СПОСОБ ПОПУТНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ОСМИЯ ИЗ ХРОМИТОВ ХИМИЧЕСКОГО ТИПА Российский патент 2000 года по МПК C22B11/00 C22B1/02 C22B3/00 C22B7/02 

Изобретение относится к металлургии редких металлов и может быть использовано при попутном извлечении осмия на предприятиях химической промышленности при переработке хромитов химического типа на монохромат по технологии спекания.

В настоящее время осмий при переработке хромитов химического типа не извлекается; хромиты рассматриваются исключительно как монометальное сырье для производства хрома и его соединений. В то же время, содержание осмия в хромитовых рудах в 3-5 раз превышает его содержание в промышленных минерально-сырьевых источниках платиновых металлов, что определяет необходимость изыскания эффективных способов его попутного извлечения (Грейвер Т.Н. Предупреждение техногенного рассеяния редких и платиновых металлов. Цветные металлы. 1994, N 2, С. 12-14).

Наличие в технологии производства монохромата операции окислительного обжига при 1200^oC приводит к переходу содержащегося в хромите осмия в форме летучего тетраоксида в газовую фазу и, соответственно, к безвозвратному техногенному рассеянию осмия с неутилизируемыми газами (Грейвер Т.Н., Андреев Ю. В., Петров Г.В. О поведении платиновых металлов при спекании хромитов. XV Черняевское совещание по химии, анализу и технологии платиновых металлов. Тезисы докладов, М., 1993).

Существующие способы извлечения осмия, ориентированные на традиционные виды руд - сульфидные медно-никелевые, молибденитовые и др., основаны на сочетании операций высокотемпературного обжига осмийсодержащего сырья, улавливания тетраоксида осмия поглотительными растворами из газовой фазы и последующего выделения осмия из раствора приемами сорбции, осаждения сульфидов или др. (Гинзбург С. И., Езерская Н.А., Прокофьева И.В. и др. // Аналитическая химия платиновых металлов. Сер. Аналитическая химия элементов. М. 1972).

Например, при улавливании тетраоксида осмия из сернистых конвертерных газов медно-никелевого производства используется промывная кислота с концентрацией H₂SO₄ 100-200 г/л (Синицын Н.М., Кунаев А.М., Пономарева Е.И. и др. // Металлургия осмия. Алма-Ата: Наука, 1981. С.109.). Применить такой способ улавливания при переработке хромитов невозможно ввиду отсутствия в обжиговых газах заметного количества серы и, соответственно, сложности получения необходимой концентрации промывной серной кислоты, а также высокого содержания в обжиговых газах углекислого газа, что будет препятствовать эффективному улавливанию осмия кислыми растворами.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения может быть выбран известный в аналитической и производственной практике способ извлечения осмия, включающий улавливание тетраоксида осмия из газовой фазы щелочными растворами. Процесс улавливания реализуется при концентрации щелочи 100-200 г/л (Синицын Н. М. , Кунаев А.М., Пономарева Е.И. и др. // Металлургия осмия. Алма-Ата: Наука, 1981. С. 154, 159).

Недостатками данного способа извлечения осмия применительно к переработке хромитов химического типа являются:
1. Низкое извлечение осмия в щелочной раствор, обусловленное образованием анионных комплексов осмия, склонных к повышенной сорбции твердой фазой, которая образуется в поглотительном растворе за счет улавливания обжиговой пыли, состоящей из минеральных фаз огарка хромита и обладающей высокими сорбционными способностями.

2. Получение растворов с низкой концентрацией осмия, что создает трудности при его последующем концентрировании из раствора известными приемами.

3. Значительные потери осмия за счет его рассеяния по технологическим продуктам: пылям, растворам и кекам, отсутствие его концентрирования в одном продукте и, соответственно, сложность создания попутного производства осмия.

4. Повышенная вредность и опасность концентрированных щелочных поглотительных растворов.

