СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2015 года по МПК C22B11/00 C25C1/20 C22B7/00 

Изобретение относится к металлургии благородных металлов и может быть использовано при переработке вторичного сырья, включающего отработанные катализаторы, в том числе автомобильные, концентраты и другие материалы с неорганической структурой, содержащие металлы платиновой группы и рений.

Известен способ регенерации благородных металлов платины, палладия, родия или их смесей из отработанных катализаторов, в котором благородные металлы предварительно выщелачиваются из частиц измельченного материала в анодном отделении электролизера с анионообменной мембраной. В качестве электролита при этом используется соляная кислота с концентрацией 5-35%, а выщелачивание производят в стационарном фильтрующем слое частиц материала или во флюидизированном слое при циркуляции электролита через слой выщелачиваемого материала. На второй стадии благородные металлы осаждают из полученного раствора на углеродных частицах в катодной камере второго электролизера с катионообменной мембраной. Наконец, на третьей стадии благородные металлы снова выщелачивают анодным растворением во флюидизированном слое (RU 2119964, C22B 11/00, C22B 3/02. 05.12.1997).

Недостатком известного способа является низкая концентрация благородных металлов в растворах выщелачивания, что затрудняет выделение металла из раствора, требует проведения многостадийной обработки материалов и усложняет производственный процесс.

Известен способ извлечения благородных металлов из отработанных катализаторов, шламов, концентратов и других материалов с неорганической основой, в котором выщелачивание благородных металлов и осаждение их на засыпном катоде проводят одновременно в одну стадию при циркуляции электролита через стационарный фильтрующий или взвешенный слой частиц выщелачиваемого материала и электролизер с засыпным катодом (RU 2103395, C22B 11/00, C22B 7/00, B01J 23/96. 18.09.1996).

Недостатком указанного способа также является низкая концентрация благородных металлов в растворах выщелачивания и сложность технологии, использующей раздельно расположенные функциональные технологические блоки, что снижает производительность процесса извлечения.

Наиболее близким к заявляемому способу по решаемой технической задаче является способ извлечения благородных металлов из отработанных катализаторов, концентратов и других материалов с неорганической основой, в котором обрабатываемый материал в виде засыпки помещают в межэлектродное пространство электролизера, электрохимическое выщелачивание благородных металлов активируют путем предварительной переполюсовки электродов в статике для превращения его в объемный многополярный электрод, обеспечивающий анодное растворение металла во всем объеме материала, а циркуляцию электролита через засыпку от анода к катоду ведут со скоростью, определяемой из условия предотвращения сноса на катод гидратированных анионных хлоридных комплексов благородных металлов, образующихся при выщелачивании в объеме засыпки путем контролирования вначале процесса образованием у анода бурого облака. Причем в качестве электролита используют подкисленную воду с содержанием соляной кислоты 0,3-4,0% (RU 2198947, C22B 11/00, 3/04, 7/00. 12.09.2000).

Известный способ имеет следующие недостатки. Процесс депассивации благородных металлов в условиях только переменного тока является недостаточно эффективным ввиду недостаточного выделения хлора на переменных электродах и невозможностью полного перевода благородного металлов в водорастворимую форму. Поэтому высокое извлечение благородных металлов достигается при последующем длительном процессе хлорирования засыпки в прямом токе при одновременном его электроосаждении. Время проведения последующей стадии электрохимического извлечения благородных металлов в условиях постоянного обеднения концентрации благородных металлов в электролите также возрастает. Необходимость прокачки электролита через мелкодисперсную засыпку сырья усложняет технологию извлечения благородных металлов и приводит к забивке используемых мембран. В результате производительность процесса извлечения в целом значительно снижается.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности процесса извлечения благородных металлов с получением технического результата, заключающегося в упрощении и повышении производительности процесса, при обеспечении высокого процента извлечения благородных металлов.

