Способ извлечения металлов платиновой группы из вторичного сырья

Изобретение относится к области гидрометаллургии благородных металлов и может быть использовано для выщелачивания металлов платиновой группы из вторичного сырья, представленного керамической основой (подложкой) с нанесенной на ее поверхность пленкой металлов платиновой группы. Способ извлечения металлов платиновой группы включает кислотное выщелачивание материалов. При этом выщелачивание металлов платиновой группы осуществляют смесью соляной кислоты и гипохлоритов щелочных металлов при массовом отношении OCl^-/HCl=0,22-0,25 и окислительно-восстановительном потенциале, равном 1350-1420 мВ. Способ позволяет снизить температуру выщелачивания, себестоимость переработки, повысить извлечение металлов платиновой группы.

 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в производстве металлов платиновой группы.

Вторичное сырье, содержащее металлы платиновой группы, представляет собой материал, крайне неоднородный как по составу и содержанию благородных металлов, так и материалов основы.

Процесс изготовления толстопленочных резисторов, монолитных конденсаторов, гибридных интегральных микросхем и ряда аналогичных изделий электронной техники, а также катализаторов связан с нанесением на керамическую основу (подложку) пленок из металлов платиновой группы или резистивных паст на их основе.

Известен способ обработки катализаторов [1] при температуре 95-103° С смесью, содержащей соляную кислоту (4-7 моль/л), пероксид водорода (1-4 моль/л) и диметилформамид (0,5-3,0 моль/л).

Восстановление платины из растворов производят продуктами гидролитического расщепления диметилформамида при рН 3-4 и температуре 90-105° С. Раствор после отмывки основы направляется на восстановление платины; после восстановления платины диметилформамид регенерируют, а раствор после регенерации направляют на обработку катализатора.

Недостатки данного способа - многостадиальность и использование для осаждения платиновых металлов дорогостоящих реагентов.

Авторы следующего способа извлечения платины из платиносодержащих катализаторов с основой из окиси алюминия [2] предложили хлорировать катализатор в сухом виде путем продувки слоя материала хлором при температуре 300-500° С или в виде суспензии в растворе соляной кислоты при температуре кипения суспензированного раствора.

Недостатки данного способа связаны с экологической опасностью процесса хлорирования, обусловленного выделением токсичных газов и сбросных вод, высокой температурой реакции в случае хлорирования газообразным хлором, безвозвратной потери части основы, растворяющейся в концентрированной соляной кислоте в случае жидкофазного хлорирования. Для выделения платины из раствора необходимы многостадийные дополнительные операции.

Также известен способ [3] выделения платиноидов, в том числе платины, из подложки катализатора на основе оксидов кремния и алюминия, согласно которому подложку обрабатывают товарной серной кислотой при 60-100° С до полного разрушения подложки, полученную пульпу охлаждают, разбавляют водой и фильтруют, а осадок обрабатывают царской водкой состава - НNО₃:НСl:Н₂О=1:3:4 при 100° С для растворения платиноидов. Затем к раствору добавляют NaOH до обеспечения рН≈ 12, осаждают платиноиды боргидратом натрия и отделяют их от раствора. Степень извлечения платины составляет 84,2%.

Известный способ характеризуется недостаточно высокой степенью извлечения платиноидов и не может быть использован при выделении платины и иридия с поверхности огнеупорной керамики по причине полного разрушения подложки. Он является сложным в технологическом отношении и требует привлечения значительного числа реагентов (в том числе дорогостоящих), сложной системы очистки и вентиляции воздуха, поскольку невозможно контролировать выделение оксида азота.

В изобретении [4] катализаторные массы на основе Аl₂O₃ обрабатывают смесью соляной кислоты с концентрацией 20-35% и окислителя (перекись водорода, гипохлорит, галоген и т.п.) в соотношении 20:0,3-20:3. Затем промывают выщелоченную основу соляной кислотой концентрацией не менее 5%. Благородные металлы восстанавливают с помощью водорода или гидразина.

Известный способ является наиболее близким к предлагаемому по составу перерабатываемого сырья и поэтому выбран в качестве прототипа.

Недостатки изобретения связаны с использованием для растворения платиновых металлов концентрированной соляной кислоты и большого расхода окислителя, а для осаждения из растворов дорогостоящих реагентов, таких как газообразный Н₂, гидразин, борогидрид и т.п., с избытком восстанавливающих агентов и получением большого количества токсичных сбросных вод, требующих очистки.

