СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ СОДЕРЖАЩЕГО ИХ МАТЕРИАЛА Российский патент 2004 года по МПК C22B11/00 C22B3/04 

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к процессам извлечения благородных металлов из содержащего их материала, в качестве которого могут быть шламы, отработанные катализаторы, руды и т.п.

Уровень техники
Известен традиционный и наиболее эффективный способ извлечения благородных металлов в виде платиноидов из содержащего их материала путем обработки материала растворами концентрированных минеральных кислот с окислителями, например, царской водкой (НСl:НNO₃=3:1), в частности, при ее кипении (О.Е. Звягинцев "Аффинаж золота, серебра, платины", 1945, с.116).

Недостатком известного способа является его значительная продолжительность: предварительная обработка на холоду в течение 3-4 часов, необходимость слива из реактора отработанного раствора царской водки через 18÷20 часов, залива свежего раствора и продолжение дальнейшей обработки в течение 12 часов.

Известен способ извлечения благородных металлов в виде платиноидов из материала путем обработки материала смесью HNO₃ и НСl при высокой температуре (+250^oС) под давлением (Р.Бок "Методы разложения в аналитической химии", 1984, с.194-197). В данном случае берут избыток НСl, а обработку проводят в автоклаве, футерованном фторопластом.

Недостатком известного способа является присутствие повышенного давления и необходимость сложного оборудования для реализации способа.

Известен способ извлечения благородных металлов в виде платиноидов из отработанных автомобильных катализаторов (US 3985854 A1, 423/22, 1975) путем обработки измельченного катализатора различными растворами кислот и окислителей (НСl+Сl₂, НСl+Н₂O₂, НСl+Вr₂, НСl+NaClO₃ и т.д.) при кипении.

Недостатком данного способа является значительная продолжительность обработки (14,5-20 часов) и необходимость предварительного измельчения отработанного катализатора для достижения высокой степени извлечения.

Для всех известных вышеперечисленных способов характерны высокая коррозионная агрессивность применяемых растворов, являющаяся причиной необходимости использования кварцевого или боросиликатного стекла, фарфора, фторопласта для реактора обработки шлама и достижение повышенных температур раствора путем традиционного нагрева стенки реактора сгорающим газом, высокотемпературными теплоносителями или электрообогревом. Свойства используемых материалов, такие как повышенная хрупкость у стекла и фарфора, низкая теплопроводность у фторопласта, а также недостатки применяемых способов нагрева, такие как инерционность нагрева, локальные перегревы стенки реактора, температурный градиент при движении от стенки реактора к его оси в реагенте со шламом в виде суспензии, обуславливают пониженную эксплуатационную надежность (ГОСТ 27002-89) перечисленных выше способов извлечения благородных металлов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является способ извлечения благородных металлов из содержащего их материала, включающий обработку исходного материала реагентом при облучении СВЧ-полем (RU 2059008 A1, С 22 В 11/00, 3/04, 1996). В известном способе благородные металлы переводят в раствор. Степени извлечения золота и платины в раствор в известном способе составили соответственно 96÷97 и 96 %.

Следует заметить, что в формуле изобретения и описании способа - ближайшего аналога указано, что "обработку исходного материала реагентом производят при облучении токами сверхвысокой частоты". Кроме того, нигде однозначно не указано, что при этом обязательно происходит нагрев смеси материала с реагентом. О том, что нагрев данной смеси в способе - ближайшем аналоге происходит, можно косвенно полагать из примера 2 описания патента, в котором указано, что облучение токами СВЧ проводят в электропечи "Электроника". Из специальной литературы известно (см., например, учебник - Ю.С. Архангельский "СВЧ электротермия". Саратовский государственный технический университет, 1998, стр. 5, последний абзац), что "высокочастотным, диэлектрическим или сверхвысокочастотным называется нагрев объекта энергией электромагнитного поля сверхвысоких частот". Именно эта техническая терминология использована при описании способа - ближайшего аналога и настоящего способа.

