СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ ПЛАТИНОВЫЕ МЕТАЛЛЫ И СЕРЕБРО Российский патент 2005 года по МПК C22B11/00 C22B3/10 C25C1/20 

Изобретение относится к области металлургии цветных и благородных металлов, в частности к способам переработки материалов, содержащих благородные и цветные металлы, а также их халькогениды, и непосредственно касается процессов вскрытия (растворения) концентратов платиновых металлов, содержащих серебро.

Известно значительное число методов вскрытия платиносодержащих материалов.

Например, путем сплавления платиносодержащего материала со щелочами в присутствии окислителей и последующего выщелачивания сплава в различных растворителях с извлечением (переводом) платиновых металлов в раствор /1, 2, 3, 4/. Однако этот способ обладает рядом существенных недостатков: высокий расход реагентов, трудоемкость (процесс спекания для обеспечения требуемой глубины вскрытия приходится обычно проводить несколько раз), получение насыщенных по солям растворов, что затрудняет проведение последующих технологических операций осаждения солей платиновых металлов.

Известны и применяются в промышленности гидрометаллургические способы вскрытия платиносодержащих материалов - выщелачивание в различных растворах в присутствии окислителей. Например, в растворе соляной кислоты с использованием в качестве окислителя азотной кислоты (выщелачивание в царской водке) /5/ или в растворе соляной кислоты с использованием в качестве окислителя хлора /6/. Способ выщелачивания в царской водке отличается высоким извлечением платиновых металлов в раствор, но имеет существенные недостатки: в процессе растворения происходит выделение токсичных оксидов азота, которые трудно утилизировать; полученные растворы содержат значительные количества нитрат-ионов, которые затрудняют проведение последующих операции разделения и осаждения солей платиновых металлов /5/. Для удаления нитрат-иона проводят так называемую операцию доводки раствора, заключающуюся в выпаривании раствора в присутствии серной кислоты до сиропообразного состояния или сухих солей. Операция очень длительная, энерго- и трудоемкая, идущая с выделением большого количества токсичных газов.

Способ вскрытия платиновых концентратов в соляной кислоте с хлором /6/ обеспечивает высокое извлечение платиновых металлов в раствор (более 99% платины, палладия и золота и 80-90% родия и рутения) при минимальных токсичных выбросах. Однако осуществление этого способа возможно только при наличии хлора, для чего необходимо либо организовать производство хлора на месте, либо его доставку с хлоропроизводящего предприятия, что значительно увеличивает капиталлоемкость процесса.

Известны более дешевые и доступные способы вскрытия платиносодержащих материалов, в которых в качестве окислителя вместо химических реагентов используется электрический ток. В работе /7/ предложено проводить электролитическое растворение плотных или насыпных анодов, содержащих благородные металлы, в различных средах. Эти методы используются для растворения различных сплавов на основе палладия, платины, серебра, меди и других металлов. Они отличаются достаточно высокой эффективностью и не требуют использования реагентных окислителей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ переработки материалов, содержащих платиновые металлы и серебро, включающий растворение материала под действием постоянного тока в растворе соляной кислоты с получением раствора, содержащего платиновые металлы, и осадка хлорида серебра, содержащегося в составе образующегося при проведении процесса шламового материала /8/. Процесс проводят при плотности тока 1240 А/м². Способ используют для переработки материалов, содержащих 0,5% палладия, по 0,1% серебра и платины и 99,2% золота.

Недостатком известного способа является сложность его осуществления и низкая эффективность при переработке материалов, содержащих значительные количества платиновых металлов и серебра.

Выплавка анодов из материалов с высоким содержанием платиновых металлов затруднена, так как требует использования более высоких температур и соответственно более сложного оборудования.

Высокое содержание серебра в анодах будет приводить к образованию плотной, трудноотделяющейся от анода шламовой корки, резко снижающей скорость растворения анода. По мере увеличения толщины этой корки может наступить момент, когда процесс растворения прекратится - анод пассивируется.

Задача, на решение которой направлено создаваемое изобретение, заключается в создании эффективного способа вскрытия материалов, содержащих платиновые металлы и серебро.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении скорости растворения (вскрытия) платиносодержащего материала и упрощении технологии его переработки за счет исключения процесса плавки анодов.

