СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ДЕЗАКТИВИРОВАННЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ Российский патент 2023 года по МПК C22B7/00 B01J23/10 B01J23/40 C22B1/02 C22B3/10 C22B11/00 C22B59/00 

Изобретение относится к способам переработки дезактивированных автомобильных катализаторов и, в частности, к области выделения и очистки редкоземельных металлов, содержащихся во вторичном сырье [C22B11/00, C22B11/04].

Автомобильный катализатор - сложное техническое устройство. В отличие от промышленных катализаторов, он работает в нестационарных условиях. Значительные перепады температур на разных режимах работы двигателя внутреннего сгорания, от «холодного старта», при котором температура отходящих газов близка к температуре окружающей среды, до форсированных режимов, при которых температура газов может достигать пиковых значений в 1100-1200°С. Кроме того, для него характерно чрезвычайно быстрое изменение состава и объемной скорости газового потока от работы на «богатой» смеси, при которой существует дефицит кислорода в отходящих газах, до работы на «бедных» смесях, когда избыток кислорода достигает 5% от стехиометрии. Все это приводит к достаточно быстрому износу катализатора. Критическим структурным изменениям подвергается не только нанесенный слой катализатора, содержащий в своем составе γ-оксид алюминия, допированный оксидами редкоземельных, щелочноземельных элементов и циркония, а также металлы платиновой группы, но и сам материал керамического блока, сложный алюмосиликат магния, синтетический кордиерит. Изменения в нанесенном покрытии сводятся к фазовому переходу γ-оксида алюминия в α-форму, сопровождающимся деградацией поверхности с изменением удельной площади ее с 80-120 м²/г до 25-50 м²/г. При этом происходят морфологические изменения в пористой структуре, приводящие к «схлопыванию» микро- и мезопор. В свою очередь это приводит к блокированию металлов платиновой группы и падению каталитической активности катализатора. Кроме того, из-за работ двигателя на «богатых» смесях происходит зауглероживание поверхности катализатора, из-за некачественного топлива происходит накопление серы, а из-за «проскоков» моторного масла - накопление фосфора. Особенно велико влияние серы, которая образует с платиновыми металлами сульфиды, не обладающие каталитической активностью в реакциях, проходящих на катализаторе. Материал носителя в результате работы на критических режимах претерпевает фазовые изменения и превращается из кордиерита в муллит с дополнительным уменьшением поверхности и блокировкой активных центров катализатора.

Активные компоненты катализатора, металлы платиновой группы, в начальный период работы находятся в сложных зарядовых состояниях, позволяющих эффективно осуществлять конверсию вредных компонентов отработанных газов двигателя как в диффузионной, так и в кинетической областях реакций. Со временем, происходящие морфологические изменения в составе покрытия приводят к потере каталитических свойств из-за укрупнения частиц благородных металлов от первоначального размера 5-7 нанометров до 2-5 мкм. И если поверхностный слой активных компонентов еще как-то продолжает функционировать, то внутренние слои агломератов металлов платиновой группы полностью блокированы.

Предлагаемый способ переработки дезактивированных автомобильных катализаторов учитывает все изложенные выше особенности и, в связи с этим позволяет качественно осуществить процесс извлечения металлов платиновой группы и редкоземельных элементов с повышенной экологичностью процесса переработки.

Из уровня техники известен СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ИЗМЕЛЬЧЕННОГО СКРАПА ОТРАБОТАННЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ [RU2364638, опубл. 20.08.2009] включающий растворение платиновых металлов кислотно-окисляющей смесью путем импульсной гейзерной подачи сверху на скрап порции кипящего раствора кислотно-окисляющей смеси с удалением полученного продуктивного раствора и подачи очередной чистой порции кислотно-окисляющей смеси до появления желтого цвета в продуктивном растворе с последующей промывкой подающейся сверху водой.

Недостатком аналога является техническая сложность реализации заявленного способа из-за необходимости использования импульсной гейзерной подачи сверху на скрап порции кипящего раствора кислотно-окисляющей смеси.

Также из уровня техники известен СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ АВТОМОБИЛЬНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ [RU2209843, опубл. 10.08.2003] включающий растворение кислотно-окисляющей смесью, отличающийся тем, что перед растворением проводят смачивание катализатора водным раствором соляной кислоты в соотношении HCl: Н2О= 1: 1-5, растворение ведут последующим нагревом с добавлением окислителей при кипении в парах окисляющих реагентов, и после промывки осадка водой из полученных растворов осаждают металлы цементацией в коллективный концентрат.