Задачей, на решение которой было направлено заявляемое изобретение, является снижение расхода реагентов, уменьшение концентрации соляной кислоты и окислителя, снижение себестоимости переработки, повышение извлечения металлов платиновой группы и исключение избыточного выделения активного хлора.

Задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в устранении указанных недостатков за счет исключения из процесса растворения концентрированной НСl и избытка окислителя.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе переработки вторичного сырья осуществляют растворение металлов платиновой группы в концентрированной соляной кислоте и окислителя. Согласно изобретению растворение ведут раствором соляной кислоты с массовой концентрацией 120-180 г/л, а в качестве окислителя используют раствор гипохлоритов щелочных металлов, при массовом отношении гипохлорит/соляная кислота, равном 0,22-0,25, окислительно-восстановительном потенциале (ОВП), равном 1350-1420 мВ и температуре 70° С (243 К).

Сущность изобретения заключается в том, что при использовании раствора соляной кислоты и гипохлорита щелочных металлов протекают следующие реакции растворения платины и палладия, где в первую очередь происходит взаимодействие соляной кислоты и гипохлорита с образованием молекулярного хлора:

(ОСl)+2НСl→ 3Сl+Н₂O+Сl₂

Второй этап подразумевает взаимодействие молекулярного хлора в растворе с ценными компонентами, имеющими свободную поверхность:

Ме+2НСl+2Сl₂→Н₂МеСl₆

Me - металлы платиновой группы

Сопоставительный анализ предлагаемого способа с прототипом показывает наличие в нем существенных признаков, отличающих его от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию “Новизна”.

Анализ аналогичных технологических решений показал, что способ растворения благородных металлов (МПГ) в соляной кислоте в присутствии молекулярного хлора известен, однако он применяется для другого типа сырья и недостатком его является применение в основном газообразного хлора, вследствие чего повышается экологическая опасность процесса и сложность аппаратурного оформления.

Также известен способ растворения золота соляной кислотой и хлоратом натрия, однако при применении хлората натрия повышается стоимость переработки за счет высокой стоимости хлората натрия, тогда как в предлагаемом способе раствор гипохлорита щелочных металлов является отходами производства хлора.

Сопоставление предлагаемого решения с аналогичными не является очевидным из известного вида техники, т.е. соответствует критерию “Изобретательский уровень”.

Примеры осуществления предлагаемого способа.

1. Извлечение платины и палладия производили из концентрата керамических конденсаторов с содержанием, % платина - 1,3 и палладий - 3,8 при следующих условиях выщелачивания: Т:Ж=7:1, Т° С=70; концентрация, г/л НСl=120-180 и NaClO=30-40. После выщелачивания раствор отфильтровывали и направляли на стадию осаждения платины и палладия в виде солей гексахлорметаллатов. Извлечение составило для палладия 98,7% и 95,2% для платины и порядка 10% для подложки (ВаТiO₃).

2. При тех же условиях выщелачивания был опробован продукт, представляющий собой катализатор на основе оксида алюминия, содержащий 0,28% платины. Содержание ценного компонента в кеке гипохлоритного выщелачивания составило менее 0,01%, т.е. в пределах обнаружения, что позволяет говорить об извлечении свыше 96%. Переход оксида алюминия в раствор составил 7%.

Заявленный способ отличается от известных тем, что улучшается технологичность процесса, исключена многостадиальность процесса, а также использование токсичных и взрывоопасных реагентов. Применение отходов электрохимического производства (гипохлоритов щелочных металлов) ведет к существенной экономии средств и снижению себестоимости полученной конечной продукции.

Заявленный способ позволяет выделять платину и палладий в готовый продукт (гексахлорметаллаты) как совместно, так и в раздельном виде.

Источники информации

1. Способ извлечения платины из отработанных катализаторов: Пат. 2103395 RU.

2. SU, авторское свидетельство, 139837, кл. С 22 В 1/08, 1961.

3. JP, заявка, №60-261233, кл. С 22 В 3/00, 1984.

4. JP, заявка, №57-169027, кл. С 22 В 11/04.

5. Металлургия благородных металлов (зарубежный опыт). Меретуков М.А., Орлов А.М. - М.: Металлургия, 1990, 416 с.

Способ извлечения металлов платиновой группы из вторичного сырья, включающий выщелачивание смесью соляной кислоты и гипохлоритов щелочных металлов с растворением платины и палладия, отличающийся тем, что выщелачивание ведут при концентрации соляной кислоты 120-180 г/л, массовом соотношении ОСl^-/НСl=0,22-0,25, температуре 70°С и окислительно-восстановительном потенциале 1350-1420 мВ.