Сущность заявляемого способа переработки материалов, содержащих платиновые металлы и серебро, включающего растворение материала под действием постоянного тока в растворе соляной кислоты с получением раствора, содержащего платиновые металлы и осадка хлорида серебра, в том, что согласно изобретению растворение проводят при плотности тока 1500-3000 А/м² и соотношении количества хлорид-иона в растворе к количеству материала, равном (1,0-1,3)·Ф: 100, где

Ф=(0,97·C_Ag+2.66·C_Pt);

C_Ag - содержание серебра в исходном материале, %.

С_Pt - содержание суммы платиновых металлов в исходном материале, %.

Положительный эффект при использовании заявляемого способа достигается за счет того, что процесс растворения идет одновременно под действием двух факторов: растворения частиц концентрата под действием постоянного электрического тока и химического растворения за счет окисления хлором, выделяющимся на аноде и частицах концентрата. При этом хлор, выделяющийся на аноде и частицах концентрата, в первый момент его образования находится в атомарном состоянии и поэтому является высокоактивным. Образуясь в непосредственной близости от поверхности частиц концентрата или на их поверхности, хлор активно вступает с ними в реакцию, окисляя соединения, обладающие высоким потенциалом и трудно поддающиеся окислению.

Используемая в заявляемом способе плотность тока 1500-3000 А/м² определяет скорость протекания реакции окисления (производительность процесса) и извлечение платиновых металлов в раствор. При плотности тока менее 1500 А/м² скорость процесса (производительность) и извлечение платиновых металлов в раствор резко уменьшаются. Повышение плотности тока выше 3000 А/м² нецелесоооразно, так как это практически не влияет на скорость процесса и приводит к снижению выхода по току за счет удаления части образующегося на аноде хлора в газовую фазу.

Соотношение количества хлорид-иона в растворе к количеству материала, равное 1,0-1,3·Ф:100, где Ф=(0,97·C_Ag+2,66·C_Pt), C_Ag и C_Pt - содержание серебра и суммы платиновых металлов в исходном материале, определяет извлечение в раствор платиновых металлов и серебра. При соотношении количества хлорид-иона к количеству исходного материала менее 1,0Ф:100 платиносодержащий материал вскрывается не полностью, что приводит к снижению извлечения платиновых металлов в раствор. Это объясняется недостатком хлорид-иона в растворе как для окисления платиновых металлов, так и для их связывания в растворимый комплекс. При соотношении количества хлорид-иона к количеству вскрываемого материала более 1,3Ф:100 в растворе увеличивается количество несвязанного с платиновыми металлами хлорид-иона, который способствует образованию растворимых комплексов хлорида серебра, увеличивая тем самым переход серебра в раствор. Это осложняет дальнейшую переработку растворов и приводит к непроизводительному расходу соляной кислоты.

Способ осуществляют следующим образом.

Концентрат платиновых металлов, содержащий, %: платины 1-15; палладия 5-55; родия 0-3; рутения 0-2; иридия 0,01-0,5; серебра 0-50%; золота 0,1-4; меди 1-6; никеля 1-5; селена 1-5; теллура 2-8; свинца 0,5-4, помещают в анодное пространство электролизной ванны, в катодное пространство завешивают титановый катод, в анодное - графитовый анод. Анодное и катодное пространства отделяют друг от друга диафрагмой. Анодное и катодное пространство заполняют раствором соляной кислоты с концентрацией хлорид-иона 100-400 г/л. На электроды подают постоянный ток так, чтобы анодная плотность тока составляла 1500-3000 А/м². В катодное пространство в процессе растворения подают раствор соляной кислоты с таким расходом, чтобы уровень электролита в катодном пространстве был выше, чем в анодном. Пульпу в анодном пространстве перемешивают. Отношение количества хлорид-иона в растворе к количеству исходного материала поддерживают равным

(1,0-1,3)·Ф:100,

где Ф=(0,97·C_Ag+2.66·C_Pt); C_Ag - концентрация серебра в исходном материале, %;

C_Pt - концентрация суммы платиновых металлов в исходном материале, %;

V_ц - объем электролита на циркуляцию, мл;

V_в - объем электролита в ванне, мл;

Р_исх - вес исходного материала, мл,

путем использования растворов с нужной концентрацией хлорид-иона. Необходимую концентрацию хлорид-иона в растворе рассчитывают по формуле

или

где

Ф=(0,97 C_Ag+2,66 C_Pt);

C_Ag и C_Pt - концентрация серебра и суммы платиновых металлов в исходном материале.

После окончания процесса ванну разгружают. Пульпу фильтруют. Раствор, содержащий платиновые металлы, и осадок хлорида серебра отправляют на дальнейшую переработку.

Ниже приведены конкретные примеры осуществления способа, результаты которых приведены в таблице.

