Способ переработки катализаторов, содержащих платиновые металлы и рений на носителях из оксида алюминия

Изобретение относится к металлургии благородных металлов (БМ) и может быть использовано в аффинажном производстве при переработке дезактивированных катализаторов, содержащих платиновые металлы и рений на носителях из оксида алюминия. Способ включает обжиг катализаторов, выщелачивание его в серной кислоте, добавление в полученную пульпу концентрата пыли электрофильтров (КПЭ) аффинажного производства в количестве 30-60 кг/м³ пульпы, очистку полученного раствора от платиновых металлов цементацией на алюминиевом порошке. После отделения фильтрацией сернокислого раствора от нерастворимого остатка (НО) проводят извлечение рения из раствора сорбцией и использование НО для извлечения платиновых металлов путем плавки. Техническим результатом изобретения является упрощение и значительное ускорение отделения сернокислого раствора от НО фильтрацией, снижение расхода фильтровальных материалов. Извлечение суммы платиновых металлов из исходных продуктов в целевой сплав составляет 95,47%. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к металлургии благородных металлов (БМ) и может быть использовано в технологии аффинажа металлов платиновой группы (МПГ).

Катализаторы, содержащие платиновые металлы на носителях из оксида алюминия, широко используются в нефтехимической, химической и ряде других областей промышленности. Содержание платины в различных марках катализаторов изменяется от 0,05 до 1,0%. В некоторых марках катализаторов наряду с платиной содержатся палладий, родий, рутений, а также рений, молибден или никель.

В процессе эксплуатации катализаторы постепенно теряют свою каталитическую активность и поступают в металлургическую промышленность на переработку с целью извлечения ценных компонентов.

Известно большое количество гидро- и пирометаллургических способов переработки дезактивированных катализаторов, содержащих платиновые металлы [М.А.Меретуков, А.М.Орлов. Металлургия благородных металлов (зарубежный опыт). - М.: Металлургия, 1990, с.341-343]. Однако использование данных способов для переработки катализаторов, содержащих наряду с платиновыми металлами еще и рений, встречает значительные технические трудности и сопряжено с большими потерями последнего.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ переработки катализаторов, содержащих платиновые металлы и рений на носителях из оксида алюминия, согласно которому отработанные катализаторы подвергают обжигу при температуре 500-600°С, обожженный продукт выщелачивают в серной кислоте. Из полученного раствора цементацией на алюминиевом порошке выделяют платину, отделяют очищенный сернокислый раствор от нерастворимого остатка, направляют сернокислый раствор на извлечение рения сорбцией на низкоосновном анионите, а нерастворимый остаток используют для извлечения платины [Букин В.И., Игумнов М.С., Сафонов В.В., Сафонов Вл.В. Переработка производственных отходов и вторичных сырьевых ресурсов, содержащих редкие, благородные и цветные металлы. - М.: Изд. Деловая столица, 2002. - 224 с. (с.157-159)]. Данный способ принят в качестве прототипа.

К недостаткам способа-прототипа следует отнести серьезные затруднения при отделении очищенного сернокислого раствора от нерастворимого остатка вследствие образования коллоидных осадков платины и оксида алюминия на стадии выщелачивания огарка катализаторов в серной кислоте. Разделение такой системы с необходимой полнотой на раствор и нерастворимый остаток либо требует специального дорогостоящего оборудования, либо - при использовании простой фильтрации - ведет к большому расходу фильтровальных материалов и затрат на их переработку вследствие чрезвычайно затрудненной и медленной фильтрации, необходимости разбавления растворов и промывки фильтров.

Предлагаемый способ направлен на получение технического результата, заключающегося в облегчении и ускорении операции отделения сернокислого раствора от нерастворимого остатка, снижении расхода фильтровальных материалов и затрат на их переработку. Достижение технического результата обеспечивается тем, что после выщелачивания обожженного катализатора в серной кислоте в полученную пульпу добавляют концентрат пыли электрофильтров аффинажного производства (в количестве 30-60 кг/м³ пульпы в расчете на сухую массу КПЭ), алюминиевым порошком цементируют полученную смесь, затем отделяют сернокислый раствор от нерастворимого остатка фильтрацией.

