СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 1998 года по МПК C22B11/00 C22B3/24 

Изобретение относится к химии, в частности к переработке серебряных материалов, содержащих также медь, золото и металлы платиновой группы (МПГ). Подобные материалы, например сплав Доре, являются исходным сырьем аффинажа благородных металлов.

Заявляемый способ выделения платиновых металлов может быть использован в металлургических и химических производствах и позволяет выделять платиновые металлы в виде концентрата, а также получать серебро высокой степени чистоты.

По известным в мировой практике способам выделения платиновых металлов из азотнокислых растворов в процессе переработки серебросодержащих продуктов не достигают полного разделения платиновых металлов и серебра по ряду причин:
- концентрационное различие серебра и платиновых металлов порядка 100:1;
- близкие химические свойства этих металлов, особенно склонность к комплексообразованию;
- низкая избирательная способность используемых реагентов.

В некоторых способах для выделения платиновых металлов из растворов используют комплексообразователи, например, диметилглиоксим [1]. Для полного выделения палладия необходим избыток реагента: на каждые 10 мг палладия вводят 25 мл 1%-ного спиртового раствора диметилглиоксима (соотношение палладий:диметилглиоксим = 1:25).

Это позволяет вывести из азотнокислого раствора только палладий, платина осаждается примерно на 5%. Полное осаждение палладия достигают при избытке диметилглиоксима, но остаточное содержание последнего в растворе азотнокислого серебра не позволяет получать серебро известными способами, например электролизом.

Известен способ выделения палладия из серебряного электролита [2]. Способ очистки серебряного электролита включает пропускание серебросодержащих растворов после электролиза с концентрацией серебра 90 г/дм³; меди 1,4 г/дм³; палладия 0,16 г/дм³ через колонку, заполненную активированным углем с закрепленным на его поверхности хелатным соединением с аминной группой. В проходящем растворе содержание палладия снижается до <0,001 г/дм³. При элюировании растворами азотной и соляной кислот получают 4 фракции раствора. Самая богатая фракция содержит 6,2 г/дм³ палладия и до 0,01 г/дм³ серебра.

Недостатки способа:
1. Элюат содержит не более 6,28 г/дм³ палладия (по сумме концентраций в 4 фракциях).

2. Содержание серебра в элюате достигает 13,2 г/дм³.

3. 3-я фракция по содержанию серебра (0,22 г/дм³) и палладия (6,2 г/дм³) пригодна для получения чистого палладиевого продукта.

4. Неизвестна возможность сорбции активированным углем платины.

Ионит - активированный уголь с закрепленными на его поверхности хелатными соединениями с аминной группой не позволяет селективно выделить платиновые металлы из азотнокислых растворов, содержащих серебро и медь.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения соединений платиновых металлов [3]. В качестве исходного материала используют азотнокислые растворы электрохимического получения серебра с высокой концентрацией серебра и меди и незначительной концентрацией платиновых металлов.

Соединения платиновых металлов выделяют сорбцией на ионообменнике. В качестве ионообменника используют смолы с хелатообразующими веществами, содержащими остатки имидоуксусной кислоты в качестве активных центров. Способ включает пропускание азотнокислого раствора, содержащего 190 г/дм³ серебра, 35 г/дм³ меди и 1,3 г/дм³ платиновых металлов с pH 0,5-1,5 через ионообменную колонку, заполненную ионообменником. Платиновые металлы извлекают из слоя ионообменника промывкой 2-5%-ным раствором аммиака, содержащим 1-3 моль/дм³ азотнокислых или сернокислых солей щелочных металлов, или аммония.

По нашим экспериментальным данным способ имеет следующие недостатки: (табл. 1 и 2)
1. Сорбция на ионите, содержащем аминокарбоксильные группы, приводит к частичному сорбированию катионов меди и серебра. Максимальная емкость ионита составляет по серебру 4-5 г/дм³, по меди 10-15 г/дм³, заметное количество серебра и меди переходит в элюат (до 2,0-2,5 г/дм³). Коэффициент разделения 3,5•10³ не позволяет получать элюат, содержащий только платиновые металлы.

2. Имидоуксусные группировки в структуре ионита вызывают образование прочных хелатных комплексов с платиновыми металлами, которые затрудняют их последующую десорбцию. Прочные комплексы образуют имидоуксусные группировки также с медью и серебром.