Основные недостатки способа - ближайшего аналога состоят в следующих факторах:
- недостаточной степени извлечения золота и платины из исходного материала, неприемлемой для современных аффинажных заводов;
- отсутствии однозначных рекомендаций по требуемому интервалу мощности, выделяемой в единице объема суспензии материала с реагентом.

Сущность изобретения
Технический результат, на решение которого направлено настоящее изобретение, состоит в увеличении степени извлечения благородных металлов и определении интервала требуемой мощности, выделяемой в единице объема суспензии для получения максимальной степени извлечения благородных металлов и предотвращения перерасхода энергии.

Технический результат достигается в способе извлечения благородных металлов из содержащего их материала, включающем обработку исходного материала раствором реагента при облучении СВЧ-полем с переводом благородных металлов в раствор, обработку ведут с использованием в качестве реагента кислоты и/или окислителя с образованием суспензии из исходного материала и раствора реагента при поддержании мощности, выделяемой в единице объема суспензии, в интервале 100-10000 кВт/м³. Кроме того, облучение ведут до температуры кипения суспензии, в качестве кислоты и/или окислителя используют НСl и/или Cl₂, HCl и/или Н₂O₂, НСl и/или Вr₂, НСl и/или NaClO₃, HCl и/или HNO₃, смесь HF и HCl и/или HNO₃, смесь Н₂SО₄ и HCl и/или Н₂0₂, смесь HCl и НВr и/или H₂O₂, смесь HCl и HI и/или NaClО₃ и I₂, HCl и/или Сl₂ и Вr₂.

Отличительные признаки способа по настоящему изобретению состоят в том, что обработку ведут с использованием в качестве реагента кислоты и/или окислителя с образованием суспензии из исходного материала и раствора реагента при поддержании мощности, выделяемой в единице объема суспензии, в интервале 100÷10000 кВт/м³.

Дополнительные отличительные признаки, настоящего изобретения заключаются в том, что облучение ведут до температуры кипения суспензии, а в качестве кислоты и/или окислителя используют HCl и/или Сl₂, HCl и/или Н₂О₂, HCl и/или Вr₂, HCl и/или NaClO₃, HCl и/или HNO₃, смесь HF и HCl и/или HNO₃, смесь Н₂SO₄ и HCl и/или Н₂O₂, смесь HCl и НВr и/или Н₂O₂, смесь HCl и Hl и/или NaClO₃ и I₂, HCl и/или Cl₂ и Вr₂.

Настоящее изобретение соответствует условию патентоспособности - "новизна", поскольку из уровня техники не удалось найти технического решения, существенные признаки которого полностью совпадали бы со всеми признаками, имеющимися в независимом пункте формулы настоящего изобретения. Настоящее изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень", поскольку из уровня техники не удалось найти технического решения, отличительные признаки которого обеспечивали выполнение такой же технической задачи, на выполнение которой направлено настоящее изобретение.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Настоящее изобретение поясняется нижеприведенными примерами.

Пример 1. Материал в виде 25 мл измельченного шлама, содержащего 0,1 мас. % палладия и 99,9 мас.% оксидов кремния, алюминия, кальция, железа, никеля, меди и других элементов, помещают в стеклянный реактор объемом 1500 мл с мешалкой, соединенный с одной или двумя капельницами и с обратным конденсатором. Реактор смонтирован в бытовой микроволновой печи "Самсунг", имеющей максимальную мощность энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (СВЧ-поля), излучаемой в печи 1,2 кВт. Снаружи печи расположены капельницы и обратный конденсатор. Капельницы необходимы для равномерной (по каплям) подачи окислителей в реактор в течение всего периода обработки, а конденсатор - для конденсации паров кислот и окислителей и их возврата в реактор. В качестве реагента используют кислоту - 35% НСl, 75 мл которой приливают в реактор. Начинают обработку материала, для чего включают мешалку и устанавливают мощность СВЧ-энергии, излучаемой в печи 1,0 кВт. В процессе обработки шлам и реагент образуют суспензию, которую нагревают в течение 2 часов при температуре 100^oС, причем мощность СВЧ-энергии, выделяемой в единице объема суспензии, составляет 1,0 кВт/(25 мл шлама+75 мл реагента) 10^-6м³= 10000 кВт/м³. После окончания обработки суспензию подают на фильтр, фильтрат сливают в емкость, а кек промывают водой и направляют в отвал. По содержанию палладия в фильтрате определяют, что степень извлечения палладия составляет 98,9 %.

