СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ В ОТРАБОТАННОМ КАТАЛИЗАТОРЕ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИМ МЕТОДОМ Российский патент 2022 года по МПК C22B11/02 C22B7/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к сфере получения металлов платиновой группы, а именно к способу концентрирования металлов платиновой группы в отработанном катализаторе на основе алюминия пирометаллургическим методом.

Уровень техники

Благодаря высокой стабильности, жаропрочности, отличной каталитической активности и другим исключительным физико-химическим свойствам металлы платиновой группы (Металлы платиновой группы, МПГ) широко используются в автомобильной промышленности, нефтяной отрасли, электронике и электротехнике, химической промышленности, аэрокосмической промышленности, в области защиты окружающей среды и в других областях. Однако Китай имеет скудные запасы металлов платиновой группы, но при этом потребляет их в общих объемах, поэтому сильно зависит от зарубежных поставщиков и имеет ярко выраженное несоответствие между спросом и предложением. Нефтехимическая отрасль - важная область применения металлов платиновой группы, где они используются для гидрирования, дегидрирования, окисления, восстановления, изомеризации, ароматизации, крекинга, синтеза катализаторов на носителях из Al₂O₃. По состоянию на 2018 год в нефтяной и химической отраслях в Китае насчитывалось 26 тыс. крупных предприятий, объем переработки сырой нефти превышал 650 млн тонн, расход катализаторов около 6000-8000 т, расход металлов платиновой группы - 20-25 т, имелись достаточно большие запасы ресурсов.

Носитель отработанных катализаторов на основе алюминия представляет собой Al₂O₃ с высокой температурой плавления. Обычный катализатор CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ имеет высокую температуру плавления и образует большой объем шлака. При использовании железа в качестве коллектора образуется тугоплавкий сплав - ферросилиций, что в конечном итоге приводит к низкому коэффициенту извлечения металлов платиновой группы.

В настоящее время основным методом извлечения металлов платиновой группы из отработанных катализаторов на носителях из Al₂O₃ является метод влажного растворения, то есть металлы платиновой группы растворяют разными окисляющими веществами в кислотной среде, обеспечивая эффективное разделение металлов платиновой группы и носителя. Например, китайский патент на изобретение (номер заявки CN 201810979537.5) описывает способ извлечения платины и рения из отработанного катализатора на носителе из оксида алюминия с использованием серной кислоты для растворения носителя из оксида алюминия, для гидролиза платины используется царская водка; этот способ требует большое количество серной кислоты и приводит к образованию большого объема сточных вод, из-за чего оказывается большая нагрузка на окружающую среду. Китайский патент на изобретение (номер заявки CN 201910796194.3) описывает метод предварительной обработки окислительным обжигом с последующим выщелачиванием палладия соляной кислотой и окислителем на основе хлора. Китайский патент на изобретение (номер заявки CN 201810181326.7) описывает технологию извлечения органических веществ из отработанного катализатора низкотемпературной перегонкой с последующим применением HCl+NaC+Н₂О₂ для окислительного выщелачивания палладия. Китайский патент на изобретение (номер заявки CN 201710383466.8) описывает технологию, при которой сначала осуществляется дробление и измельчение носителя из оксида алюминия, а затем - селективное растворение платины с использованием соляной кислоты, серной кислоты, NaCl и жидкого NaClO₃. Китайский патент на изобретение (номер заявки CN 201810842524.3) описывает труднорастворимый платиносодержащий отработанный катализатор на основе α-Al₂O₃, в этом случае происходит щелочная закалка и иммерсивное растворение носителя из Al₂O₃, а затем - окислительное растворение платины в смеси соляной кислоты и хлората натрия. В результате применения вышеописанных технологий влажным методом образуется большое количество сточных вод, кроме того, в процессе растворения металлов платиновой группы образуются Cl₂, NO_x и другие отравляющие газы, серьезно загрязняющие окружающую среду.