Недостатком аналога является низкая экологичность заявленного способа из-за необходимости добавления окислителей при кипении в парах окисляющих реагентов.

Также из уровня техники известен СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ РУТЕНИЕМ ОТРАБОТАННОГО РУТЕНИЕВОГО КАТАЛИЗАТОРА НА ОСНОВЕ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ [CN114934180, опубл. 23.08.2022] который характеризуется тем, что включает следующие этапы: на первом этапе, после кислотного выщелачивания отработанный рутениевый катализатор на основе оксида алюминия тонко измельчают до размера частиц менее 0,149 мм, после измельчения частицы добавляют в кислый раствор для выщелачивания и контролируют наличие требуемого соотношения жидкости и твердой фазы между кислым раствором для выщелачивания и отработанным рутениевым катализатором на основе оксида алюминия, отношение объема жидкости в мл к массе г оксида алюминия, на основе отработанного рутениевого катализатора должно составлять 3-8:1, скорость перемешивания 300-600 об/мин, перемешивают при комнатной температуре в течение 0,5-2 ч, затем добавляют восстановитель - алюминиевый порошок, количество добавляемого алюминиевого порошка 0,01-0,02 массы отработанного рутениевого катализатора на основе оксида алюминия, поднимают температуру реакции до 50-95°C и продолжают реакцию в течение 1-3 часов; после завершения реакции отфильтровывают и промывают смесь, получая, при этом, первичный выщелачивающий раствор и первичный выщелачивающий остаток; на втором этапе осуществляют вторичное кислотное выщелачивание, остаток первичного выщелачивания подвергают кислотному выщелачиванию свежеприготовленным раствором соляной кислоты с концентрацией 3,0-7,0 моль/л, осуществляют контроль соотношения жидкость-твердое вещество, то есть отношение объема жидкости мл к массе шлака первичного выщелачивания должно составлять 5-10:1, кислотное выщелачивание осуществляют в течении 0,5-3,0 часов, при температуре 50-95°C, со скоростью перемешивания 300-600 об/мин, после завершения реакции, фильтрации и промывки раствора кислотного выщелачивания получают кислотный остаток выщелачивания, кислотный раствор выщелачивания возвращают на первый этап для повторного использования, а кислотный остаток выщелачивания направляют в процесс экстракции рутения; на третьем этапе добавляют гидроксид натрия в первичный раствор выщелачивания, чтобы довести рН раствора до 0,5-3,0, после этого добавляют сульфоксилат формальдегида натрия и регулируют его добавленную массу в пределах от 3 до 10:1 от массы рутения в растворе, температура реакции, при этом, составляет 60-90°С, время реакции 15-90°С, длительность 60 мин, скорость перемешивания от 300 до 600 об/мин, после завершения фильтруют, промывают и сушат, получая осадок рутения.

Недостатками аналога является:

- техническая сложность реализации заявленного способа из-за длительного и многоэтапного технологического процесса;

- его ограниченные функциональные возможности из-за того, что на выходе можно извлечь только такой химический элемент, как рутений.

Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПЛАТИНЫ ИЗ КАТАЛИЗАТОРА НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ ПУТЕМ РАСТВОРЕНИЯ НОСИТЕЛЯ [CN108315564, опубл. 24.07.2018] который характеризуется тем, что включает следующие этапы: на первом этапе носитель содержащий платиносодержащий отработанный катализатор растворяют, при этом, в качестве реагента используют концентрированную серную кислоту, расход серной кислоты составляет 1% от платинового отработанного катализатора и в 2-8 раз превышает количество добавляемой воды, в 3-10 раз превышает вес сырья, температура реакции составляет от 80 до 120°С, а время реакции составляет от 2 до 8 часов; на втором этапе добавляют восстановитель; на третьем этапе проводят осветление и разделение жидкости и твердого вещества, для чего разбавляют раствор водой, после чего объем полученного раствора становиться от 30 до в 80 раз больше отработанного платинового катализатора, полученный раствор перемешивают и дают отстояться для осветления, сливают жидкость и отфильтровывают густую суспензию на дне для получения платиносодержащего шлака; на четвертом этапе прокаливают платиносодержащий шлак удаляя углеродистые отложения и органические вещества, температура прокаливания при этом составляет от 500-1000°C; на пятом этапе растворяют платину на прокаленном шлаке, в качестве реагентов используют соляную кислоту и окислитель, соотношение жидкости и твердого вещества составляет 2/1-10/1, исходная кислотность концентрация соляной кислоты составляет 1-10 моль/л, а окислителем является азотная кислота или хлорат натрия; на шестом этапе медленно добавляют твердый хлорид аммония к платиносодержащему раствору для получения хлорплатината аммония, осаживают, отфильтровывают и промывают осадок хлорплатинаты аммония с помощью 50 г/л раствора хлорида аммония, смешивают осадок хлороплатината аммония с горячей водой, добавляют восстановитель гидразингидрат для восстановления и получают сырой продукт губчатой платины; на седьмом этапе, после растворения неочищенного продукта, добавляют натриевую соль платины в количестве 20-200 г / л, затем добавляют раствор гидроксида натрия, чтобы довести значение pH до 7-10, далее примеси попадают в осадок, а затем их фильтруют; на восьмом этапе раствор комплекса натриевой соли платины доводят до значения pH от 1 до 3 с помощью аналитической чистой соли и добавляют аналитически чистый твердый хлорид аммония для осаждения платины, осадок аммония прокаливают и разлагают с получением платины, при этом, температура разложения прокаливания составляет 500-1000°С, время прокаливания 1-10 часов.

Основной технической проблемой прототипа является низкая экологичность процесса извлечения редкоземельных металлов, из-за того, что в способе прототипа используется большое количество серной, соляной и азотной кислоты, при этом процесс растворения происходит при высокой температуре, в течение длительного периода времени и является многоэтапным и технически сложным. Таким образом сам процесс извлечения является длительным и неэкологичным, требующим наличия специализированного оборудования, кроме того, после процесса извлечения - остается большое количество отработанных составов, требующих специального хранения и утилизации.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение экологичности процесса извлечения металлов платиновой группы и редкоземельных элементов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ переработки дезактивированных автомобильных катализаторов, характеризующийся тем, что первоначально образцы отработанных автомобильных катализаторов дробят до крупности 1-2 мм, обжигают при t = 780-800°C в течение 5-5,5 ч, далее образцы отработанных автомобильных катализаторов измельчают до класса крупности - 3-5 мкм, далее в навеску из полученного твердого образца добавляют раствор для выщелачивания 6М HCl в соотношении 1:5, полученную суспензию перемешивают и нагревают, добавляют гранулы алюминия в количестве 10% от навески образца, далее после окончания реакции восстановления осуществляют процесс выщелачивания в течение 4-ч часов при температуре 75-80°C, в течении всего процесса выщелачивания в суспензию дозировано добавляют Н₂О₂ в количестве 10% от навески твердого образца, после завершения процесса выщелачивания, полученную суспензию фильтруют через фильтр и промывают до нейтральной среды, полученный осадок высушивают до постоянной массы.

В частности, образцы отработанных автомобильных катализаторов дробят в щековой дробилке.

В частности, образцы отработанных автомобильных катализаторов измельчают в планетарной мельнице.

В частности, образцы отработанных автомобильных катализаторов обжигают в муфельной печи.

В частности, полученную суспензию фильтруют через фильтр «синяя лента».

Краткое описание чертежей:

На фиг. 1 показана общая схема установки для реализации заявленного способа.

На фигуре обозначено: 1 - привод мешалки с регулировкой скорости, 2 - мешалка, 3 - раствор для выщелачивания, 4 - пробоотборник, 5 - термометр, 6 - отверстие для образца и выщелачивающего раствора, 7 - сифонная крышка, 8 - термостат, 9 - твердый образец.

Осуществление изобретения.

Установка для выщелачивания автокатализаторов включает в себя привод мешалки с регулировкой скорости 1, в нижней части которой во внутреннем объеме трехгорлой колбы размещена мешалка 2. Также во внутреннем объеме колбы размещается раствор для выщелачивания 3. В верхней части колбы размещен пробоотборник 4. Также в состав установки входит термометр 5, выполненный с возможностью измерения температуры внутри колбы. В верхней части колбы выполнено отверстие для образца и выщелачивающего раствора 6. В верхней части колбы над мешалкой размещена сифонная крышка 7. По внешнему периметру колбы размещен термостат 8. Во внутреннем объеме колбы, в ее нижней части размещен твердый образец 9.