Концентрат пыли электрофильтров (КПЭ) аффинажного производства является промпродуктом, содержащим благородные металлы, и также нуждается в переработке. КПЭ неизбежно образуется в результате совокупного осуществления комплекса различных технологических операций, скапливается в пылегазовом тоннеле и системе газоочистки аффинажных заводов.

Характерной особенностью КПЭ является то, что его основа представлена большим числом различных химических элементов и их соединений, главным образом, хлоридами аммония и серебра, легколетучими халькогенидами неблагородных металлов, кремнеземом, сажистым углеродом. Данный промпродукт содержит от 0,5 до 3% МПГ (в сумме), от 3 до 10% серебра.

Известно, что переработка пылевозгонов может осуществляться пирометаллургическим путем - плавкой шихты, содержащей в качестве флюсов соду, буру, стекло и в некоторых случаях уголь, а в качестве коллектора благородных металлов применяют медь [Основы металлургии. Т.5. - М.: Металлургия, 1968, с.316].

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что при добавлении КПЭ к пульпе, образовавшейся в процессе выщелачивания огарка катализаторов в серной кислоте, изменяется агрегативная устойчивость всей коллоидной системы. Это, в свою очередь, вызывает такие изменения в природе коллоидных осадков, которые приводят к резкому повышению способности пространственного разделения системы на сернокислый раствор и нерастворимый остаток с помощью простой фильтрации, которую и проводят без каких-либо затруднений после цементационной очистки раствора от благородных металлов на алюминиевом порошке.

Достижение технического результата обеспечивается при величине добавки КПЭ аффинажного производства от 30 до 60 кг/м³ пульпы (в расчете на сухую массу КПЭ).

При добавлении менее 30 кг КПЭ на 1 м³ пульпы способность полученной системы к разделению на сернокислый раствор и нерастворимый остаток с помощью фильтрации снижается.

Добавление КПЭ в количестве более 60 кг/м³ пульпы также нецелесообразно, так как ведет к неоправданному возрастанию массы нерастворимого остатка и снижению эффективности использования фильтровального оборудования.

Очищенный цементацией алюминиевым порошком сернокислый раствор (как и в способе-прототипе) направляют на извлечение рения сорбцией на низкоосновном анионите, а нерастворимый остаток используют для извлечения платины.

Пример использования.

Взяли 50,0 г дезактивированного катализатора на носителе из оксида алюминия, содержащего 0,30% платины и 0,38% рения, и прокалили в электропечи в атмосфере воздуха при температуре 600°С в течение 1 ч. Обожженный продукт распульповали в 85 мл воды, добавили 85 мл серной кислоты (d=1,82 г/см³) и выдержали при перемешивании и температуре 135°С в течение 1 часа, после чего разбавили водой до объема 750 мл. В полученную пульпу при перемешивании и температуре 80-90°С добавили 55,0 г влажного концентрата пыли электрофильтров (КПЭ) аффинажного производства (W=42,8%).

Таким образом, расчетная сухая масса добавки КПЭ составила 31,5 г на 750 мл пульпы. КПЭ по данным анализа содержал (по сухой массе), мас.%: Pt - 0,53; Pd - 0,79; Rh - 0,03; Ir - 0,01; Ru - 0,04; МПГ (в сумме) - 1,40%; Ag - 5,8; Te - 7,2; Se - 6,5; Sn - 4,5; As - 2,6; Pb - 14, 5; Cu - 0,96; Sb - 2,9; Fe - 3,9%.

К полученной смеси добавили 0,75 г порошка алюминия. Процесс цементационной обработки полученной смеси проводили в течение 1 часа, после чего пульпу отфильтровали с помощью лабораторной вакуумной воронки и бумажного фильтра. Фильтрация протекала без каких-либо осложнений. Удельная скорость фильтрации составила 79,8 л/(м²·час), что в 8-10 раз выше, чем удельная скорость фильтрации при реализации способа-прототипа (в сопоставимых условиях).