В последние годы активно исследуют концентрирование при выплавке пирометаллургическим методом. Китайский патент на изобретение (CN 201710856842.0) описывает способ микроволнового нагрева и плавки для улавливания металлов платиновой группы с использованием Ni₃S₂ в качестве коллектора с добавлением как минимум одного вида шлакообразующего компонента: бура, карбонат натрия, бикарбонат натрия, гидроксид натрия, пероксид натрия и метилцеллюлоза. Способ извлечения металлов платиновой группы с помощью микроволн из отработанного катализатора при температуре 1050-1200°С имеет такие преимущества, как низкая температура плавления и высокая степень извлечения. Однако в процессе улавливания образуется SO₂, к тому же, никель является токсичным тяжелым металлом, что создает потенциальные риски для окружающей среды. Китайский патент на изобретение (CN201811156196.8) описывает способ циклического использования отработанных печатных плат и отработанных автомобильных катализаторов в качестве ресурсного сырья. Суть метода заключается в использовании меди в качестве коллектора для извлечения металлов платиновой группы из отработанных катализаторов, степень извлечения превышает 98%, однако существует риск загрязнения тяжелыми металлами и выброса диоксинов. Китайский патент на изобретение (CN201510797358.6) описывает процесс, при котором в качестве коллектора используется никелевый штейн, в качестве шлакообразующих компонентов для плавки и извлечения металлов платиновой группы из отработанного катализатора при температуре 1400-1450°С используются оксид кальция и диоксид кремния, к тому же, никель является токсичным тяжелым металлом, и в процессе плавки образуется газ SO₂. Китайский патент на изобретение (CN201911145745.6) описывает способ извлечения металлов платиновой группы из отработанного катализатора летучих органических соединений, при котором в качестве коллектора используется FeS₂, а в качестве шлакообразующих компонентов используются оксид кальция, карбонат натрия, фторид кальция, бура и др. Температура плавления составляет 1000-1700°С; этот способ дает хороший результат извлечения металлов платиновой группы, но имеет такие недостатки, как образование газа SO₂ и большого количества шлака. В китайском патенте на изобретение (CN201610883402.X) и в литературном источнике (Хэ Сяотан, Ли Юн, У Силун, Чжао Ю, Ван Хуань, Лю Вэнь, «Предварительное исследование технологии концентрирования металлов платиновой группы методом плазменной дуговой плавки [J]. Драгоценные металлы, 2016 г., 37(01): 1-5) описывается использование автомобильных отработанных катализаторов и железа в качестве коллектора с помощью плазменно-дуговой печи, температура плавления составляет 1500-1800°С. Данный способ имеет такие преимущества, как короткий технологический процесс и высокая степень извлечения металлов платиновой группы. Однако при высокой температуре образуется ферросилиций, который впоследствии сильно затрудняет выделение металлов платиновой группы, что в конечном итоге приводит к увеличению затрат и низкой степени извлечения. Например, в литературе (У Силун, Хэ Сяотан, Ли Хунмэй, Чжао Цзиньчэн, Ши Цюцзе, Тан Юнсун, Ли Юн, Ван Хуань, Чжао Ю, Лэй Тин, «Экспериментальное исследование растворения концентратов ферросплавов, содержащих платину, палладий и родий [J]. Цветные металлы (часть «Выплавка»), 2016(03): 52-54+67) рассматривается растворение ферросплавов, полученных плазменной плавкой, и извлечение металлов платиновой группы. Содержание элементарного кремния в ферросплавах составляет 10-15%. Обнаружено, что Fe-МПГ очень устойчивы к коррозии. При оптимальных условиях процесса выщелачивания с использованием соляной кислоты и окисленного хлората натрия коэффициенты выщелачивания платины, палладия и родия составляют 57%, 62% и 25% соответственно. Китайский патент на изобретение (CN 103014352 А) описывает способ извлечения методом плавки металлов платиновой группы из нефтехимических катализаторов на носителе из оксида алюминия с использованием железа и меди в качестве коллектора и натриевой соли в качестве шлакообразующего компонента. Способ извлечения металлов платиновой группы из нефтехимических катализаторов на носителе из оксида алюминия при температуре 1100-1450°С хотя и позволяет избежать образования ферросилиция, однако он не описывает, какого рода натриевая соль используется, а результат извлечения требует подтверждения.