Задачей изобретения является создание способа попутного извлечения осмия, позволяющего повысить извлечение осмия из газовой фазы в поглотительный раствор, снизить щелочность раствора, ликвидировать безвозвратное техногенное рассеяние осмия с технологическими продуктами, создать попутное производство осмия при переработке хромитов химического типа, увеличить объем выпуска осмия за счет освоения нового вида осмийсодержащего сырья, повысить экологобезопасность и снизить вредность химического производства.

Задача достигается применением способа попутного извлечения осмия из хромитов химического типа путем их обжига с последующим улавливанием образующегося при этом тетраоксида осмия из газовой фазы щелочным раствором и выделения осмия из раствора известными приемами, отличающегося тем, что улавливание тетраоксида осмия осуществляют щелочным раствором с концентрацией щелочи 30-80 г/л в присутствии комплексующей добавки, представляющей вещество, переводящее анионные комплексы осмия типа [O_sO₄(OH)₂]^2-, [O_sO₂(OH)₂]^2- и [O_sO₃N]^- в катионные комплексы типа [O_sO₂(NH)₃]₄ ²⁺, с концентрацией 20-50 г/л.

Способ реализуют следующим образом.

Сырье - шихта, состоящая из хромита химического типа, соды и известняка, подвергается окислительному обжигу в трубчатой печи с отводом образующейся газовой фазы в систему мокрой газоочистки, состоящей из жидкостных поглотителей, которые заполняются щелочным (30-80 г/л) раствором с комплексующей добавкой (20-50 г/л), например гидрокарбонатом аммония NH₄HCO₃. Введение гидрокарбоната аммония приводит к переходу от анионных комплексов осмия типа [O_sO₄(OH)₂] ^2- и [O_sO₂(OH)₂] ^2- либо [O_sO₃N]^- к катионным комплексам типа [O_sO₂(NH)₃]₄ ²⁺, которые менее подвержены сорбции твердой фазой поглотительного раствора, образующейся за счет улавливания обжиговой пыли. При этом достигается полное извлечение осмия в поглотительный раствор, из которого концентрирование осмия может быть эффективно осуществлено известными приемами. Введение в поглотительный раствор иных комплексующих добавок, например Na₂SO₃ или NaHCO₃. сопровождается образованием анионных комплексов осмия, соответственно, [O_sO₂(SO₃)₄] ^6- и (O_sO₂(OH)₂]^2-, что не способствует повышению извлечения осмия в раствор.

Оптимальность отличительных признаков состоит в следующем:
нижний предел (30 г/л) концентрации щелочи определяет тот минимум, при котором создается необходимая для улавливания осмия щелочная среда; верхний предел (80 г/л) определяется технологической (не повышает извлечение осмия в раствор) и экономической (высокая стоимость щелочи) целесообразностью;
нижний предел (20 г/л) концентрации комплексующей добавки определяет тот минимум, при котором происходит образование устойчивых к сорбции катионных комплексов осмия; верхний предел (50 г/л) определяется технологической и экономической целесообразностью;
вид комплексующей добавки определяется необходимостью формирования в поглотительном растворе катионных комплексов осмия типа [O_sO₃(NH)₃]₄ ²⁺, не подверженных сорбции твердой фазой раствора газоочистки.

Изложенное подтверждается следующими примерами:
Пример 1. 100 г шихты, состоящей из хромита (Cr₂O₃ - 48,73, Fe₂O₃ - 15,78, MgO - 11,49, SiO₂ - 0,94, Al₂O₃ - 15, осмий - 0,4 г•т^-1), соды и известняка, подвергалось окислительному обжигу в трубчатой печи при температуре 1200^oC в течение 4 часов. Пылевынос при обжиге составлял не более 5% (вес. ) от исходной шихты. Газовая фаза улавливалась в жидкостном поглотителе, содержащем 20 мл раствора щелочи с вариантной концентрацией 20-90 г/л. В щелочной раствор вводился NH₄HCO₃ в концентрации 35 г/л. При оптимальной концентрации щелочи (50 г/л) извлечение осмия в раствор составляет 99,5%.