Технический результат достигается тем, что в известном способе электрохимического извлечения благородных металлов, преимущественно из отработанных катализаторов и концентратов, включающем обработку материала в электролите с выщелачиванием и предварительной активацией благородных металлов переменным током и последующее их электроосаждение из электролита на катод, предварительную активацию благородных металлов и последующее их электроосаждение из электролита на катод проводят при температуре 90-160°C в условиях наложения процессов электролиза в переменном и в постоянном токах, причем электроосаждение благородных металлов на катод ведут циклически, в условиях уменьшения объема электролита до прекращения прохождения тока, затем добавляют свежий электролит до первоначального объема и повторяют стадию электроосаждения. При этом количество циклов электроосаждения благородных металлов на катод составляет 1-3.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Активация благородных металлов в условиях наложения процессов электролиза в переменном и постоянном токах обеспечивает более эффективную депассивацию и одновременное хлорирование благородных металлов за счет дополнительно интенсивного и постоянного выделения активного хлора на постоянном аноде. Это в итоге приводит к минимальному остаточному содержанию благородных металлов на носителе и, соответственно, к большему извлечению благородных металлов. Осуществление стадии электроосаждения благородных металлов из электролита при уменьшении объема электролита в условиях наложения переменного тока эффективно способствует процессу массопереноса электролита, находящегося в порах частиц, в объем электролита. Это повышает концентрацию благородных металлов в электролите и ускоряет кинетику электроосаждения благородных металлов. В том случае, если за первый цикл стадии электросаждения благородных металлов, их извлечение не достигает требуемой величины, то процесс электросаждения повторяют, предварительно добавив свежий электролит до исходного объема. Повышение температуры процессов на стадиях активации и электроосаждения до 90-160°C позволяет более полно вскрывать определенные формы благородных металлов, являющихся пассивными, например, такие как оксид палладия, и повысить процент их извлечения. Диапазон температур 90-160°C является оптимальным для полного вскрытия большинства пассивных форм, при обеспечении заданной производительности процесса и надежности технологического оборудования.

Из существующего уровня техники не выявлены объекты, содержащие совокупность заявляемых существенных признаков. Это позволяет считать предлагаемый способ новым. Из существующего уровня техники не известна также совокупность признаков, отличных от признаков способа по ближайшему аналогу. Это позволяет считать предлагаемый способ обладающим изобретательским уровнем.

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

Отработанный катализатор на основе оксида алюминия в виде соломки в количестве 19 кг с содержание платины 0,2 мас.% засыпали в электролизер и заливали водным раствором соляной кислоты. Начальное объемное соотношение твердое/жидкое Т/Ж=1/(1-2). При температуре 90°C на стадиях активации и электроосаждения устанавливали токовые параметры в следующих диапазонах: для переменного тока амплитуда 90-130 А и частота 1-100 Гц, для постоянного тока 10-20 А. Стадия активации составила 5 час. Затем, в ходе процесса электроосаждения платины, непрерывно уменьшали

объем электролита, удаляя его из электролизера, до момента прекращения прохождения тока через засыпку. В данных условиях извлечение платины составило 99 мас.%. Полное время процесса составило 16 час.

Пример 2.

Отработанный автокатализатор с содержанием платины 0,1 мас.%, палладия 0,1 мас.%, родия 0,035 мас.% после помола загружали в электролизер в количестве 23 кг. Заливали электролит на основе водного раствора соляной кислоты. Начальное объемное соотношение твердое/жидкое Т/Ж=1/(1-2). При достижении температуры 90°C стадию активации проводили в течение 5 час в условиях переменного тока с амплитудой 60-140 А и частотой 1-100 Гц и постоянного тока 20-30 А. На стадии электроосаждения металлов токовые параметры устанавливали в тех же диапазонах. Далее в ходе процесса электроосаждения непрерывно уменьшали объем электролита, удаляя его из электролизера, до момента прекращения прохождения тока через засыпку. На данном этапе извлечение по платине составило 95 мас.%, палладию 98 мас.%, родию 72 мас.%. Полное время процесса составило 10 час. Для более полного извлечения благородных металлов из пассивных форм в электролизер снова заливали свежий электролит аналогичного состава и в первоначальном объеме, а стадию электроосаждения повторяли в прежних условиях в течение 5 час. Общее извлечение составило по платине 97 мас.%, палладию 99 мас.%, родию 82 мас.%.