Было получено 41,0 г влажного (W=32%) нерастворимого остатка и 750 мл сернокислого раствора, содержащего 228 мг/л рения, 0,4 мг/л платины, 0,5 мг/л палладия, 2,0 мг/л родия, 0,5 мг/л иридия, 4,0 мг/л рутения, 1,0 мг/л серебра. Таким образом, в раствор перешло около 90% рения из исходных катализаторов. Раствор направили на извлечение рения сорбцией на низкоосновном анионите.

Полученный нерастворимый остаток (НО) высушили в сушильном шкафу при температуре 110°С в течение 3 часов и использовали затем для извлечения из него платиновых металлов методом обогатительно-разделительной плавки.

К сухому НО (масса составила 27,9 г) добавили флюсы (14,0 г измельченного силикатно-натриевого стекла, 5,6 г кальцинированной соды, 5,6 г оксида кальция) и 2,8 г углеродистого восстановителя - коксика. Все компоненты шихты перемешали и загрузили в плавильный алундовый тигель. Тигель поместили в шахтную лабораторную электропечь и подвергли изотермической выдержке в течение 45 минут при температуре 1300°С. По окончании плавки тигель выгрузили из печи.

После охлаждения из тигля извлекли затвердевшие продукты плавки:

- 3,16 г целевого тяжелого сплава платиновых металлов и серебра при следующем содержании анализируемых элементов (по данным ICP), %: Pt - 9,88; Pd - 7,42; Rh - 0,23; Ir - 0,08; Ru - 0,25; МПГ (в сумме) - 17,86%; Ag - 34,51;

- 3,66 г штейноподобного легкого сплава, содержащего (по данным ICP), %: Pt - 0,03; Pd - 0,25; Rh - 0,01; Ir - 0,007; Ru - 0,04; МПГ (в сумме) - 0,337%; Ag - 18,6;

- 28,9 г силикатно-натриевого шлака, не содержащего (по данным спектрального анализа) металлов платиновой группы и серебра.

Таким образом, в целевой тяжелый сплав из исходных бедных продуктов - алюмоплатиновых катализаторов и КПЭ аффинажного производства, извлечено, %: Pt - 98,52; Pd - 94,14; Rh - 77,89; Ir - 77,42; Ru - 62,78. Извлечение суммы МПГ составило - 95,47%. Полученный целевой тяжелый сплав платиновых металлов легко измельчается в порошок и может быть переработан как концентрат аффинажного производства.

Штейноподобный легкий сплав может быть подвергнут доизвлечению благородных металлов с использованием известных методов.

Использование предлагаемого изобретения при переработке катализаторов, содержащих платиновые металлы и рений, позволяет упростить и значительно ускорить отделение сернокислого раствора от нерастворимого остатка фильтрацией, снизить расход фильтровальных материалов и затрат на переработку образующихся промпродуктов.

1. Способ переработки катализаторов, содержащих платиновые металлы и рений на носителях из оксида алюминия, включающий обжиг катализаторов, выщелачивание обожженного продукта в серной кислоте, цементацию платиновых металлов алюминиевым порошком, разделение полученной пульпы на сернокислый раствор и нерастворимый, остаток фильтрацией, извлечение рения из сернокислого раствора сорбцией на низкоосновном анионите, извлечение платиновых металлов из нерастворимого остатка, отличающийся тем, что после выщелачивания обожженного продукта в серной кислоте в образовавшуюся пульпу добавляют концентрат пыли электрофильтров аффинажного производства в количестве 30-60 кг/м³ пульпы и цементацию платиновых металлов алюминиевым порошком ведут из полученной смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что платиновые металлы из нерастворимого остатка извлекают методом обогатительно-разделительной плавки, для которой используют шихту следующего состава, %:

нерастворимый остаток сернокислотного выщелачивания	50-60
кальцинированная сода	10-15
оксид кальция	5-15
углеродистый восстановитель в виде коксика	3-7
силикатно-натриевое стекло	остальное