3. Элюирующий агент - 5%-ный раствор аммиака с добавками 1-3 молей/дм³ солей щелочных металлов имеет высокий солевой фон ≈ 200-400 г/дм³.

4. Элюат, содержащий, кроме платины и палладия, также медь и серебро и солевой фон до 400 г/дм³, требует дополнительных операций выделения чистых платины и палладия.

Задачей настоящего изобретения является повышение степени разделения платиновых металлов от меди и серебра и получение концентрированного по платине и палладию элюата.

Это достигается тем, что серебросодержащий материал с примесями платиновых металлов растворяют в азотной кислоте концентрации 150-200 г/дм³ химически или электролитически. Из исходного азотнокислого раствора, содержащего серебро и металлы платиновой группы, сорбируют платиновые металлы анионитом на основе сополимеров винилпиридина и дивинилбензола, десорбцию металлов платиновой группы ведут раствором аммиака концентрации 3-8 моль/дм³ и выделяют из элюата платиновые металлы одним из известных способов: электролизом, осаждением индивидуальных комплексных солей, нерастворимых соединений.

Сопоставительный анализ известных технических решений и заявляемого изобретения позволяет сделать вывод, что заявляемое изобретение неизвестно из уровня техники и соответствует критерию "Новизна".

От прототипа заявляемый способ отличается тем, что сорбционное концентрирование платиновых металлов осуществляют на анионите на основе сополимеров винилпиридина и дивинилбензола, а элюирование платиновых металлов ведут раствором аммиака концентрации 3-8 моль/дм³. Рассчитанные на основе экспериментальных данных коэффициенты разделения платиновых металлов от меди и серебра подтверждают более высокую селективность анионита на основе сополимеров винилпиридина и дивинилбензола.

Данные сведены в табл. 1.

При одинаковой максимальной емкости по платиновым металлам обоих анионитов максимальная емкость анионита по прототипу по серебру - на порядок, а по меди - на 2 порядка выше, чем у анионита по заявляемому способу. Эта важная характеристика - высокая селективность анионита по заявляемому способу позволяет получать элюат, концентрированный по платиновым металлам и бедный по меди и серебру (см. табл. 2).

Из табл. 2 видно: извлечение в элюат платиновых металлов из анионита по заявляемому способу на 15,6% выше, чем по прототипу, содержание платиновых металлов в элюате почти в 2 раза выше, а концентрация серебра и меди в несколько десятков раз меньше в элюате по заявляемому способу.

Элюацию платиновых металлов из насыщенного анионита осуществляли растворами аммиака. Данные представлены в табл. 3.

При пропускании через анионит раствора аммиака концентрацией 2,5 моль/дм³ содержание в элюате платины и палладия достигает 4,29 и 35,0 г/дм³ соответственно. При повышении концентрации аммиака выше 8 моль/дм³ содержание платины и палладия возрастает до 4,5 и 38,2 г/дм³ соответственно. Дальнейшее повышение концентрации аммиака не приводит к существенному росту концентрации платиновых металлов в элюате.

Сущность заявляемого изобретения для специалиста, занимающегося технологией аффинажа благородных металлов их многокомпонентных исходных продуктов, не следует явным образом из известного уровня техники и отвечает критерию изобретательского уровня, так как заявляемый способ выделения платиновых металлов из серебросодержащих материалов позволяет повысить коэффициент разделения платиновых металлов от меди и серебра в 100 раз по сравнению с прототипом, повысить извлечение платиновых металлов в элюат на 15-18% и получить концентрат платиновых металлов.

Способ выделения платиновых металлов опробован в опытно-промышленном масштабе. Осуществление способа иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Исходный серебросодержащий материал растворяют в азотной кислоте концентрации 150-180 г/л. 200 дм³ полученного азотнокислого раствора, содержащего (г/дм³) серебра 123, палладия 0,256, платины 0,08, меди 5,75, свободной кислоты 5,8, пропускают через слой анионита на основе сополимеров винилпиридина и дивинилбензола ВП-IП. Состав раствора после сорбционной очистки, г/дм³: серебра 123,1, палладия 0,002, платины 0,005, меди 5,73. После насыщения анионита платиновыми металлами через слой анионита пропускают 1 дм³ раствора аммиака концентрации 3,0 моль/дм³. Состав элюата, г/дм³: платина 4,45, палладий 37,8, медь 0,01, серебро 0,07 (табл. 3), из которого обычными приемами выделяют платиновые металлы.