Пример 3.

Концентрат с содержанием платины 12 мас.%, палладия 6 мас.%, родия 2 мас.%, остальное - шамот, в виде порошка загружали в электролизер в количестве 15 кг и заливали электролит на основе водного раствора соляной кислоты. Начальное объемное соотношение твердое/жидкое Т/Ж=1/(1-2). Процесс проводили при температуре 96°C, в условиях переменного тока 80-140 А, с частотой 1-100 Гц и постоянного тока 10-25 А, в течение 3 час. На стадии электроосаждения металлов токовые параметры устанавливали в тех же диапазонах. Далее электроосаждение проводили в условиях уменьшения объема электролита в течение 5 час до момента прекращения прохождения тока. Затем заливали свежий электролит и процесс электроосаждения повторяли в течение 8 час в тех же условиях. Данный цикл повторяли в третий раз. Время третьего цикла 10 час. Извлечение платины после трех циклов составило 99,85 мас.%, палладия 99,9 мас.%, родия 97,8 мас.%.

Пример 4.

Отработанный катализатор АПК-2 с содержанием палладия 1.8 мас.% в исходном состоянии, без предварительной обработки, загружали в электролизер в количестве 0,2 кг. Заливали электролит на основе водного раствора соляной кислоты. Объемное соотношение твердое/жидкое Т/Ж составило 1/(1-2). Постоянный ток в процессе устанавливали в диапазоне 8-15 А, переменный ток в диапазоне 80-100 А, с частотой 1-100 Гц. Температуру поднимали до 160°C. Время стадии активации составило 1 час. На стадии электроосаждения токовые параметры устанавливали в тех же диапазонах. Далее, во время процесса электроосаждения, частями удаляли электролит до полного прекращения прохождения тока. После первого цикла обработки количество извлеченного палладия составило 99 мас.%. Весь процесс занял 11 час.

Как следует из приведенных примеров, предлагаемый способ электрохимического извлечения благородных металлов позволяет в сравнении с прототипом упростить технологические операции, повысить производительность процесса при обеспечении высокой степени извлечения металлов, в том числе из пассивных, трудноизвлекаемых форм. Приведенные примеры реализации предлагаемого способа служат лишь в качестве иллюстраций и не ограничивают объема патентных притязаний, определяемого формулой изобретения.

Изобретение может быть использовано при переработке вторичного сырья, включающего отработанные катализаторы, содержащие металлы платиновой группы и рений, и концентраты. Способ электрохимического извлечения благородных металлов включает обработку материала в электролите с выщелачиванием и предварительной активацией благородных металлов переменным током и последующее их электроосаждение из электролита на катод. Предварительную активацию благородных металлов и последующее их электроосаждение из электролита на катод проводят при температуре 90-160°C в условиях наложения процессов электролиза в переменном и в постоянном токах. Электроосаждение благородных металлов на катод ведут циклически, в условиях уменьшения объема электролита до прекращения прохождения тока. Затем добавляют свежий электролит до первоначального объема и повторяют стадию электроосаждения. Количество циклов электроосаждения благородных металлов на катод составляет 1-3. Технический результат заключается в упрощении процесса и повышении извлечения благородных металлов за счет обеспечения более эффективной депассивации благородных металлов и ускорения кинетики электроосаждения. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

1. Способ электрохимического извлечения благородных металлов из вторичного сырья, преимущественно в виде отработанных катализаторов и концентратов, включающий обработку материала в электролите с выщелачиванием и предварительной активацией благородных металлов при наложении переменного тока и последующее их электроосаждение из электролита на катод, отличающийся тем, что предварительную активацию благородных металлов и последующее их электроосаждение из электролита на катод проводят при температуре 90-160°C при наложении переменного и постоянного токов, причем электроосаждение благородных металлов на катод ведут циклически при уменьшении объема электролита до прекращения прохождения тока, затем добавляют свежий электролит до первоначального объема и повторяют цикл электроосаждения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество циклов электроосаждения благородных металлов на катод составляет 1-3.