Пример 2. Обработку материала проводят по примеру 1, с тем отличием, что в реактор помещают 250 мл измельченного шлама, заливают 750 мл 35 НСl, устанавливают мощность СВЧ-энергии, излучаемой в печи 0,1 кВт, время обработки - 5 часов, количество СВЧ-энергии, выделяемой в единице объема суспензии,составляет 0,1/ (250 мл шлама +750 мл реагента)10^-6=100 кВт/м³. Степень извлечения составляет 98,6%.

Пример 3. Обработку материала проводят по примеру 1 с тем отличием, что устанавливают мощность СВЧ-энергии, излучаемой в печи 0,45 кВт, время обработки - 3,5 часа, количество СВЧ-энергии, выделяемой в единице объема суспензии, составляет 0,45/(25 мл шлама +75 мл реагента) 10^-6=4500 кВт/м³. Степень извлечения составляет 98,7%.

Пример 4. Обработку материала проводят по примеру 1, с тем отличием, что устанавливают мощность СВЧ-энергии, излучаемой в печи 1,1 кВт, количество СВЧ-энергии, выделяемой в единице объема суспензии, составляет 1,1/(25 мл шлама +75 мл реагента) 10^-6=11000 кВт/м³. При этом наблюдается перегрев суспензии, сопровождаемый сильным брызгоуносом, захлебыванием конденсатора, его возможным разрушением с потерей драгметалла и интенсивным испарением жидкости, влекущим за собой перерасход реагентов и электроэнергии. Степень извлечения составляет 98,0%.

Пример 5. Обработку материала проводят по примеру 1, с тем отличием, что в реактор помещают 250 мл измельченного шлама, 750 мл 35% НСl, устанавливают мощность СВЧ-энергии, излучаемой в печи 0,099 кВт, время обработки - 5 часов, количество СВЧ-энергии, выделяемой в единице объема суспензии, составляет 0,099/(250 мл шлама +750 мл реагента) 10^-6=99 кВт/м³. Степень извлечения составляет 96,2%.

Пример 6. Обработку материала проводят по примеру 1, с тем отличием, что в качестве материала используют 250 мл измельченного шлама, содержащего 0,1 мас. % платины и 99,9 мас.% оксидов кремния, алюминия, кальция, никеля, меди и других элементов, в качестве кислоты - 750 мл 35% НСl, окислителя - жидкий Сl₂, заливаемый в капельницу, устанавливают мощность СВЧ-энергии, излучаемой в печи 0,45 кВт, время обработки - 5 часов, количество СВЧ-энергии, выделяемой в единице объема суспензии 0,45/(250 мл шлама + 750 мл реагента) 10^-6=4500 кВт/м³. Степень извлечения платины составляет 98,9 %.

Пример 7. Обработку материала проводят по примеру 6, с тем отличием, что в качестве кислоты используют 35 НСl и 40% НВr, окислителя - 30 % Н₂O₂. Степень извлечения платины составляет 99,1%.

Пример 8. Обработку материала проводят по примеру 6, с тем отличием, что в качестве кислоты используют 35% НСl, окислителя - жидкий Сl₂ и Вr₂. Степень извлечения платины составляет 99,2%.

Пример 9. Обработку материала проводят по примеру 6, с тем отличием, что в качестве кислоты используют 35% НСl и 50% HI, окислителя - NаСlO₃ и I₂. Степень извлечения платины составляет 99,2%.

Пример 10. Обработку материала проводят по примеру 6, с тем отличием, что в качестве материала используют 250 мл отработанного катализатора АПК-2, содержащего 1,5÷1,8 мас.% палладия и 98,5÷98,2 мас.% оксида алюминия, в качестве окислителя 70% HNО₃. Степень извлечения палладия составляет 99,0%.

