Способ извлечения платины и рения из отработанных платинорениевых катализаторов

 

Изобретение относится к области переработки отработанных платинорениевых катализаторов на Al₂O₃-основе. Сущность изобретения: платинорениевый катализатор спекают с щелочью NaOH в восстановительной среде, которая создается углеродсодержащим агентом, например активированным углем. Температура спекания 900-950^oC. Затем спек растворяют в разбавленной серной кислоте при повышенной температуре в течение 1,5-2 ч. Платина и рений концентрируются в шламе, который отделяют от раствора, полученного при растворении спека. Способ обеспечивает практически полное совместное выделение платины и рения из отработанного платинорениевого катализатора. Изобретение может быть использовано для приготовления из извлеченных металлов пропиточных растворов в производстве катализаторов и позволит исключить многостадийные операции раздельного выделения платины и рения и их очистки. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области переработки отработанных платинорениевых катализаторов и может быть использовано для утилизации платины и рения путем возврата их в производство новых партий катализаторов.

Известно, что одним из основных способов переработки Pt-содержащих катализаторов является щелочное выщелачивание с предварительным обжигом или без него. В этом способе [1] платиновый катализатор на основе Al₂O₃ подвергают плавлению с избытком гидроксида натрия. Образующийся расплав выщелачивают водой, при этом основа катализатора растворяется, а платина концентрируется в шламе, из которого ее выделяют. Этот способ применим к платинорениевым катализаторам, при этом рений будет переходить в раствор в виде перрената натрия совместно с основой катализатора, т.е. будет осуществлено раздельное извлечение платины и рения с отработанного катализатора.

Известен также способ извлечения рения из платинорениевого катализатора обработкой едким натром (можно в жестких условиях концентрированным раствором при повышенной температуре в автоклаве) [2] Платина остается в осадке, а перренат сорбируют из раствора на макропористом анионите. Способ обеспечивает раздельное извлечение рения и платины из отработанного катализатора, что не всегда целесообразно.

Наиболее близким к предлагаемому является способ [3] который заключается в обработке отработанного платинорениевого катализатора на носителе Al₂O₃, сначала нагреванием в токе воздуха, что способствует окислению рения и более полному переводу его в раствор при последующем выщелачивании, а затем обрабатывают при перемешивании серной кислотой. В образующийся раствор Al₂(SO₄)₃ переходит рений из катализатора, а платина остается в шламе. Из растворов Re извлекается с помощью сильноосновного анионита. Способ обеспечивает извлечение > 92% Re.

Эти способы кислотного и щелочного выщелачивания, описанные в литературе, всегда обеспечивают раздельное выделение платины и рения, при этом платина концентрируется в шламе, а рений переходит в раствор, затем следуют многостадийные операции извлечения этих металлов, их очистки, которые, как правило, сопровождаются большими потерями этих дорогостоящих металлов. В то же время, на практике в некоторых случаях нет необходимости раздельного выделения платины и рения из отработанного катализатора, например, для совместного их использования при приготовлении пропиточных растворов в производстве платинорениевых катализаторов.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа, в котором платина и рений извлекаются совместно и при этом концентрируются в небольших объемах твердой фазы значительно меньших по сравнению с объемами исходного отработанного катализатора. Последующее совместное извлечение платины и рения из концентрата потребует значительно меньших объемов растворов и приведет к сокращению числа операций по их выделению и очистке, по сравнению с существующими способами кислотного и щелочного выщелачивания.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе извлечения платины и рения из отработанного катализатора, основанном на нагреве катализатора и последующем выщелачивании раствором серной кислоты, перед выщелачиванием катализатор нагревают с щелочью NaOH до спекания в восстановительной среде. При этом катализатор и щелочь берут в соотношении 1:1,2-1,4. В качестве агента для создания восстановительной среды берется углеродсодержащий материал, например, активированный уголь, низковольтный каменный уголь, древесные опилки в количестве, достаточном для предотвращения окисления рения во время процесса спекания катализатора с щелочью. Спекание проводится при нагревании до температуры 900-950^oC.