Пример 1.

25 г концентрата платиновых металлов, содержащего, %: платины 11,3; палладия 51,41; родия 0,37; рутения 0,11; серебра 8,5; золота 2,5; никеля 0,35; меди 2,18; селена 3,34; теллура 3,7; свинца 3,32 загрузили в анодное пространство электролизной ванны, туда же завесили графитовый анод площадью 0,0027 м². В катодную ячейку поместили титановый катод. Катодное пространство отделили от анодного перегородкой из диафрагменной ткани "Полиэстер". Катодное и анодное пространство заполнили раствором соляной кислоты. В катодную ячейку подавали раствор соляной кислоты со скоростью 17,8 мл/ч, за весь опыт подали 71,3 мл. Всего объем используемого раствора составил 71,3+180=251,3 мл. Отношение количества хлорид-иона к количеству исходного материала поддерживали равным 1,1Ф:100 или 1,1·(0,97C_Ag+2,66С_Pt):100 или 1,1·(0,97·8,5+2,66·65,7):100=201:100. Опыт проводили при концентрации хлорид-иона в растворе 200 г/л. Ее рассчитывали по формуле

или

или

Всего хлорид-иона в растворе было 251,3·200:1000=50,3 г. На электроды подавали ток 2,7 А, анодная плотность тока 2000 А/м². Пульпу в анодном пространстве перемешивали механической мешалкой. Процесс проводили в течение 4,0 часов. За это время через электроды пропустили ток, необходимый для полного растворения концентрата. После окончания процесса ванну разгрузили, пульпу отфильтровали. Полученный платиносодержащий раствор и осадок хлорида серебра анализировали на содержание цветных и благородных металлов, замеряли их объем и вес. По результатам опыта рассчитывали выход по току, извлечение платиновых металлов в раствор, скорость растворения концентрата (производительность).

Полученные результаты показали, что при плотности тока 2000 А/м² и соотношении количества хлорид-иона в растворе к количеству исходного концентрата, равном 1,1Ф:100, скорость растворения концентрата (производительность) составляет 231,5 мг/ч·см². При этом достигается высокое извлечение платиновых металлов в раствор - 96%. Серебро практически полностью концентрируется в нерастворимом остатке в виде хлорида, его содержание в растворе минимальное и составляет 0,12 г/л.

Примеры 2-5

Переработку концентрата проводили по методике и в условиях опыта 1, но анодную плотность тока изменяли от 1000 до 3300 А/м².

Полученные результаты, приведенные в таблице, показывают, что проведение процесса при плотности тока 1500-3000 А/м² обеспечивает высокое (90,9-96,0%) извлечение в раствор платиновых металлов и высокую скорость растворения материала - (174,7-342,8 г/ч·см²).

Снижение анодной плотности тока до 1000 А/м² приводит к резкому снижению скорости процесса до 34,7 г/г·см² и делает проведение этого процесса практически невозможным. При повышении плотности тока более 3000 А/м² извлечение платиновых металлов в раствор снижается до 77,8%.

Примеры 6-9

Переработку концентрата проводили по методике и в условиях опыта 1, но соотношение количества хлорид-иона к количеству исходного концентрата изменяли от 0,9Ф:100 до 1.4Ф:100.

Проведение процесса при соотношении количества хлорид-иона к количеству исходного концентрата, равном (1,0Ф-1,3Ф):100 (опыты 1,7,8) позволяет проводить процесс растворения с высокой скоростью (231,5-232,8 г/ч·см²) с переводом в раствор 95,9-96,1% платиновых металлов и невысоким содержанием серебра в растворе - 0,10-0,12 г/л.

При снижении соотношения количества хлорид-иона в растворе к исходному концентрату до 0,9Ф:100 извлечение платиновых металлов в раствор снижается до 59%, а повышение этой же величины до 1.4Ф:100 приводит к непроизводительному расходу соляной кислоты и повышению перехода в раствор серебра до 0,6 г/л.

Примеры 10-18

Переработку концентрата осуществляли по методике опыта 1, поддерживая анодную плотность тока в зависимости от условия опыта 1500-3300 А/м². соотношение количества хлорид-иона в растворе к количеству исходного концентрата от 0,9Ф: 100 до 1,4Ф: 100, но растворению подвергали концентрат, содержащий, %: платины 1,6; палладия 12,1; родия 2,4; рутения 0,85; серебра 49,1, золота 0,22; никеля 0,64; меди 2,6; теллура 7,6; свинца 0,9; селена 3,1.