Раскрытие сущности изобретения

Предшествующий уровень техники требует серьезного расхода реагентов для выщелачивания влажным способом отработанного катализатора на основе алюминия, приводит к образованию большого количества сточных вод и загрязнению тяжелыми металлами при использовании меди, свинца и никеля в качестве коллекторов пирометаллургическим методом; высокотемпературная плавка с использованием железа в качестве коллектора приводит к образованию ферросилиция в результате восстановления диоксида кремния, что приводит к последующим техническим проблемам, связанным с низким коэффициентом выщелачивания металлов платиновой группы, высоким расходом материала, большим количеством шлака и др. Поэтому настоящее изобретение обеспечивает способ концентрирования металлов платиновой группы в отработанных катализаторах на основе алюминия пирометаллургическим методом. На основе шлаковой системы нового типа СаО-Al₂O₃-Fe₂O₃-В₂О₃, не содержащей кремния, и используя железо в качестве коллектора для извлечения металлов платиновой группы из отработанных катализаторов, можно полностью избежать загрязнения тяжелыми металлами и образования ферросилиция и добиться экологически чистого и малозатратного извлечения металлов платиновой группы с низким содержанием шлаков и высоким коэффициентом извлечения, в связи с чем данный способ имеет перспективы промышленного применения. В настоящем изобретении используются следующие технические решения: Способ концентрирования металлов платиновой группы в отработанном катализаторе на основе алюминия пирометаллургическим методом заключается в том, что железо используется в качестве коллектора, отработанный катализатор на основе алюминия используется в качестве объекта переработки, применяется шлаковая система СаО-Al₂O₃-Fe₃O₃-В₂О₃, извлечение металлов платиновой группы происходят путем плавки при определенном парциальном давлении и, наконец, после разделения шлака и железа получают сплав Fe-МПГ, что обеспечивает эффективное извлечение металлов платиновой группы.

Кроме того, массовые доли СаО, Al₂O₃, Fe₂O₃ и В₂О₃ в описанной шлаковой системе СаО-Al₂O₃-Fe₂O₃-В₂О₃ составляют 35-50%, 40-60%, 5-10%, 0-10% соответственно; сумма СаО, Al₂O₃, Fe₂O₃ и В₂О₃≥90%.

Кроме того, в описанной шлаковой системе СаО-Al₂O₃-Fe₂O₃-В₂О₃ помимо четырех компонентов СаО, Al₂O₃, Fe₂O₃ и В₂О₃ используются и другие компоненты один или несколько следующих компонентов: Li₂O, Na₂O, К₂О, MgO, FeO и MnO, содержание каждого из них составляет 0-5% массовой доли.

Кроме того, в качестве описанного коллектора используется порошок железа, количество которого составляет 5-40% массовой доли от массы упомянутого отработанного катализатора на основе алюминия, парциальное давление кислорода поддерживается на уровне ≤10^-3 атм, температура плавления составляет 1500-1800°С. При этом, контролируя парциальное давление кислорода в системе на уровне ≤10^-3 атм, можно предотвратить вступление железа в реакцию с Fe₂O₃ в шлаковой фазе, которая приводит к потерям коллектора и влияет на результат извлечения.

Кроме того, упомянутый способ может полностью решить проблему образования ферросилиция в процессе использования железа в качестве коллектора, степень извлечения металла платиновой группы данным способом составляет не менее 99%.

Кроме того, шлаковый расплав, образованный в результате упомянутого способа, не содержит тяжелых металлов, имеет высокое содержание Al₂O₃ и определенное количество В₂О₃. Шлаковый расплав, полученный при извлечении металлов платиновой группы методом плавки, может использоваться для производства цемента с высокой прочностью, хорошей термической стабильностью и низким коэффициентом расширения.

Кроме того, упомянутый отработанный катализатор на основе алюминия представляет собой отработанный катализатор, содержащий металлы платиновой группы, на носителе из оксида алюминия.

Принцип действия настоящего изобретения заключается в следующем.