Последующее выщелачивание спека проводят разбавленными растворами серной кислоты. Кислотное выщелачивание выбрано, чтобы предотвратить окисление Re на стадии растворения спека, так как рений окисляется в щелочной среде (ϕ (ReO₄/Re) -0,58 мВ) значительно сильнее, чем в кислой (v (ReO₄/Re) 0,37 мВ). Выщелачивание серной кислотой проводят при температуре 80-90^oC в течение 1,5-2 ч. В результате основа катализатора Al₂O₃ переходит при спекании в алюминат натрия, который затем растворяется в серной кислоте, а платина и рений концентрируются в шламе. При этом в шламе концентрируется практически вся платина и 99,0-99,1% Re. Масса шлама составляет 2,0-2,2% от исходной массы катализатора. Заявляемый способ позволяет извлекать платину и рений совместно. Этот способ может быть развит в двух направлениях. Во-первых, это может быть получение чистых Pt и Re по существующим способам переработки Pt-содержащих шламов с утилизацией Re. Или же получение платинорениевых растворов, которые могут быть использованы в качестве пропиточных при получении новых партий катализаторов, что приведет к созданию замкнутого цикла: производство катализаторов использование - переработка отработанных катализаторов производство катализаторов, и исключит многостадийные операции выделения Pt и Re и их очистки, для получения в виде товарного продукта.

Пример 1. Катализатор КР-104 массой 1 г измельчают до размеров 0,25 мм, тщательно смешивают с щелочью NaOH и активированным углем в соотношении катализатор NaOH активированный уголь 1:1,4:0,5, помещают в фарфоровый тигель, закрывают тигель крышкой для предотвращения попадания кислорода в зону спекания, помещают в муфельную печь и нагревают до температуры 950^oC. Нагрев ведется постепенно в течение 20-30 мин. По достижении температуры 950^oC муфельную печь отключают и тигли охлаждаются. После охлаждения спека его измельчают и растворяют серной кислотой концентрации 50 г/л, взятой в достаточном количестве для растворения спека. Растворение проводят при температуре 90^oC в течение 1,5 ч при добавлении 0,2 г порошкообразного алюминия для цементации платины. При растворении спека алюминат натрия переходит в раствор, а платина и рений концентрируются в шламе. Шлам от раствора отделяют фильтрованием. Анализы на содержание платины выполнялись атомно-абсорбционным методом, а на содержание рения спектрофотометрически в присутствии тиомочевины. Платина практически полностью концентрируется в шламе, в растворе платина отсутствует. А рений концентрируется в шламе на 99,0-99,1% степень растворения катализатора составляет 98% Пример 2. Условия проведения спекания те же, за исключением того, что вместо активированного угля в зону спекания помещались древесные опилки в том же соотношении, что и в примере 1. Все последующие операции выполнялись без изменения.

Результаты опыта: платина концентрируется в шлам полностью, рений на 99,0-99,1% Степень растворения катализатора составляет 97,8-98,0% Пример 3. Условия проведения спекания с щелочью те же, за исключением того, что не вводился в зону спекания углеродсодержащий агент, создающий восстановительную среду. После спекания выщелачивание спека проводилось серной кислотой концентрацией 50 г/л при комнатной температуре в течение 1 ч.

Результаты опыта: степень извлечения рения в раствор 24-25% т.е. в шламе концентрируется 75-76% Re, степень растворения основы катализатора 81-84% т. е. мы видим из сравнения примеров 1 и 3, что восстановительная среда значительно препятствует окислению рения и переходу его в раствор на стадии кислотного выщелачивания, а повышение температуры выщелачивания способствует более полному растворению спека.

Источники, принятые во внимание: 1. Ситтич М. Извлечение металлов и неорганических соединений из отходов: Справочник, М. Металлургия, 1985, с. 408.

2. ГДР, патент, 143363, 1980.

3. CPP, патент, 87632, кл. C 01 G 47/00.

Формула изобретения

1. Способ извлечения платины и рения из отработанных платинорениевых катализаторов, основанный на нагреве катализатора и последующем выщелачивании раствором серной кислоты, отличающийся тем, что перед выщелачиванием катализатор предварительно нагревают до спекания с щелочью NaOH в восстановительной среде.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что катализатор и щелочь берут в соотношении 1 1,2 1,4 по массе.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что восстановительную среду создают введением в зону спекания углеродсодержащего агента в количестве, достаточном для предотвращения окисления рения.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что спекание проводят при нагревании до 900 950^oС.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что выщелачивание проводят разбавленными растворами серной кислоты при повышенной температуре 80 - 90^oС в течение 1,5 2,0 ч.