Способ переработки дезактивированных автомобильных катализаторов характеризуется тем, что первоначально образцы отработанных автомобильных катализаторов дробят в щековой дробилке до крупности - 1-2 мм, обжигают в муфельной печи при t = 780-800°C в течение 5-5,5 ч. При этом, при обжиге происходят следующие химические реакции:

C + O₂ = CO₂;

PtS + O₂ = PtO + SO₂;

PdS + O₂ = PdO + SO₂;

2Ce₂O₃ + O₂ = 4CeO₂.

Далее катализатор измельчают в планетарной мельнице до класса крупности - 3-5 мкм. Получая тем самым твердый образец 9, подготовленный к стадиям восстановления и выщелачивания.

Процесс выщелачивания осуществляют в трехгорлой колбе с установленным обратным холодильником при температуре 75-80°C и перемешивании со скоростью 300 - 600 оборотов в минуту в течение 4-х часов, при массе навески твердого образца 9 - 25 г.

Навеску твердого образца 9 загружают в установку для выщелачивания автокатализаторов (фиг.1), к ней добавляют 6М HCl в соотношении 1:5 (т:ж). Данные операции производятся при помощи отверстия для образца и выщелачивающего раствора 6. Полученную суспензию (состоящую из раствора для выщелачивания 3 и твердого образца 9) перемешивают со скоростью 300 - 600 оборотов в минуту при помощи мешалки 2 (которая имеет привод с регулировкой скорости 1), нагревают при помощи термостата 8, до температуры 75 - 80°С.

Контроль температуры осуществляют при помощи термометра 5, пробы раствора для выщелачивания 3, при необходимости, берут при помощи пробоотборника 4. В полученную суспензию (состоящую из раствора для выщелачивания 3 и твердого образца 9), при перемешивании и нагревании, добавляют гранулы алюминия в количестве 10% от навески образца.

При восстановлении происходят следующие реакции.

Выделение водорода в результате реакции между алюминием и раствором соляной кислоты:

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂.

Восстановление оксидов платиновых металлов водородом в момент выделения в металлическую форму:

PdO + H₂ = Pd + H₂O;

PtO + H₂ = Pt + H₂O;

2Rh₂O₃ + 6H₂ = 4Rh + 6H₂O.

Восстановление церия из высшего оксида в трехвалентную форму:

2CeO₂ + H₂ = Ce₂O₃ + H₂O.

После окончания реакции восстановления металлов платиновой группы (МПГ) и редкоземельных элементов (РЗЭ) гранулами алюминия начинается отсчет времени процесса их извлечения, который характеризуется тем, что в суспензию дозированно добавляют Н₂О₂ в течение всего времени процесса выщелачивания (4 часа) - в количестве 10 % от навески твердого образца 9. Добавление гранул алюминия и Н₂О₂ также осуществляют при помощи отверстия для образца и выщелачивающего раствора 6.

Во время процесса выщелачивания протекают следующие реакции.

Окислительное выщелачивание металлов платиновой группы в раствор:

Pd + 4HCl + 2H₂O₂ = PdCl₄ + 4H₂O;

Pt + 4HCl + 2H₂O₂ = PtCl₄ + 4H₂O;

2Rh + 6HCl + 3H₂O₂ = 2RhCl₃ + 6H₂O.

Выщелачивание церия в раствор:

Ce₂O₃ + 6HCl = 2CeCl₃ + 3H₂O;

Частичное растворение кордиеритовой основы:

Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O.

По завершении процесса выщелачивания, суспензию фильтруют через фильтр «синяя лента». Отфильтрованный и промытый до нейтральной среды осадок высушивают до постоянной массы и взвешивают.

Заявленный технический результат повышение экологичности процесса извлечения металлов платиновой группы и редкоземельных элементов, достигается за счет того, что заявленный способ основанный на использовании гранул алюминия в процессе выщелачивания, технически прост в реализации, при этом, по сравнению с известными из уровня техники решениями, используется меньшее количество соляной кислоты, процесс выщелачивания длится меньшее количество времени, при меньшей требуемой температуре. Также заявленный технический результат достигается за счет возможности впоследствии регенерировать рабочий раствор, так как основа автомобильного катализатора - кордиерит (Mg₂Al₄Si₅O₁₈), представляет собой алюмосиликат магния.