Пример 11. Обработку материала проводят по примеру 6, с тем отличием, что в качестве материала используют измельченную руду, содержащую 0,1 мас.% золота, в качестве окислителя 70% НNO₃. Степень извлечения золота составляет 99,1%.

Пример 12. Обработку материала проводят по примеру 6, с тем отличием, что используют материал, содержащий 0,08 мас.% платины, 99,2 мас.% кремнезема, в качестве кислоты используют 450 мл 40% HF и 300 мл 35% НСl, в качестве окислителя 70% НNО₃. Степень извлечения платины составляет 98,7%.

Пример 13. Обработку материала проводят по примеру 6, с тем отличием, что в качестве материала используют отработанный катализатор, содержащий 0,14 мас.% платины и 0,95 мас.% оксидов алюминия, в качестве кислоты используют 98% Н₂S0₄ и 35% НСl, в качестве окислителя 30% Н₂О₂. Степень извлечения платины составляет 98,8%.

Из сравнения результатов степени извлечения благородных металлов из примеров 1-3 с подобными результатами из примеров 4-5 видно следующее. При количестве выделенной при облучении мощности ниже нижнего предела в формуле изобретения (пример 5) степень извлечения существенно уменьшается, а именно с 98,9% в примере 1 до 96,2% по примеру 5. При количестве выделенной при облучении мощности выше верхнего предела в формуле изобретения по примеру 4 степень извлечения благородных металлов (равная в этом случае 98,0%), остается на том же уровне, что и в примерах 1÷3-98,6÷98,9%. Следовательно, увеличивать количество выделенной при облучении СВЧ энергии выше верхнего предела в формуле изобретения нецелесообразно с точки зрения повышения эффективности извлечения благородных металлов и, кроме того, это ведет к перерасходу энергии.

Из сравнения результатов примеров 1-3 и 6-13 и способа - ближайшего аналога видно, что степень извлечения благородных металлов по настоящему изобретению (98,6÷98,9%) превышает степень извлечения благородных металлов в способе - ближайшем аналоге (96÷97%) на 1,6÷2,9%.

Таким образом, настоящее изобретение может быть реализовано с помощью известных средств и наиболее эффективно применено при извлечении благородных металлов из содержащего их материала, в качестве которого могут быть шламы, отработанные катализаторы руды и т.п.

Изобретение относится к процессам извлечения благородных металлов из содержащего их материала, в качестве которого могут быть шламы, отработанные катализаторы, руды и т.п. Способ включает обработку исходного материала раствором реагента при облучении СВЧ-полем с переводом благородных металлов в раствор. Обработку ведут с использованием в качестве реагента кислоты и/или окислителя с образованием сеспензии из исходного материала и раствора реагента. Мощность, выделяемую в единице объема суспензии, поддерживают в интервале 100÷10000 кВт/м³. Кроме того, облучение ведут до температуры кипения суспензии. Техническим результатом является увеличение степени извлечения благородных металлов и определение интервала требуемой мощности. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ извлечения благородных металлов из содержащего их материала, включающий обработку исходного материала раствором реагента при облучении СВЧ-полем с переводом благородных металлов в раствор, отличающийся тем, что обработку ведут с использованием в качестве реагента кислоты и/или окислителя с образованием суспензии из исходного материала и раствора реагента при поддержании мощности, выделяемой в единице объема суспензии, в интервале 100÷10000 кВт/м³.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что облучение ведут до температуры кипения суспензии.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислоты и/или окислителя используют НСl и/или Сl₂, НСl и/или Н₂О₂, НСl и/или Вr₂, НСl и/или NаСlO₃, НСl и/или HNO₃, смеси HF и НСl и/или HNO₃, смеси H₂SO₄ и НСl и/или Н₂O₂, смеси НСl и НВr и/или Н₂O₂, смеси НСl и HI и/или NaClO₃ и I₂, HCl и/или Сl₂ и Вr₂.