Способ, предложенный в рамках настоящего изобретения, использует такую особенность, как непрерывное образование железом и металлами платиновой группы твердого раствора. Использование нетоксичного железа для извлечения металлов платиновой группы из отработанных катализаторов на основе алюминия позволяет избежать загрязнения от меди, свинца, никеля и других тяжелых металлов, используемых для извлечения пирометаллургическим методом. Эффективность извлечения металлов платиновой группы в основном зависит от вязкости и плотности шлакового расплава. Чем ниже вязкость и плотность, тем легче разделить ферросплав и шлаковую фазу и тем выше степень извлечения металлов платиновой группы. В настоящем изобретении на основе двухкомпонентной фазовой диаграммы СаО-Al₂O₃ при температуре около 1370°С происходит эвтектическая реакция, а затем путем добавления СаО и Al₂O₃ к Fe₂O₃ при относительно низкой температуре плавления образуется феррит кальция (1100-1250°С) и ферроалюминат кальция (~1400°С), далее температура плавления в шлаковой фазе еще больше снижается, и когда содержание Al₂O₃ в шлаковой фазе находится в диапазоне 40-60% массовой доли, точка плавления падает ниже 1400°С, при определенной степени перегрева (100-400°С) образуется шлаковый расплав с хорошей текучестью. Одновременно с этим вводится В₂О₃, в результате реакции с СаО и Al₂O₃ образуется борат кальция с низкой температурой плавления, борат алюминия, бороалюминат кальция и другие соединения. Затем эти соединения и вышеупомянутый феррит кальция, ферроалюминат кальция образуют эвтектический сплав с более низкой точкой плавления. Затем образуется шлаковая система нового типа СаО-Al₂O₃-Fe₂O₃-В₂О₃ с более низкой вязкостью и плотностью. Чтобы выполнить требования более низкой температуры плавления (<1400°С), содержание Al₂O₃ в шлаковой фазе увеличивается одновременно с увеличением степени извлечения металлов платиновой группы.

Положительный эффект настоящего изобретения заключается в следующем.

(1) В упомянутом способе настоящего изобретения используется шлаковая система СаО-Al₂O₃-Fe₂O₃-В₂О₃, которая в корне предотвращает введение кремния и полностью решает проблему образования при высокой температуре ферросилиция при использовании железа в качестве коллектора в общеизвестной шлаковой системе CaO-(MgO)-Al₂O₃-SiO₂, способствуя эффективному разделению металлов платиновой группы и железа.

(2) Шлаковая система СаО-Al₂O₃-Fe₂O₃-В₂О₃, выбранная в рамках настоящего изобретения, имеет низкую температуру плавления (≤1400°С), высокое содержание Al₂O₃ в шлаковой фазе (40-60% массовой доли), небольшое количество добавляемого флюса, а также такие преимущества, как меньшее количество шлака, экономия энергии и защита окружающей среды.

(3) Согласно настоящему изобретению, в процессе шлакообразования СаО, Al₂O₃, Fe₂O₃ и В₂О₃ образуется ряд низкотемпературных соединений и эвтектический сплав с низкой температурой плавления, что еще больше снижает температуру плавления в шлаковой фазе и увеличивает соответствующий интервал фазового состава шлака. В то же время, из-за низкой плотности В₂О₃ также снижается плотность шлаковой фазы, что способствует осаждению ферросплава, осуществляется эффективное разделение шлаковой фазы и ферросплава и увеличивается коэффициент извлечения металлов платиновой группы.

(4) Шлаковый расплав, полученный в рамках настоящего изобретения, благодаря своему уникальному химическому составу можно использовать для производства цемента с хорошей термической стабильностью, высокой прочностью и низким коэффициентом расширения, что обеспечивает циклическое использование отработанного шлака.

Краткое описание иллюстраций

Схема - блок-схема варианта реализации настоящего изобретения - способа концентрирования металлов платиновой группы в отработанном катализаторе на основе алюминия пирометаллургическим методом.

Осуществление изобретения

Ниже приводится подробное описание конкретных вариантов реализации настоящего изобретения с сопроводительными чертежами. Следует отметить, что технические характеристики или комбинации технических характеристик, описанные в следующих вариантах реализации, не следует считать отдельными, они могут быть объединены друг с другом для достижения лучших технических результатов. На чертежах следующих вариантов реализации одни и те же обозначения означают одни и те же характеристики или компоненты, которые могут быть применимы к разным вариантам реализации.

Изобретение относится к способу концентрирования металлов платиновой группы в отработанном катализаторе на основе алюминия пирометаллургическим методом; как показано на блок-схеме 1, в данном способе в качестве коллектора используется железо и применяется шлаковая система нового типа СаО-Al₂O₃-Fe₂O₃-В₂О₃. После составления смеси и смешивания происходит выплавка при температуре 1500-1800°С и парциальном давлении кислорода ниже 10^-3 атм, шлаковая фаза отделяется от легированной фазы, образуя сплав Fe-МПГ, богатый содержанием металлов платиновой группы.

В варианте реализации настоящего изобретения массовые доли СаО, Al₂O₃, Fe₂O₃ и В₂О₃ в шлаковой системе, не содержащей кремния, составляют 35-50%, 40-60%, 5-10% и 0-10% соответственно, сумма четырех компонентов составляет ≥90%.

