СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ Российский патент 2020 года по МПК C22B11/06 C22B7/00 

Изобретение относится к электрохимии благородных металлов, в частности, электрохлоринации и может быть использовано при переработке вторичных металлов платиновой группы (МПГ), включая катализаторы, а также их концентратов и аффинированных металлов.

Известен способ извлечения благородных металлов из отработанных катализаторов, 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 условий предотвращения сноса на катод гидратированных анионных комплексов хлоридных комплексов благородных металлов, образующихся при выщелачивании в объеме засыпки путем контролирования в начале процесса образования у анода бурого облака [1].

Имеющийся способ имеет следующие недостатки. Процесс депассивации МПГ в условиях только переменного тока является малоэффективным ввиду недостаточного выделения хлора на переменных электродах и невозможностью перевода благородного металла в водорастворимую форму. Поэтому высокое извлечение благородных металлов достигается при последующем длительном процессе хлорирования в прямом токе при одновременном его электросаждении. Время проведения последующей стадии электрохимического извлечения благородных металлов в условиях постоянного обеднения концентрации благородных металлов в электролите также возрастает. В результате производительность процесса извлечения в целом значительно снижается.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ электрохимического извлечения благородных металлов из вторичного сырья, преимущественно в виде отработанных катализаторов и концентратов, принятый в качестве прототипа, в котором предварительную активацию благородных металлов и последующее их электроосаждение из электролита на катод проводят при температуре 90-160°С 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 электросаждения. Количество циклов электросаждения благородных металлов на катод составляет 1-3 [2].

Основным недостатком данного способа является длительность стадии уменьшения объема электролита до момента прекращения прохождения тока. В условиях, когда обрабатываемый материал имеет поры, насыщенные электролитом, момента прекращения прохождения тока можно добиться только в условиях длительной стадии эвакуации электролита из пор, например, за счет дополнительного внешнего нагрева засыпки и испарения электролита. При этом происходит спекание дисперсного материала и его последующее извлечение из установки затруднительно, эффективность процесса падает. Корме того, в условиях значительного содержания серы в отработанном катализаторе образуются пассивные формы благородного металла, которые не вскрываются в полном объеме при активации за счет наложения переменного и постоянного тока. Данные формы находятся в тонких порах, что затрудняет и удлиняет временной процесс отмывки и извлечения благородного металла.

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.

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

Сущность способа

Технический результат достигается тем, что в известном способе электрохимического извлечения благородных металлов из вторичного сырья, включающем обработку материала в электролите электрохлорированием с наложением прямого и переменного токов с предварительной активацией благородных металлов и последующее электросаждение их на катод в условиях уменьшения объема электролита, предварительную активацию благородных металлов в катализаторе проводят в среде газообразных продуктов электролиза в процессе постепенного заполнения засыпки катализатора электролитом, а после заполнения электролитом - в инертном газе при давлении 5-10 атм. Уменьшение объема электролита в процессе электроосаждения благородных металлов ведут и контролируют за счет его переконденсации в отдельную емкость путем периодического сброса давления газов в систему конденсации до момента завершения накопления электролита в накопительной емкости. Затем добавляют свежий электролит до первоначального объема, повышают давление инертного газа до 5-10 атм и повторяют цикл электроосаждения с периодическим сбросом давления.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. При предварительной обработке (активации) исходного катализатора в газовой фазе активными продуктами электролиза соляной кислоты в поры катализатора проникают газообразные активные реагенты (хлор и водород), которые способствуют депассивации благородного металла. В дальнейшем, при заполнении засыпки электролитом, подача внешнего давления инертного газа способствует проникновению жидкого электролита в мелкие поры материала. Дальнейшая обработка катализатора при температуре и давлении позволяет достичь более полного вскрытия пассивных фаз благородного металла, расположенного в узких порах. Сброс внешнего давления позволяет за счет эффекта расширяющегося газового поршня в порах вытолкнуть из них электролит вместе с растворенными продуктами реакции в общий объем электролита. Тем самым осуществляется эффективная промывка пор катализатора.

Примеры осуществления способа

Пример 1

Отработанный автокатализатор с содержанием платины - 0,1 масс. %, палладия - 0,04 масс. %, родия - 0,012 масс. % после помола загружали в автоклав-электролизер в количестве 20 кг. В нижнее свободное межэлектродное пространство автоклава-электролизера подавали электролит на основе соляной кислоты. Далее проводили его электрохимическое разложение в течение 0,5 часа, обрабатывая катализатор активным хлором и водородом в газовой фазе.

Затем снизу засыпки катализатора подавали электролит при включенной нижней паре электродов постоянного тока в течении 1 часа, постепенно заполняя засыпку электролитом до конечного объемного соотношения Т/Ж=1/(1-2). Далее в автоклав-электролизер подавали инертный газ при давлении 5 атм и начинали разогрев засыпки переменным током до температуры 150°С. При достижении температуры 90°С начинали электрохлорирование материала в переменном токе с частотой 1-100 Гц и постоянном токе 20-30А. Выдержка при температуре 150°С и давлении 10 атм составляла 1 час. Далее переменный ток отключали и проводили постепенное снижение давления за счет снижения температуры. В процессе электроосаждения растворенных благородных металлов на катод осуществляли периодический сброс давления паров автоматическим клапаном в систему конденсации, тем самым частично понижая уровень электролита в засыпке. Дальнейшая продувка инертным газом позволила сократить время стадии электроосаждения до момента окончания накопления электролита в накопительной емкости до 8 часов. Для более полного извлечения благородных металлов в электролизер снова заливали свежий электролит и электроосаждение благородных металлов проводили без разогрева в условиях накачки давления инертного газа 5 атм и периодического его сброса с парами электролиза. В конце процесса остатки электролита сливали и объединяли с конденсатом для повторного применения. Данный процесс занял 4 часа. Общее извлечение составило по платине - 97 масс. %, палладию - 99 масс. %. родию -84 масс. %.

