)約鉑和銠的新型氨氧化催化劑合金，本發(fā)明合金在氨氧化催化活性及催化網(wǎng)使用壽命方面與Pt-10Rh和Pt-4Pd-3.5Rh合金相當(dāng)，但本發(fā)明合金的強(qiáng)度性質(zhì)高于Pt-10Rh和Pt-4Pd-3.5Rh合金，在使用過程中的耗鉑率低于Pt-10Rh和Pt-4Pd-3.5Rh合金。本發(fā)明合金比Pt-10Rh和Pt-4Pd-3.5Rh合金可節(jié)約貴重的鉑、銠資源，具有更低廉的價(jià)格。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是在現(xiàn)有的Pt-4Pd-3.5Rh合金基礎(chǔ)上添加一定量的稀土元素形成Pt-Pd-Ph-RE四元合金系以進(jìn)一步提高鈀含量，從而降低鉑、銠用量。
本發(fā)明的特征是，所說的氨氧化催化劑用鉑基合金的成分(wt.%)為Pd5～15，Rh1.5～3.5，RE0.01～0.5(RE＝從La到Lu的La系元素之任一種).Pt余量。優(yōu)先推薦的合金為RE含量為0.01～0.3%的合金和Pd含量為8～12%的合金。優(yōu)先推薦的La系元素為Ce、La、Gd中之任一種。
作為在高溫使用的氨氧化催化材料，Pd是性能上和經(jīng)濟(jì)上可代替Pt和Rh的最佳元素。鈀具有高的氨氧化催化活性，對催化毒性有更高穩(wěn)定性。實(shí)踐證明，Pt-Pd-Rh合金作為催化劑使氨氧化率有所提高并使合金揮發(fā)損耗減少。但鈀含量太高會使催化劑高溫性能下降。稀土元素可以顯暑地提高鉑合金強(qiáng)度性質(zhì)，尤其是高溫強(qiáng)度和抗蠕變能力，稀土元素因其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)還具有優(yōu)良的催化活性。因此，在Pt-Pd-Rh合金中添加一定量稀土元素，既彌補(bǔ)因提高Pd含量所造成的強(qiáng)度降低，又能改善合金催化活性，從而構(gòu)成新的氨氧化催化劑系列合金。但是，稀土含量過高，例如＞0.5%，就會引起催化網(wǎng)在使用過程中變脆。因此，限定RE含量不大于0.5%。顯然，若RE含量小于0.01%，則其對鉑合金的強(qiáng)化效應(yīng)就不甚顯著。
同現(xiàn)有技術(shù)Pt-10Rh和Pt-4Pd-3.5Rh合金相比，實(shí)踐證明，本發(fā)明合金在氨氧化率和催化網(wǎng)使用壽命方面，與現(xiàn)有技術(shù)相當(dāng)，但本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明合金的鉑、銠用量低于現(xiàn)有合金，從而節(jié)約了鉑、銠資源，降低了催化網(wǎng)的生產(chǎn)成本。
2、本發(fā)明合金強(qiáng)度性質(zhì)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，特別是持久強(qiáng)度σ1000h(900℃)，本發(fā)明合金為Pt-10Rh的1.4～1.9倍，為Pt-4Pd-3.5Rh的2.4～3.3倍。
3、本發(fā)明合金的耗鉑率低于現(xiàn)有合金。本發(fā)明合金的耗鉑率為0.044～0.05克鉑/噸酸，而Pt-10Rh為0.08～0.12克鉑/噸酸，Pt-4Pd-3.5Rh為0.061克鉑/噸酸。
因此，本發(fā)明的目的已完全達(dá)到。
實(shí)施例1～4將純度≥99.9%的各合金元素按照表1所示成分混合均勻，于熔煉爐中氬氣氛下熔鑄成合金。合金有良好加工性能，最后拉制成直徑0.09mm細(xì)絲，測定其高溫(900℃)力學(xué)性能。然后織成80目催化網(wǎng)，在常壓氨氧化反應(yīng)爐中工業(yè)試驗(yàn)一年，測定其氨氧化率、氧化揮發(fā)失重率(耗鉑率)和使用壽命。試驗(yàn)結(jié)果明表2所示。
權(quán)利要求
1.一種氨氧化催化劑用鉑基合金，其特征是所說的合金的成份(wt.%)為Pd5～15，Rh1.5～3.5，RE0.01～0.5(RE為從La到Lu的La系元素之任一種)，Pt余量。
2.如權(quán)利要求1的合金，其特征是所說的合金中的RE含量為0.01～0.3%。
3.如權(quán)利要求1和2的合金，其特征是所說的合金中Pd含量為8～12%。
4.如權(quán)利要求1和2的合金，其特征是所說的合金中的RE為Ce、La、Gd中之任一種元素。
5.如權(quán)利要求3的合金，其特征是所說的合金中的RE為Ce、La、Gd中選擇的一種。
全文摘要
一種氨氧化催化劑用鉑基合金，其成分(wt％)為Pd5～15，Rh1.5～3.5，RE0.01～0.5(RE為La系元素之任一種)，Pt余量。本發(fā)明合金在氨氧化率和使用壽命方面與現(xiàn)有技術(shù)Pt—10Rh或Pt—4Pd—3.5Rh合金相當(dāng)，但同現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)(1)鉑、銠用量低，因而生產(chǎn)成本低；(2)高溫強(qiáng)度(特別是高溫持久強(qiáng)度)顯著優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)；(3)耗鉑率低于現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明合金完全可以取代現(xiàn)有技術(shù)用作氨氧化催化劑材料。
文檔編號C22C5/04GK1071602SQ92104729
公開日1993年5月5日 申請日期1992年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月15日
發(fā)明者寧遠(yuǎn)濤, 王建國 申請人:中國有色金屬工業(yè)總公司昆明貴金屬研究所, 太原化肥廠