Ниже приводится подробное описание конкретных вариантов реализации настоящего изобретения.

Пример 1

Берут 100 частей отработанного нефтехимического платиносодержащего катализатора на основе алюминия, добавляют флюс СаО, Fe₂O₃, В₂О₃, чтобы довести фазовый состав шлака до Al₂O₃ 40%, СаО 50%, Fe₂O₃ 5%, В₂О₃ 5%, добавляют 5 частей железного порошка и перемешивают до получения однородной смеси. После смешивания смесь помещают в плавильную печь. Температура выплавки составляет 1550°С, давление кислорода в печи поддерживают на уровне 10^-3 атм. После завершения реакции смесь оставляют в покое на определенный период времени, чтобы расплав ферросплава мог полностью извлечь платину и опуститься на дно расплава. Затем шлак отделяют от металла и получают сплава Fe-Pt и шлаковый расплав. Коэффициент извлечения платины после контроля составляет 99,2%. Шлаковый расплав используется для производства высококачественного цемента.

Пример 2

Берут 100 частей отработанного нефтехимического палладиевого катализатора на основе алюминия, добавляют флюс СаО, Fe₂O₃, В₂О₃, чтобы довести фазовый состав шлака до Al₂O₃ 42%, СаО 40%, Fe₂O₃ 5%, В₂О₃ 10%, Na₂O 3%, добавляют 7 частей железного порошка и хорошо перемешивают. Помещают смесь в плавильную печь и выплавляют при температуре плавления 1500°С, давление кислорода в печи поддерживают на уровне 2,1 × 10^-3 атм. После завершения реакции смесь оставляют в покое на определенный период времени, чтобы расплав ферросплава мог полностью извлечь палладий и опуститься на дно расплава. Затем шлак отделяют от металла и получают сплав Fe-Pd и шлаковый расплав. Коэффициент извлечения палладия составляет 99,4%, шлаковый расплав используется для производства высококачественного цемента.

Пример 3

Берут 100 частей отработанного нефтехимического платиносодержащего катализатора на основе алюминия, добавляют флюс СаО, Fe₂O₃, В₂О₃, чтобы довести фазовый состав шлака до Al₂O₃ 45%, СаО 44%, Fe₂O₃ 5%, В₂О₃ 1%, К₂О 2%, Na₂O 3%, добавляют 10 частей железного порошка и хорошо перемешивают. Помещают смесь в плавильную печь и выплавляют при температуре плавления 1600°С, давление кислорода в печи поддерживают на уровне 3,5 × 10^-3 атм. После завершения реакции смесь оставляют в покое на определенный период времени, чтобы расплав ферросплава мог полностью извлечь платину и опуститься на дно расплава. Затем шлак отделяют от металла и получают сплав Fe-Pt и шлаковый расплав. Коэффициент извлечения платины составляет 99,0%, шлаковый расплав используется для производства высококачественного цемента.

Пример 4

Берут 50 частей отработанного нефтехимического платино-родиевого катализатора на основе алюминия и 50 частей отработанного нефтехимического палладиевого катализатора на основе алюминия, добавляют флюс СаО, Fe₂O₃, В₂О₃, MgO, чтобы довести фазовый состав шлака до Al₂O₃ 50%, СаО 35%, Fe₂O₃ 10%, В₂О₃ 3%, MgO 3%, добавляют 15 частей железного порошка и хорошо перемешивают. Помещают смесь в плавильную печь и выплавляют при температуре плавления 1650°С, давление кислорода в печи поддерживают на уровне 4,3 × 10^-3 атм. После завершения реакции смесь оставляют в покое на определенный период времени, чтобы расплав ферросплава мог полностью извлечь платину и палладий и опуститься на дно расплава. Затем шлак отделяют от металла и получают сплав Fe-Pt/Rd и шлаковый расплав. Коэффициент извлечения платины и палладия составляет 99,2% и 99,4% соответственно, шлаковый расплав используется для производства высококачественного цемента.

Пример 5

Берут 100 частей отработанного платино-иридиевого катализатора после риформинга нефти, добавляют флюс СаО, Fe₂O₃, чтобы довести фазовый состав шлака до Al₂O₃ 55%, СаО 40%, Fe₂O₃ 5%, добавляют 20 частей железного порошка и хорошо перемешивают. Помещают смесь в плавильную печь и выплавляют при температуре плавления 1720°С, давление кислорода в печи поддерживают на уровне 5,2 × 10^-4 атм. После завершения реакции смесь оставляют в покое на определенный период времени, чтобы расплав ферросплава мог полностью извлечь платину и иридий и опуститься на дно расплава. Затем шлак отделяют от металла и получают сплав Fe-Pt/Ir и шлаковый расплав. Коэффициент извлечения платины и иридия составляет 99,5% и 99,2% соответственно. Шлаковый расплав используется для производства высококачественного цемента.

