СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ОСМИЯ Российский патент 1998 года по МПК C22B3/24 C22B11/00 

Изобретение относится к металлургии цветных, редких и рассеянных элементов и может быть использовано в практике аффинажа платиновых металлов.

Известен способ выделения осмия [1], включающий окисление до тетраоксида, дистилляцию и поглощение последнего раствором едкого натра, фильтрацию полученного раствора дигидроксоосмата натрия, восстановление гипосульфитом натрия до осмата, осаждение хлоридом аммония соли Фреми (осмилтетрамминдихлорида).

Способ обладает рядом существенных недостатков, среди которых:
- длительность выделения, обусловленная многооперационностью вследствие необходимости предварительного переведения осмия в высшую степень окисления,
- низкая степень извлечения (80 - 92%), обусловленная распределением осмия между маточными растворами и целевыми промпродуктами.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ, основанный на сорбции осмия из солянокислых растворов при помощи полиакрилонитрилдиметилметакрилата волокнистой структуры и диметиламина [2] . Способ включает стадии подготовки раствора к сорбции - введение соляной кислоты до ее концентрации 0,1 моль/л - и собственно сорбции, осуществляемой в течение 15-30 мин при температуре 20 - 80^oC.

К недостаткам способа следует отнести невысокую степень извлечения осмия - до 70%, возможность осуществления процесса только в среде 0,1 М HCl и только в исходной форме OsCl2-6

. Изменение кислотности растворов перед сорбцией, степени окисления осмия или выбор в качестве исходной формы любого другого соединения осмия (IV), кроме гексахлоросмата, неизбежно приводит к снижению степени извлечения и сорбционной емкости сорбента, появлению черного окрашивания раствора и сорбента, обусловленного появлением гидролизованных форм осмия.

Данный способ выбран в качестве прототипа.

Задачей изобретения является повышение степени извлечения микроколичеств осмия и унификация процесса сорбции.

Задача достигается тем, что в исследуемый раствор, содержащий осмий в степенях окисления +8, +6, +4, +3 либо при одновременном присутствии нескольких его форм в водном растворе (до pH 8), среде HCl с концентрацией 0,1 - 6 моль/л или H₂SO₄ с концентрацией 0,1-4 моль/л, вводят сорбент - кремнезем, химически модифицированный комплексообразующими или анионообменными группами и в статических условиях при механическом перемешивании раствора проводят сорбцию в течение 10-15 мин.

Сущность способа заключается в том, что находящийся в растворе осмий количественно извлекается сорбентом - кремнеземом, химически модифицированным, например, производным тиомочевины с образованием на поверхности сорбента смешанных координационных соединений осмия (III, IV). При этом форма нахождения осмия в исходном растворе, степень его окисления, природа кислоты и pH среды до величины pH 8 не влияют существенно на степень извлечения осмия, так как стадии комплексообразования на поверхности предшествует стадия восстановления осмия до смешанной степени окисления. Образование тиомочевинных комплексов осмия оказывается предпочтительнее с термодинамической и кинетической точки зрения, чем существование смешаннолигандных гидролизованных форм осмия или его гидратированного диоксида. Процесс сорбции соединений осмия при помощи модифицированных кремнеземов протекает быстро (в течение 10-15 мин) и количественно, что позволяет сконцентрировать и полностью извлечь осмий даже из очень разбавленных растворов.

Диапазон содержания HCl (0,1 - 6 моль/л) и H₂SO₄ (0,1 - 4 моль/л), а также кислотность раствора (pH<8) и время сорбции подобраны экспериментально с учетом в качестве критерия максимальной степени извлечения осмия. Увеличение содержания кислоты выше указанных пределов приводит к некоторому снижению степени извлечения осмия, что, по-видимому, связано с протонированием сорбента. Повышение pH среды выше 8 ведет к разрушению сорбента, а также к появлению коллоидных растворов диоксида осмия. Время сорбции менее 10 мин недостаточно для полного извлечения осмия.

Для лучшего восприятия способа предлагаются следующие примеры.

Пример 1 (прототип). К 100 мл солянокислого раствора осмия, содержащего 0,012 мг/мл осмия в виде OsCl2-6

и 2 моль/л HCl, добавляют сорбент - полиакрилонитрилдиметилметакрилат волокнистой структуры. Сорбцию осуществляют в лабораторном реакторе с мешалкой в течение 30 мин.

Степень извлечения осмия рассчитывают, определяя остаточную концентрацию осмия кинетическим методом. В данном примере степень извлечения составила 53%, что обусловлено высокой кислотностью раствора. При использовании в качестве исходной формы тетраоксида осмия степень извлечения снижается до 47%.

Пример 2 (предлагаемый способ). В лабораторный реактор с мешалкой помещают 100 мл раствора осмия (IV) с концентрацией 0,010 мг/мл. В реактор вводят 1 г сорбента - кремнезема, химически модифицированного производными тиомочевины - аллилтиомочевиной. Сорбцию проводят в течение 15 мин. Степень извлечения осмия, рассчитанная, как указано в примере 1, составляет 100%.

Данные о результатах извлечения осмия при других значениях кислотности среды, природы кислоты, времени и формы существования осмия приведены в таблице.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый способ позволяет эффективнее, со степенью извлечения 100% против 45 - 60% для прототипа извлекать микроколичества осмия за 10 - 15 мин вне зависимости от формы существования осмия в растворе и степени его окисления.

Способ может быть использован для извлечения осмия из сбросных вод переделов аффинажного производства. Способ извлечения осмия из растворов основан на его сорбции силикагелем, модифицированным комплексообразующими или анионообменными группами с образованием на поверхности координационных соединенений. За 10-15 мин извлекают микроколичества осмия вне зависимости от природы кислоты, степени окисления и формы существования осмия в растворе. Техническим результатом изобретения является повышение степени извлечения микроколичеств осмия и унификация процесса сорбции. 1 табл.

Способ извлечения осмия из растворов, включающий его сорбцию, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют силикагель, модифицированный комсплексообразующими или анионообменными группами, и сорбцию проводят рН < 8 в среде HCl с концентрацией 0,1 - 6 моль/л, или H₂SO₄ с концентрацией 0,1 - 4 моль/л, или в водном растворе соединений осмия независимо от степени его окисления и формы существования в течение 10 - 15 мин.