Пример 2

Отработанный нефтехимический катализатор на основе гамма-оксид алюминия в виде гранул в количестве 20 кг с содержанием платины 0.23 масс. % засыпали в автоклав-электролизер. В нижнее свободное межэлектродное пространство электролизера подавали электролит на основе соляной кислоты и проводили его электрохимическое разложение в течение 1 часа. Затем постепенно снизу засыпки катализатора подавали электролит при включенной нижней паре электродов постоянного тока в течении 1 часа, заполняя засыпку электролитом в конечном объемном соотношении Т/Ж=1/(1-2). Далее в автоклав-электролизер подавали инертный газ при давлении 10 атм и начинали разогрев засыпки переменным током до температуры 180°С. При достижении температуры 60°С начинали электрохлорирование материала в переменном токе с частотой 1-100 Гц и постоянном токе 20-30A. Выдержка при температуре 180°С и давлении 15 атм составляла 1 час. Далее переменный ток отключали и проводили постепенное снижение давления за счет снижения температуры. В процессе электроосаждения растворенных благородных металлов на катод осуществляли периодический сброс давления паров автоматическим клапаном в систему конденсации, тем самым частично понижая уровень электролита в засыпке. Дальнейшая продувка инертным газом позволила сократить время стадии электроосаждения до момента окончания накопления электролита в накопительной емкости до 7 часов. Для более полного извлечения благородных металлов в электролизер снова заливали свежий электролит и электроосаждение благородных металлов проводили без разогрева в условиях накачки давления инертного газа 10 атм и периодического его сброса с парами электролиза. В конце процесса остатки электролита сливали и объединяли с конденсатом для повторного применения. Данный процесс занял 4 часа, общее извлечение составило по платине 97 масс. %.

Таким образом, предложенный способ позволяет увеличить производительность при обеспечении высокого процента извлечения благородных металлов по сравнению с прототипом.

Список литературных источников

1. Патент 2198947 Российская Федерация, МПК С22В 11/00, С22В 3/04, С22В 7/00. Способ извлечения благородных металлов /Антонов А.А., Морозов А.В., Крыщенко К.И. - Заявка: 2000123379/02, 12.09.2000, опубл.: 10.08.2002 Бюл. №22.

2. Патент 254025 Российская Федерация, МПК С22В 11/00, С25С 1/20, С22В 7/00. Способ электрохимического извлечения благородных металлов/Антонов А. А., Морозов А. В., Новиков А. А., Сапелкин В. С.- Заявка: 2014107078/02, 26.02.2014, опубл.: 10.02.2015 Бюл. №4.

Изобретение относится к электрохимии благородных металлов, в частности электрохлоринации, и может быть использовано при переработке вторичных металлов платиновой группы (МПГ). Способ включает обработку катализатора в электролите электрохлорирования с наложением прямого и переменного токов с предварительной активацией благородных металлов и последующим электроосаждением их на катоде в условиях уменьшения объема электролита. Предварительную активацию благородных металлов в катализаторе проводят в среде газообразных продуктов электролиза при постепенном заполнении засыпки катализатора электролитом на основе соляной кислоты. После заполнения электролитом - в инертном газе при давлении 5-10 атм. Уменьшение объема электролита в процессе ведут и контролируют за счет его переконденсации в отдельную накопительную емкость путем периодического сброса давления газов в систему конденсации до момента завершения накопления электролита в накопительной емкости. Добавляют свежий электролит до первоначального объема, повышают давление инертного газа до первоначального в 5-10 атм и повторяют цикл электроосаждения с периодическим сбросом давления. Изобретение позволяет упростить и повысить производительность процесса при обеспечении высокого процента извлечения благородных металлов. 2 пр.

Способ электрохимического извлечения благородных металлов из отработанных катализаторов, включающий обработку катализатора в электролите электрохлорирования при наложении прямого и переменного токов с предварительной активацией благородных металлов и последующим электроосаждением их на катоде в условиях уменьшения объема электролита, отличающийся тем, что предварительную активацию благородных металлов в катализаторе проводят в среде газообразных продуктов электролиза при постепенном заполнении засыпки катализатора электролитом на основе соляной кислоты, а после заполнения электролитом - в инертном газе при давлении 5-10 атм, при этом уменьшение объема электролита в процессе электроосаждения благородных металлов ведут и контролируют за счет его переконденсации в отдельную накопительную емкость путем периодического сброса давления газов в систему конденсации до момента завершения накопления электролита в указанной накопительной емкости, после чего добавляют свежий электролит до первоначального объема, повышают давление инертного газа до первоначального в 5-10 атм и повторяют цикл электроосаждения с периодическим сбросом давления.