Пример 6

Берут 100 частей отработанного нефтехимического платиносодержащего катализатора на основе алюминия, добавляют флюс СаО, Fe₂O₃, В₂О₃, чтобы довести фазовый состав шлака до Al₂O₃ 52%, СаО 40%, Fe₂O₃ 6%, В₂О₃ 2%, добавляют 25 частей железного порошка. После смешивания смесь помещают в плавильную печь. Температура плавления составляет 1750°С, давление кислорода в печи поддерживают на уровне 3,7×10^-4 атм. После завершения реакции смесь оставляют в покое на определенный период времени, чтобы расплав ферросплава мог полностью извлечь платину и опуститься на дно расплава. Затем шлак отделяют от металла и получают сплав Fe-Pt и шлаковый расплав. Коэффициент извлечения платины составляет 99,7%. Шлаковый расплав используется для производства высококачественного цемента.

Пример 7

Берут 100 частей отработанного нефтехимического палладиевого катализатора на основе алюминия, добавляют флюс СаО, Fe₂O₃, B₂O₃, чтобы довести фазовый состав шлака до Al₂O₃ 50%, СаО 42%, Fe₂O₃ 5%, В₂О₃ 3%, добавляют 30 частей железного порошка и хорошо перемешивают. Помещают смесь в плавильную печь и выплавляют при температуре плавления 1700°С, давление кислорода в печи поддерживают на уровне 2,7 × 10^-4 атм. После завершения реакции смесь оставляют в покое на определенный период времени, чтобы расплав ферросплава мог полностью извлечь палладий и опуститься на дно расплава. Затем шлак отделяют от металла и получают сплав Fe-Pd и шлаковый расплав. Коэффициент извлечения палладия составляет 99,1%. Шлаковый расплав используется для производства высококачественного цемента.

Пример 8

Берут 100 частей отработанного платино-палладиевого катализатора после изомеризации нефти, добавляют флюс СаО, Fe₂O₃, B₂O₃, чтобы довести фазовый состав шлака до Al₂O₃ 48%, СаО 45%, Fe₂O₃ 6%, B₂O₃ 1%, добавляют 35 частей железного порошка и хорошо перемешивают. Помещают смесь в плавильную печь и выплавляют при температуре плавления 1680°С, давление кислорода в печи поддерживают на уровне 5,4 × 10^-4 атм. После завершения реакции смесь оставляют в покое на определенный период времени, чтобы расплав ферросплава мог полностью извлечь палладий и опуститься на дно расплава. Затем шлак отделяют от металла и получают сплав Fe-Pt/Pd и шлаковый расплав. Коэффициент извлечения платины и палладия составляет 99,4% и 99,5% Шлаковый расплав используется для производства высококачественного цемента.

Пример 9

Берут 100 частей отработанного палладиевого катализатора, используемого в производстве перекиси водорода, добавляют флюс СаО, Fe₂O₃, карбонат натрия, карбонат лития, чтобы довести фазовый состав шлака до Al₂O₃ 46%, СаО 44%, Fe₂O₃ 5%, Na₂O 3%, Li₂O 2%, добавляют 40 частей железного порошка и хорошо перемешивают. Помещают смесь в плавильную печь и выплавляют при температуре плавления 1600°С, давление кислорода в печи поддерживают на уровне 1,3 × 10^-5 атм. После завершения реакции смесь оставляют в покое на определенный период времени, чтобы расплав ферросплава мог полностью извлечь палладий и опуститься на дно расплава. Затем шлак отделяют от металла и получают сплав Fe-Pd и шлаковый расплав. Коэффициент извлечения палладия составляет 99,5%. Шлаковый расплав используется для производства высококачественного цемента.