Выбор диапазона дробления отработанных автомобильных катализаторов в щековой или молотковой дробилке до крупности - 1-2 мм, обосновывается проведенными лабораторными экспериментами в ходе которых было выявлено, что: обжиг образцов, измельченных до крупности менее 1 мм, не приводит к достижению повышения степени извлечения МПГ и РЗЭ в растворе на стадии выщелачивания; обжиг образцов, измельченных до крупности более 2 мм, приводит к уменьшению степени извлечения МПГ и РЗЭ в растворе на стадии выщелачивания. Также выбор диапазона обоснован, по минимальному значению, техническими характеристиками размольного оборудования, по максимальному, экономией затрат на второй стадии измельчения и затрат, связанных с обработкой в печи.

Выбор диапазонов температур (t = 780-800°C) и времени обжига в муфельной печи (в течение 5-5,5 ч) обосновывается проведенными лабораторными экспериментами в ходе которых было выявлено, что: при температуре ниже 780°С не происходит полного удаления углерода, а повышение температуры выше 800°С приводит к снижению степени извлечения родия и церия в процессе выщелачивания; увеличение времени обжига не приводит к повышению степени извлечения МПГ и РЗЭ на стадии выщелачивания, а уменьшение времени ниже значения, указанного в диапазоне, приводит к неполному удалению серы и углерода.

Выбор диапазона измельчения катализатора до класса крупности - 3-5 мкм, обосновывается проведенными лабораторными экспериментами в ходе которых было выявлено, что: уменьшение размеров частиц ниже нижнего значения диапазона не приводит к повышению степени извлечения МПГ и РЗЭ на стадии выщелачивания, а увеличение размеров частиц выше верхнего значения приводит к снижению степени извлечения родия и церия.

Выбор диапазонов температур в процессе выщелачивания 75-80°C и времени перемешивания (в течение 4-ч) обосновывается проведенными лабораторными экспериментами в ходе которых было выявлено, что: проведение реакций при меньшей температуре приводит к снижению степени извлечения МПГ и РЗЭ, а повышение температуры выше 80°C приводит к интенсивному испарению рабочего раствора; уменьшение времени процесса приводит к снижению степени извлечения МПГ и РЗЭ, а увеличение не приводит к повышению степени извлечения МПГ и РЗЭ.

Выбор концентрации кислоты 6М HCl в соотношении 1:5 (т:ж) обосновывается проведенными лабораторными экспериментами в ходе которых было выявлено, что: снижение концентрации приводит к уменьшению степени извлечении целевых компонентов раствора, повышение концентрации не приводит к увеличению выхода целевых продуктов. Кроме того, повышение концентрации кислоты приводит к повышению экологической нагрузки за счет повышенного уноса паров. Соотношение т:ж выбрано исходя из того, что его увеличение не приводит к повышению степени извлечения целевых компонентов в раствор. Помимо этого, увеличение соотношения в производственных условиях приведет к увеличению объемов емкостного оборудования. Снижение соотношения, как показали эксперименты, приводит к изменению реологических свойств суспензии и ухудшении способности к перемешиванию и фильтрации.

Выбор соотношения добавляемых гранул алюминия в количестве 10% от навески твердого образца обосновывается проведенными лабораторными экспериментами в ходе которых было выявлено, что меньшее количество восстановителя не обеспечивает высокой степени качества извлечения МПГ и РЗЭ, а увеличение не приводит к улучшению результата.

Выбор соотношения добавления Н₂О₂ в количестве 10 % от навески твердого образца обосновывается проведенными лабораторными экспериментами в ходе которых было выявлено, что меньшее количество окислителя не обеспечивает высокой степени извлечения МПГ и РЗЭ, а увеличенное количество не приводит к улучшению результата.

Заявителем, в 2022 году был реализован заявленный способ в лабораторных условиях.

Примеры реализации заявленного способа.

Пример 1.

