Способ разделения оксида алюминия и платиновых металлов

 

Использование: область комплексной переработки вторичного сырья, содержащего платиновые металлы и оксид алюминия. Сущность изобретения: измельчение крупнодисперсных частиц отработанного катализатора, смешение измельченного продукта в присутствии твердых углеродсодержащих добавок с концентрированной серной кислотой, взятой в стехиометрическом или большем количестве, термическая обработка полученной суспензии, водное выщелачивание продукта термообработки, введение флокулянта в раствор выщелачивания, отстаивание и разделение жидкой фазы, являющейся раствором сульфата алюминия, и твердой фазы, коллектирующей платиновые металлы. Технический результат: экономическая эффективность при одновременной высокоэкологичности процесса. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к комплексной переработке вторичного сырья, содержащего платиновые металлы и оксид алюминия. Характерными представителями такого рода сырья являются отработанные катализаторы на алюмооксидной основе, содержащие платиновые металлы, побочные продукты их производства и тому подобное сырье.

Известен способ извлечения палладия из палладиевых катализаторов на носителе из оксида алюминия, согласно которому катализатор обрабатывают 40-95% -ной серной кислотой при 150^oС в присутствии 1-20%-сульфида натрия при атмосферном или повышенном давлении и расходе серной кислоты от стехиометрического до четырехкратного по отношению к основе катализатора. Присутствие сульфида натрия предотвращает переход палладия в раствор водного выщелачивания остатка сернокислотной обработки и обеспечивает извлечение палладия в твердую фазу более чем на 99% от исходного.

Недостатком способа является необходимость использования сульфида натрия в сильнокислых средах, что приводит к его количественному разложению по обменной реакции с серной кислотой и выделению в качестве продукта разложения значительных объемов токсичного сероводорода.

Известен способ извлечения металлов платиновой группы из отработанных катализаторов, согласно которому катализаторы обрабатывают серной кислотой с концентрацией более 90% при температуре 60-100^oС для растворения носителя. Полученную в результате обработки суспензию разбавляют водой и фильтруют. Осадок (твердая фаза) представляет собой первичный концентрат платиновых металлов, который подвергают дальнейшей обогатительной обработке.

Недостатком способа является неизбежный переход части платиновых металлов в раствор, уменьшающий их выход в целевую продукцию первичный концентрат платиновых металлов.

Известен способ извлечения платины из отработанного катализатора, согласно которому платиносодержащий катализатор выщелачивают 25-90%-ной серной кислотой при температуре 140-180^oС в течение 1-6 ч для растворения носителя с последующим водным выщелачиванием продукта обработки. При этом наблюдается переход платины в раствор. Часть ее осаждают солями гидразина, присоединяя к осадку, содержащему платину. Остаток выделяют из раствора экстракцией триалкилфосфатами.

Недостатком способа, является необходимость выполнения дополнительных операций по доизвлечению платины, перешедшей в раствор: доосаждение платины солями гидразина в платиносодержащий осадок; экстракционное доизвлечение остаточной платины из раствора с последующим ее многооперационным переводом в целевую (товарную) продукцию.

Наиболее близким по технической сути к достигаемому результату является способ извлечения платины из катализаторов на основе оксида алюминия, согласно которому катализатор обрабатывают 40-90%-ной серной кислотой, взятой с 2-4-кратным избытком при температуре 60-100^oС в присутствии низших насыщенных моно- или дикарбоновых кислот или их солей, взятых в количестве 20-250% от массы катализатора. Осадок, полученный при последующем водном выщелачивании продукта обработки, коллектирует платину в количестве 99.8% от исходного содержания ее в катализаторе.

Недостатком способа является: использование больших избытков серной кислоты (более двух стехиометрических количеств); применение больших избытков углеродсодержащих добавок в виде легколетучих низших моно-, дикарбоновых кислот и их солей, которые количественно улетучиваются из сернокислой суспензии катализатора и вследствие этого неэффективно используются; значительные технологические трудности возможного получения товарной алюминийсодержащей продукции; низкая экологичность способа.

Целью изобретения является разработка высокоэффективного комплексного способа переработки сырья, содержащего оксид алюминия и платиновые металлы.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении способа, является высокое извлечение полезных компонентов и получение двух видов товарной продукции, а также экологичность разработанного процесса.

Это достигается в высокоэкологичном и экономически эффективном способе разделения оксида алюминия и платиновых металлов с целью получения двух промышленных продуктов, что осуществляется путем измельчения крупнодисперсных частиц, смешения измельченного продукта с концентрированной серной кислотой, взятой в стехиометрическом или большем количестве, термической обработки полученной суспензии в присутствии углеродсодержащих добавок, водного выщелачивания продукта термообработки, введения флокулянта в раствор выщелачивания, отстаивания и разделения жидкой фазы, являющейся раствором сульфата алюминия, и твердой фазы, коллектирующей платиновые металлы.

Способ осуществляется следующим образом.