Пример 10

Берут 100 частей отработанного нефтехимического платино-родиевого катализатора на основе алюминия, добавляют флюс СаО, Fe₂O₃, B₂O₃, чтобы довести фазовый состав шлака до Al₂O₃ 43%, СаО 48%, Fe₂O₃ 7%, В₂О₃ 2%, добавляют 18 частей железного порошка и хорошо перемешивают. Помещают смесь в плавильную печь и выплавляют при температуре плавления 1660°С, давление кислорода в печи поддерживают на уровне 2,5 × 10^-4 атм. После завершения реакции смесь оставляют в покое на определенный период времени, чтобы расплав ферросплава мог полностью извлечь платину и родий и опуститься на дно расплава. Затем шлак отделяют от металла и получают сплав Fe-Pt/Rh и шлаковый расплав. Коэффициент извлечения платины и родия составляет 99,6% и 99,2% соответственно. Шлаковый расплав используется для производства высококачественного цемента.

Пример 11

Берут 100 частей отработанного палладиевого катализатора на основе алюминия, используемого в производстве уксусной кислоты, добавляют флюс СаО, Fe₂O₃, В₂О₃, MgO, MnO, чтобы довести фазовый состав шлака до Al₂O₃ 40%, СаО 40%, Fe₂O₃ 5%, В₂О₃ 8%, MgO 4%, MnO 3%, добавляют 23 части железного порошка и хорошо перемешивают. Помещают смесь в плавильную печь и выплавляют при температуре плавления 1520°С, давление кислорода в печи поддерживают на уровне 4,1 × 10^-5 атм. После завершения реакции смесь оставляют в покое на определенный период времени, чтобы расплав ферросплава мог полностью извлечь палладий и опуститься на дно расплава. Затем шлак отделяют от металла и получают сплав Fe-Pd и шлаковый расплав. Коэффициент извлечения палладия составляет 99,3%. Шлаковый расплав используется для производства высококачественного цемента.

Пример 12

Берут 100 частей отработанного нефтехимического платиносодержащего катализатора на основе алюминия, добавляют флюс СаО, Fe₂O₃, В₂О₃, карбонат натрия, FeO, чтобы довести фазовый состав шлака до Al₂O₃ 44%, СаО 40%, Fe₂O₃ 5%, В₂О₃ 1%, Na₂O 7%, FeO 3%, добавляют 36 частей железного порошка и хорошо перемешивают. Помещают смесь в плавильную печь и выплавляют при температуре плавления 1550°С, давление кислорода в печи поддерживают на уровне 1,5 × 10^-6 атм. После завершения реакции смесь оставляют в покое на определенный период времени, чтобы расплав ферросплава мог полностью извлечь платину и опуститься на дно расплава. Затем шлак отделяют от металла и получают сплав Fe-Pt и шлаковый расплав. Коэффициент извлечения платины составляет 99,4%. Шлаковый расплав используется для производства высококачественного цемента.

Пример 13

Берут 100 частей отработанного нефтехимического рутениевого катализатора на основе алюминия, добавляют флюс СаО, Fe₂O₃, В₂О₃, карбонат натрия, чтобы довести фазовый состав шлака до Al₂O₃ 50%, СаО 35%, Fe₂O₃ 7%, В₂О₃ 6%, Na₂O 2%, добавляют 15 частей железного порошка и хорошо перемешивают. Помещают смесь в плавильную печь и выплавляют при температуре плавления 1740°С, давление кислорода в печи поддерживают на уровне 3,2 × 10^-6 атм. После завершения реакции смесь оставляют в покое на определенный период времени, чтобы расплав ферросплава мог полностью извлечь рутений и опуститься на дно расплава. Затем шлак отделяют от металла и получают сплав Fe- Ru и шлаковый расплав. Коэффициент извлечения рутения составляет 99,2%. Шлаковый расплав используется для производства высококачественного цемента.

Пример 14

Берут 100 частей отработанного нефтехимического платиносодержащего катализатора на основе алюминия, добавляют флюс СаО, Fe₂O₃, В₂О₃, чтобы довести фазовый состав шлака до Al₂O₃ 54%, СаО 37%, Fe₂O₃ 6%, В₂О₃ 3%, добавляют 12 частей железного порошка. После смешивания смесь помещают в плавильную печь. Температура плавления составляет 1750°С, давление кислорода в печи поддерживают на уровне 2,4 × 10^-6 атм. После завершения реакции смесь оставляют в покое на определенный период времени, чтобы расплав ферросплава мог полностью извлечь платину и опуститься на дно расплава. Затем шлак отделяют от металла и получают сплав Fe-Pt и шлаковый расплав. Коэффициент извлечения платины составляет 99,6%. Шлаковый расплав используется для производства высококачественного цемента.