Пропускание азотнокислого раствора через слой анионита на основе сополимеров винилпиридина и дивинилбензола позволяет:
- глубоко очистить раствор от платиновых металлов для получения чистого серебра известными методами;
- получить концентрированный по платиновым металлам элюат, свободный от меди и серебра;
- из богатого элюата (сумма платиновых металлов >40 г/дм³) известными приемами легко выделить концентрат платиновых металлов.

Пример 2.

Выделение платиновых металлов осуществляют, как в примере 1, десорбцию платиновых металлов ведут 1 дм³ раствора аммиака концентрации 8 моль/дм³. Степень очистки раствора от платиновых металлов такая же, как в примере 1: палладия до 0,002 г/дм³, а платины до 0,005 г/дм³, коэффициент разделения платиновых металлов от серебра и меди приблизительно 10⁵. Элюат получается богатый по платине и палладию (по сумме металлов > 40 г/дм³), из него выделяют концентрат платиновых металлов обычными приемами.

Пример 3 (по прототипу).

Через 1 дм³ анионита, содержащего остатки имидоуксусной кислоты, пропускают 200 дм³ раствора, содержащего, г/дм³: серебра 123,0, палладия 0,256, платины 0,08, меди 5,75, свободной кислоты 9,8.

Состав раствора после сорбционной очистки, г/дм³: серебра 122,0, палладия 0,002, платины 0,005, меди 5,70. После насыщения анионита платиновыми металлами пропускают через слой анионита 1 дм³ элюент, состоящий из 5%-ного раствора аммиака и 1 моль/дм³ сернокислого натрия. При одинаковой степени очистки раствора от платины и палладия (2,83; 20,5 соответственно) серебро и медь соосаждаются на анионите. В элюате содержание меди и серебра 2,5 и 2,4 г/дм³ соответственно. Это в десятки раз выше, чем по заявляемому способу (Cu 0,01 г/дм³, Ag 0,07 г/дм³).

Сравнение экспериментальных данных двух анионитов показывает преимущества заявляемого способа по сравнению с прототипом:
- по степени разделения платины и палладия от меди и серебра;
- получен более концентрированный по платине и палладию элюат, свободный от меди и серебра.

По сравнению с прототипом заявляемый способ выделения платиновых металлов при переработке серебросодержащих материалов позволяет повысить степень разделения платиновых металлов от меди и серебра из азотнокислых растворов в 100 раз и получить в 2 раза более концентрированный элюат по платине и палладию, свободный от меди и серебра.

Положительные результаты испытания способа в опытно-промышленных условиях АООТ "Уралэлектромедь" позволяют считать заявляемый способ выделения платиновых металлов промышленно применимым.

Преимущества промышленного применения заявляемого способа: возможность получения высокочистого серебра из серебросодержащих растворов после их сорбционной очистки от платины и палладия на анионите на основе винилпиридина и дивинилбензола и получения чистых платины и палладия из концентрированного по платиновым металлам элюата, свободного от меди и серебра.

Изобретение может быть использовано в области химии, металлургии при производстве серебра высокой степени чистоты и платиновых металлов. Исходный серебросодержащий материал с примесями платиновых металлов растворяют в азотной кислоте концентрации 150 - 200 г/дм³ химически или электролитически. Сорбируют из него платиновые металлы анионитом на основе сополимеров винилпиридина и дивинилбензола. Десорбцию металлов платиновой группы ведут раствором аммиака концентрации 3 - 8 моль/дм³ и выделяют затем из элюата платиновые металлы одним из известных способов: электролизом, осаждением индивидуальных комплексных солей, выделением нерастворимых соединений. Повышается степень разделения платиновых металлов от меди и серебра в 100 раз, получают концентрированный элюат по платине и палладию, практически свободный от меди и серебра, а также высокочистое серебро из материалов, содержащих также платиновые металлы и медь. 3 табл.

Способ выделения платиновых металлов из серебросодержащих материалов, включающий растворение исходного материала в азотной кислоте, сорбционное концентрирование платиновых металлов на ионите, десорбцию их аммиаксодержащим раствором и последующее выделение из элюата концентрата платиновых металлов, отличающийся тем, что сорбцию ведут на анионите на основе сополимеров винилпиридина и дивинилбензола, а десорбцию - раствором аммиака концентрации 3 - 8 моль/дм³.