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三氯化銥水合物是銥Ir的ー種最常見的化合物，常作為合成其它銥化合物及制備含銥催化劑的初始原料。含銥化合物和催化劑廣泛應(yīng)用于石油化工和有機合成領(lǐng)域。例如，甲醇羰基化制醋酸和醋酐裝置都大量使用銥的化合物作為均相催化劑。此外，在加氫催化劑、聚合催化劑、有機合成等領(lǐng)域，三氯化銥水合物也是不可缺少的重要化工原料。
銥是ー種具有相當(dāng)延展性的銀白色貴重金屬，熔點2410±40°C。密度22.42克/立方厘米。熔點2410°C，沸點4130°C。面心立方晶體。通常，商品銥的形態(tài)是粉末狀，即銥粉。目前其國內(nèi)市場價格在10?30萬元/千克。
制備三氯化銥水合物以及其它銥化合物的關(guān)鍵步驟是將銥粉溶解在溶液中。然而，銥是鉬族金屬中化學(xué)性質(zhì)最穩(wěn)定最耐腐蝕的金屬之一，不能直接溶于鹽酸、硫酸、硝酸等各種常見酸溶液和沸騰的王水中。
三氯化銥水合物IrCl3 • 3H2O是暗緑色結(jié)晶，溶于水形成酸性暗緑色水溶液。根據(jù)朱文祥主編《無機化合物制備手冊》(化學(xué)出版社2006年，pp348-350)，現(xiàn)有技術(shù)制備三氯化銥水合物IrCl3 • 3H2O的方法是在氯化氫HCl氣流中加熱銥的氯氧化物Ir(OH)Cl2 • 3H2O。
三氯化銥IrCl3的制備`方法是將金屬銥粉置于瓷舟中，然后放入燃燒管。把燃燒管的一端拉細(xì)作為氣體導(dǎo)入端，而另一端則裝上上磨ロ的接頭。往管中通入不含氧O2、但含有少量一氧化碳CO的氯氣Cl2,并用噴燈火焰將燃燒管加熱至600左右，然后用太陽光直接照射，或用鎂條的強光照射。氯化過程大約15分鐘即告結(jié)束。用此方法制備的為無水IrCl3,不溶于水、堿和酸，可溶于王水。
此外，還可用堿金屬過氧化物或硝酸鉀與氫氧化鉀熔融，將銥共融氧化。共融氧化后的銥?zāi)苋苡谕跛?。或者，在紅熱狀態(tài)下，將氯氣Cl2通至混有氯化鉀KCl或氯化納NaCl的銥粉生成四氯化銥IrCl4，溶于王水后，通過反復(fù)沉淀、溶解的辦法去掉其他雜質(zhì)離子K+或Na+，結(jié)晶后得到較純的三氯化銥水合物IrCl3 • 3H2O。
上述各種溶解銥的方法步驟多，會引入K+或Na+雜質(zhì)離子，溶液中K+或Na+離子需要采用進一步反應(yīng)和結(jié)晶等方式除去。由于銥的價格昂貴，溶解過程必須要盡量減少銥的損失，而為了去除引入的其他離子，必將會増加制備步驟，加大銥的損失。另外，上述現(xiàn)有方法制備出的三氯化銥水合物純度較低。
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種三氯化銥水合物的制備方法，直接將銥粉原料溶解于鹽酸中，而不加入任何其他試劑，降低生產(chǎn)成本，產(chǎn)品結(jié)晶成易于攜帶、銥濃度穩(wěn)定、方便稱量和使用的三氯化銥水合物；并且當(dāng)采用高純度銥粉原料時，可以避免雜質(zhì)干擾，制成高純度的三氯化銥水合物。
為達到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
一種三氯化銥水合物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
第I歩，電溶解:在U形電解池Ⅰ中加入鹽酸溶液4和銥粉原料5 ；
所述U形電解池I由耐酸材料制成，U形電解池中設(shè)置有非金屬導(dǎo)電材料的電極2 ；
控制電解池中的鹽酸溫度在100?115°C，在所述電極兩端加載電壓為5?80伏、電流為2?50安培的交流電，進行恒壓電解，直至銥粉溶解生成氯銥酸水溶液；
所述鹽酸純度為優(yōu)級純，鹽酸的濃度為8?12mol/L ;鹽酸與銥粉的重量比為3:1 ?100:1 ;
所述恒壓電解的電解時間是I?15小時；
第2步，過濾:將所得的氯銥酸水溶液過濾，濾出未反應(yīng)的銥粉；
第3步，濃縮:將過濾后的氯銥酸水溶液進行蒸餾，蒸餾出過量的鹽酸和水，得到氯銥酸濃縮液；濃縮后氯銥酸水溶液的銥含量為1.0?3.5mol/L ；
第4步，結(jié)晶:將所得的氯銥酸濃縮液在恒溫結(jié)晶爐中90?125°C下進行結(jié)晶，結(jié)晶時間5?24小時，得到三氯化銥水合物IrCl3 • 3H2O。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，第I步中所述恒壓電解的電解時間是3?15小時
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述交流電的波形是正弦波、方波或三角波。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在用于制備高純度三氯化銥水合物時，所述銥粉原料的銥含量大于99%。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述U型電解池I的豎管Ib直徑:底部彎管Ia直徑=2.0?4.5 ;底部彎管直徑范圍為8?35mm ;豎管直徑為20?150mm ;兩根豎管中心相距100?250mm ;豎管和彎管緩慢過渡，過渡連接處長度15?30mm ;電解池容積為500?2000ml ；
所述U型電解池兩側(cè)分別有冷凝器接ロ lc，分別用于安裝一支空氣或水冷凝器，用于將揮發(fā)的鹽酸冷凝、回流至電解池，以減少HCl的蒸發(fā)損失；
所述U型電解池兩側(cè)所用冷凝器為簡單蒸餾裝置用的冷凝器，冷卻介質(zhì)為空氣或者溫度低于50°C的冷水。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，為了便于控制鹽酸溫度，所述的電解池置于控制溫度的循環(huán)冷卻水槽7中；通過控制冷卻水的溫度來控制電解池的溫度。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在第I步中，在石英玻璃制成的U形電解池中加入鹽酸溶液和銥粉原料，所述鹽酸純度為優(yōu)級純，鹽酸的濃度為10?12mol/L ;鹽酸與銥粉的重量比為5: I?80: I ;在所述的電極兩端加載交流電，電壓為20?70伏，電流為10?40安培，交流電的波形是民用正弦波；電解時間是3?8小時；控制電解池中的鹽酸溫度在110 ?115°C ；
所述石英玻璃制成的U型電解池豎管直徑:底部彎管直徑=2.5?3.5 ;底部彎管直徑范圍為15?25mm ;豎管直徑為30?80mm ;兩根豎管中心相距120?200mm ;豎管和彎管緩慢過渡，過渡連接處長度15?30mm ;電解池容積為600?1000ml ；用光譜純石墨制備石墨電極，電極為08?15mm,長度150?250mm圓柱體；
所述U型電解池中毎次加入不超過80克的銥粉，以保持U型電解池的底部通道不完全被銥粉堵塞，U型電解池底部彎管處銥粉堆積平面距離彎管頂部的鹽酸通道高度應(yīng)大于5min.
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在第2步中，濾出未反應(yīng)的銥粉，將未反應(yīng)的銥粉返回電解池；
在第3步濃縮后，將蒸餾出的鹽酸返回電解池；
所述的返回電解池的銥粉和鹽酸，與新加入的銥粉原料和鹽酸一起重新進行第Ⅰ步過程。