Пример 15

Берут 100 частей отработанного нефтехимического палладиевого катализатора на основе алюминия, добавляют флюс СаО, Fe₂O₃, В₂О₃, чтобы довести фазовый состав шлака до Al₂O₃ 57%, СаО 35%, Fe₂O₃ 5%, В₂О₃ 3%, добавляют 20 частей железного порошка и хорошо перемешивают. Помещают смесь в плавильную печь и выплавляют при температуре плавления 1780°С, давление кислорода в печи поддерживают на уровне 6,4 × 10^-6 атм. После завершения реакции смесь оставляют в покое на определенный период времени, чтобы расплав ферросплава мог полностью извлечь палладий и опуститься на дно расплава. Затем шлак отделяют от металла и получают сплав Fe-Pd и шлаковый расплав. Коэффициент извлечения палладия составляет 99,5%. Шлаковый расплав используется для производства высококачественного цемента.

Пример 16

Берут 100 частей отработанного нефтехимического платиносодержащего катализатора на основе алюминия, добавляют флюс СаО, Fe₂O₃, чтобы довести фазовый состав шлака до Al₂O₃ 60%, СаО 35%, Fe₂O₃ 5%, добавляют 5 частей железного порошка. После смешивания смесь помещают в плавильную печь. Температура плавления составляет 1800°С, давление кислорода в печи поддерживают на уровне 1,4 × 10^-8 атм. После завершения реакции смесь оставляют в покое на определенный период времени, чтобы расплав ферросплава мог полностью извлечь платину и опуститься на дно расплава. Затем шлак отделяют от металла и получают сплав Fe-Pt и шлаковый расплав. Коэффициент извлечения платины составляет 99,7%. Шлаковый расплав используется для производства высококачественного цемента.

Изобретение относится к извлечению металлов платиновой группы (МПГ) и представляет собой способ концентрирования металлов платиновой группы в отработанном катализаторе на основе алюминия пирометаллургическим методом. Отработанный катализатор смешивают с коллектором, в качестве которого используют порошок железа, в количестве 5-40 мас. % от массы отработанного катализатора, при этом используют шлаковую систему СаО-Al₂O₃-Fe₂O₃-В₂О₃, причем массовые доли СаО, Al₂O₃, Fe₂O₃ и В₂О₃ в системе составляют 35-50%, 40-60%, 5-10%, ≤10% соответственно, а сумма СаО, Al₂O₃, Fe₂O₃ и В₂О₃≥90%. После чего полученную смесь выплавляют при температуре 1500-1800°С и парциальном давлении кислорода ≤10^-3 атм с получением после отделения шлакового расплава от железа сплава Fe-МПГ. Способ позволяет эффективно разделять шлаковую фазу и ферросплав при высоком коэффициенте извлечения металлов платиновой группы. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 16 пр.

1. Способ концентрирования металлов платиновой группы (МПГ) из отработанного катализатора на основе алюминия пирометаллургическим методом, характеризующийся тем, что упомянутый отработанный катализатор смешивают с коллектором, в качестве которого используют порошок железа, в количестве 5-40 мас. % от массы отработанного катализатора, при этом используют шлаковую систему СаО-Al₂O₃-Fe₂O₃-В₂О₃, причем массовые доли СаО, Al₂O₃, Fe₂O₃ и В₂О₃ в системе составляют 35-50%, 40-60%, 5-10%, ≤10% соответственно, а сумма СаО, Al₂O₃, Fe₂O₃ и В₂О₃≥90%, после чего полученную смесь выплавляют при температуре 1500-1800°С и парциальном давлении кислорода ≤10^-3 атм с получением после отделения шлакового расплава от железа сплава Fe-МПГ.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что шлаковая система СаО-Al₂O₃-Fe₂O₃-В₂О₃ дополнительно содержит по меньшей мере один компонент, выбранный из группы: Li₂O, Na₂O, К₂О, MgO, FeO и MnO, причем содержание каждого компонента из Li₂O, Na₂O, К₂О, MgO, FeO, MnO составляет 0-5 мас. %.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что упомянутый шлаковый расплав используют для производства цемента.

4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что упомянутый отработанный катализатор на основе алюминия представляет собой отработанный катализатор, содержащий металлы платиновой группы, на носителе из оксида алюминия.