Полученные результаты аналогичны результатам примеров 1-9 и подтверждают, что предлагаемый способ пригоден и для вскрытия концентратов платиновых металлов, содержащих 49,1% серебра.

Таким образом, полученные результаты показывают, что проведение процесса электрохимического вскрытия концентратов платиновых металлов, содержащих серебро, в растворе соляной кислоты при плотности тока 1500-3000 А/м и соотношении хлорид-иона в растворе к исходному концентрату, равном (1,0-1.4)·Ф:100, позволяет перевести в раствор более 89-90% платиновых металлов, достичь высокой скорости их растворения (производительности) ~174,7-342,9 г/ч·см² для КП-1 и 220,4-440,5 г/ч·см² для КП-2 при минимальном переходе в раствор серебра 0,05-0,13 г/л). То есть, предлагаемый способ обеспечивает селективное выделение серебра и получение платиносодержащего раствора с извлечением в него более 90% ценных компонентов с высокой производительностью.

Внедрение способа планируется в металлургическом цехе НГМК для получения высокоселективных платиновых концентратов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. С.И.Гинзбург и др. Аналитическая химия платиновых металлов. "Наука". М., 1972.

2. И.Н.Плаксин, Н.Я.Симонова, А.З.Санько. "Усовершенствование метода пробирного анализа благородных металлов". Цветметинформация. М., 1968, с.8.

3. С.И.Гинзбург и др. руководство по химическому анализу платиновых металлов и золота. "Наука". М., 1965.

4.Н.К.Пшеницын. В.А.Головня, изв. сектора платины ИОНХ АН СССР, 22, III. (1948).

5. Основы металлургии, т.5. "Металлургия", М., 1968, С.356-357.

6. М.А.Меретуков., А.М.Орлов. Металлургия благородных металлов. "Металлургия", М., 1991, с.361-362.

7. Электроосаждение благородных и редких металлов. Под ред. д.т.н. проф. Л.И.Каданера. "Техника". Киев, 1974, с.159.

8. М.А.Меретуков., А.М.Орлов. Металлургия благородных металлов. "Металлургия", М., 1991, с.355-357.

Изобретение относится к области металлургии цветных и благородных металлов, в частности к способам переработки материалов, содержащих благородные и цветные металлы, а также их халькогениды, и может быть использовано при переработке концентратов платиновых металлов. Техническим результатом является создание эффективного способа вскрытия (растворения) материалов, содержащих платиновые металлы и серебро, обеспечивающего высокую скорость растворения материала, высокое извлечение платиновых металлов в раствор, а серебра в нерастворимый осадок, упрощение процесса переработки, снижение затрат на его проведение. Сущность изобретения заключается в том, что материалы, содержащие платиновые металлы и серебро, в частности концентраты платиновых металлов КП-1 и КП-2, перерабатывают по технологии, включающей растворение материала в соляной кислоте под действием постоянного тока с получением раствора, содержащего платиновые металлы, и осадка хлорида серебра, причем процесс проводят при плотности тока 1500-3000 А/м² и соотношении количества хлорид-иона в растворе к количеству исходного материала, равном (1,0-1,3)·Ф:100, где Ф=(0,97·C_Ag+2,66·C_Pt); C_Ag - содержание серебра в исходном материале, выраженное в %; C_Pt - содержание суммы платиновых металлов в исходном концентрате, выраженное в %. Изобретение позволяет производить вскрытие концентратов платиновых металлов получением растворов платиновых металлов, из которых далее получают селективные концентраты платиновых металлов или аффинированные металлы, и хлорид серебра, служащего исходным сырьем для получения аффинированного серебра, причем использование способа, предложенного в этом изобретении, позволяет сделать это с высоким извлечением платиновых металлов в раствор и исключает необходимость использования в процессе вскрытия газообразного хлора, и следовательно, организации его производства или доставки. 1 табл.

Способ переработки материалов, содержащих платиновые металлы и серебро, включающий растворение материала под действием постоянного тока в растворе соляной кислоты с получением раствора, содержащего платиновые металлы, и осадка хлорида серебра, отличающийся тем, что процесс растворения ведут при плотности тока 1500-3000 А/м² и соотношении количества хлорид-иона в растворе к количеству исходного материала, равном (1,0-1,3)·Ф:100, где Ф=(0,97·C_Ag+2,66·С_Pt); C_Ag - содержание серебра в исходном материале, %; C_Pt - содержание суммы платиновых металлов в исходном концентрате, %.