Пример 2. Улавливание газовой фазы, образовавшейся в аналогичных Примеру 1 условиях, осуществлялось раствором щелочи концентрацией 50 г/л. В щелочной раствор вводился комплексообразователь NH₄HCO₃ в вариантной концентрацией (10-60 г/л). Максимальное извлечение осмия в раствор достигается при концентрации NH₄HCO₃ - 35 г/л.

Пример 3. Улавливание газовой фазы, образовавшейся в аналогичных Примеру 1 условиях, осуществлялось раствором щелочи концентрацией 50 г/л. В щелочной раствор вводился комплексообразователь Na₂SO₃ в концентрации 35 г/л. Извлечение осмия в раствор составляет 22,8%.

Пример 4. Улавливание газовой фазы, образовавшейся в аналогичных Примеру 1 условиях, осуществлялось раствором щелочи концентрацией 50 г/л. В щелочной раствор вводился комплексообразователь NaHCO₃ в концентрации 35 г/л. Извлечение осмия в раствор составляет 23,3%.

Пример 5 - прототип. Улавливание газовой фазы, образовавшейся в аналогичных Примеру 1 и 2 условиях, осуществлялось раствором с концентрацией щелочи 100 г/л без введения комплексующей добавки. Извлечение осмия в раствор составляет 22,5%. Примеры, подтверждающие оптимальность признаков, представлены в таблице.

Полученные данные свидетельствуют о том, что осуществление предлагаемого способа попутного извлечения осмия из хромитов химического типа позволяет достичь следующих эффектов.

Технический - снизить сорбцию осмия твердой фазой поглотительного раствора; снизить щелочность раствора; получить концентрированный по осмию раствор, пригодный к переработке; создать попутное производство осмия при переработке хромитов химического типа.

Экономический - повышение рентабельности производства за счет комплексности использования хромитового сырья, увеличение общего объема выпуска дорогостоящего осмия за счет освоения нового вида осмийсодержащего сырья.

Экологический - ликвидация безвозвратного техногенного рассеяния осмия с технологическими газами и пылями, повышение экологобезопасности и снижение вредности химического производства.

Способ может быть использован для попутного извлечения осмия при переработке хромитов химического типа. Хромиты подвергают окислительному обжигу. Образующаяся при этой обработке газовая фаза, содержащая тетраоксид осмия, улавливается с помощью раствора, содержащего щелочь с концентрацией 30-80 г/л, и вещество, переводящее анионные комплексы осмия типа [OsO₄(ОН)₂]^2-, [OsO₂(ОН)₂] ^2- и [OsO₃N]^- в катионные комплексы типа [OsO₂(NH₃)]₄ ²⁺, с концентрацией 20-50 г/л. Таким веществом может быть NH₄HCO₃. Осмий из раствора выделяют известными приемами. Способ позволяет повысить извлечение осмия из газовой фазы в поглотительный раствор, снизить щелочность раствора, ликвидировать безвозвратное техногенное рассеяние осмия с технологическими продуктами, создать попутное производство осмия при переработке хромитов химического типа, увеличить объем выпуска осмия за счет освоения нового вида осмийсодержащего сырья, повысить экологобезопасность и снизить вредность химического производства. 1 табл.

Способ попутного извлечения осмия из хромитов химического типа путем их обжига с последующим улавливанием образующегося при этом тетраоксида осмия из газовой фазы щелочным раствором и выделения осмия из раствора известными приемами, отличающийся тем, что улавливание тетраоксида осмия осуществляют щелочным раствором с концентрацией щелочи 30 - 80 г/л в присутствии комплексующей добавки, представляющей вещество, переводящее анионные комплексы осмия типа [ОsO₄ (ОН)₂]^2-, [ОsO₂ (ОН)₂]^2- и [ОsO₃N]^- в катионные комплексы типа [ОsO₂ (NН)₃]₄ ²⁺, с концентрацией 20 - 50 г/л.