Навески катализаторов на алюмооксидной основе, содержащих платину или палладий, измельчали до различной крупности, смешивали с различными количествами концентрированной серной кислоты (от 96,5% до 157% стехиометрического количества), добавляя либо не добавляя к смешиваемым компонентам мололетучие углеродсодержащие добавки. В качестве добавок были, в частности, использованы: сажа, древесный уголь, полиэтилен и другие природные углеродсодержащие материалы.

Полученную суспензию подвергали термообработке при температуре, превышающей 180^oС, до прекращения выделения аэрозоля водного раствора серной кислоты. Полученный продукт выщелачивали в воде, отстаивали в присутствии флокулянта и фильтровали.

Фильтрат представлял собой слабосернокислый раствор сульфата алюминия, представляющий собой после несложной доводки известными способами товарную алюминийсодержащую продукцию.

Твердая фаза (осадок) является первичным концентратом платиновых металлов, который можно подвергнуть повторной обработке для получения более богатого концентрата. Максимальная степень обогащения концентрата по платиновому металлу может приближаться к 50 (экспериментальные совокупные данные двух последовательных опытов пп. 10, 11 в таблице).

При проведении опытов, приведенных в качестве примеров (см. таблицу), были использованы следующие типы катализаторов: АП-64 (фазовый состав: гамма-Аl₂O₃ 55± 5% альфа-Аl₂О₃ 15± 5% Fe₂O₃ 30± 5% МА-15 (данных о рентгенофазовом составе нет), КР-108 (фазовый состав Аl(OH)₃ 15± 5% гамма-Аl₂O₃ 65± 5% альфа-Аl₂О₃ 20± 5% АП-56 (основа - гидратированный оксид алюминия).

Пример 1. Навеску измельченного катализатора АП-64 массой 50,0 г (фракция 250-70 мкм) зашихтовали сначала с 1,0 г древесного угля (фракция 125 мкм), затем смешали шихту со 167 г 95%-ной серной кислоты. Полученную сернокислую суспензию подвергли термообработке при температуре 350^oС до прекращения выделения аэрозоля водного раствора серной кислоты. Продукт термообработки выщелочили в 1,25 л горячей воды. После выщелачивания добавили 2 мл водного раствора полиакриламида и провели отстаивание раствора выщелачивания в течение 12 ч. Отделили осветленный раствор, являющийся водным раствором сульфата алюминия, отфильтровали сгущенную часть и промыли водой осадок, представляющий собой концентрат платины.

Выход сухого осадка составил 4,76 г.

Содержание платины в водном растворе сульфата алюминия менее 0,5 м/л, что соответствует ее извлечению в раствор менее 0,2% и, соответственно, в осадок более чем на 99,8% Пример 2. Навеску измельченного катализатора АП-56 массой 5,0 кг (фракция 300 мкм) зашихтовали с 100 г пшеничной муки, а затем смешали с 16,3 кг 95%-ной серной кислоты.

Полученную суспензию подвергли термообработке в температурном интервале 180 (начало обработки) 240^oС (конец обработки) до прекращения выделения аэрозоля водного раствора серной кислоты.

Продукт термообработки выщелочили в 100 л горячей воды. После выщелачивания добавили 200 мл водного раствора полиакриламида и провели отстаивание в течение 18 ч. Отделили осветленный раствор, являющийся водным раствором сульфата алюминия, отфильтровали сгущенную часть и промыли водой осадок, представляющий собой концентрат платины.

Выход сухого осадка составил 327 г.

Содержание платины в водном растворе сульфата алюминия 0,6 м/л, что соответствует ее извлечению в раствор на 0,4% и, соответственно, в осадок на 99,6% Результаты части лабораторных опытов, а также полупромышленной переработки объемом 130 кг представлены в таблице. Приводимые данные свидетельствуют о наличии существенных отличий и преимуществах заявляемого способа по отношению как к аналогам, так и к прототипу в части эффективности разделения оксида алюминия и платиновых металлов (пример по прототипу п.7 в таблице).

Формула изобретения

1. Способ разделения оксида алюминия и платиновых металлов, содержащихся в отработанных катализаторах, включающий измельчение сырья, смешение в присутствии добавок с концентрированной серной кислотой, взятой в стехиометрическом или большем количестве с образованием суспензии, термическую обработку суспензии, водное выщелачивание продукта термообработки, введение флокулянта в раствор выщелачивания, отстаивание и разделение жидкой фазы раствора сульфата алюминия и твердой фазы, коллектирующей платиновые металлы, отличающийся тем, что при смешении с серной кислотой в качестве добавок используют малолетучие твердые углеродсодержание добавки в количестве 1 6% от массы оксида алюминия и термическую обработку суспензии проводят при температуре, превышающей 180^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку сернокислой суспензии проводят до прекращения выделения аэрозоля водного раствора серной кислоты.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что твердую фазу, коллектирующую платиновые металлы, подвергают повторной обработке.

РИСУНКИ

Рисунок 1