Отработанный катализатор от автомобиля «Мерседес» содержит в своем составе следующие металлы платиновой группы и редкоземельные элементы: платину в количестве 0,0958%, палладий в количестве 0,1763%, родий в количестве 0,0328%, церий в количестве 2,97%. После измельчения в щековой дробилке до крупности 1,2 мм из общей массы катализатора отобрали образец массой 25 г. для дальнейшей переработки. Образец подвергли обжигу в муфельной печи при температуре 800°С в течение 5 часов. После охлаждения до комнатной температуры образец измельчили в планетарной мельнице до размера частиц 4,7 мкм. Измерения размеров частиц проводили на лазерном анализаторе размеров. Навеску образца после измельчения загружали в трехгорлую колбу, снабженную обратным холодильником, мешалкой и капельной воронкой. Затем в колбу заливали 125 г. соляной кислоты с концентрацией 6М. Полученную суспензию при перемешивании и нагревании добавляют гранулы алюминия в количестве 2,5 г. После окончания реакции восстановления, которое определяли по отсутствию выделения пузырьков водорода, проводили выщелачивание при температуре 75-80°С в течение четырех часов. Каждые 15 минут в суспензию добавляли концентрированную перекись водорода. Общее количество добавленной перекиси водорода составило 2,5 г. По завершении процесса выщелачивания, суспензию фильтровали через фильтр «синяя лента». Отфильтрованный и промытый до нейтральной среды осадок высушили до постоянной массы и взвесили. После этого были проведены расчеты по результатам рентгено - флуоресцентного анализа исходного порошка катализатора и высушенного осадка, оставшегося после процесса выщелачивания. Степень извлечения в раствор составила: Pd-97,6%; Pt-93,1%; Rh-72,9% и Се-76,7%.

Пример 2.

Отработанный катализатор от автомобиля «Опель» содержит в своем составе следующие металлы платиновой группы и редкоземельные элементы: платину в количестве 0,2209%, церий в количестве 0,066%. После измельчения в щековой дробилке до крупности 1,7 мм из общей массы катализатора отобрали образец массой 9 г. для дальнейшей переработки. Образец подвергли обжигу в муфельной печи при температуре 800°С в течение 5 часов. После охлаждения до комнатной температуры образец измельчили в планетарной мельнице до размера частиц 4,1 мкм. Измерения размеров частиц проводили на лазерном анализаторе размеров. Навеску образца после измельчения загружали в трехгорлую колбу, снабженную обратным холодильником, мешалкой и капельной воронкой. Затем в колбу заливали 45 г. соляной кислоты с концентрацией 6М. Полученную суспензию при перемешивании и нагревании добавляют гранулы алюминия в количестве 0,9 г. После окончания реакции восстановления, которое определяли по отсутствию выделения пузырьков водорода, проводили выщелачивание при температуре 75-80°С в течение четырех часов. Каждые 15 минут в суспензию добавляли концентрированную перекись водорода. Общее количество добавленной перекиси водорода составило 0,9 г. По завершении процесса выщелачивания, суспензию фильтровали через фильтр «синяя лента». Отфильтрованный и промытый до нейтральной среды осадок высушили до постоянной массы и взвесили. После этого были проведены расчеты по результатам рентгено - флуоресцентного анализа исходного порошка катализатора и высушенного осадка, оставшегося после процесса выщелачивания. Степень извлечения в раствор составила: Pt-95,2% и Се-75,4%.

Пример 3.

Отработанный катализатор от автомобиля «Веста» содержит в своем составе следующие металлы платиновой группы и редкоземельные элементы: палладий в количестве 0,2116%, родий в количестве 0,0454%, церий в количестве 1,848%. После измельчения в щековой дробилке до крупности 1,4 мм из общей массы катализатора отобрали образец массой 16 г. для дальнейшей переработки. Образец подвергли обжигу в муфельной печи при температуре 800°С в течение 5 часов. После охлаждения до комнатной температуры образец измельчили в планетарной мельнице до размера частиц 3,7 мкм. Измерения размеров частиц проводили на лазерном анализаторе размеров. Навеску образца после измельчения загружали в трехгорлую колбу, снабженную обратным холодильником, мешалкой и капельной воронкой. Затем в колбу заливали 80 г. соляной кислоты с концентрацией 6М. Полученную суспензию при перемешивании и нагревании добавляют гранулы алюминия в количестве 1,7 г. После окончания реакции восстановления, которое определяли по отсутствию выделения пузырьков водорода, проводили выщелачивание при температуре 75-80°С в течение четырех часов. Каждые 15 минут в суспензию добавляли концентрированную перекись водорода. Общее количество добавленной перекиси водорода составило 1,7 г. По завершении процесса выщелачивания, суспензию фильтровали через фильтр «синяя лента». Отфильтрованный и промытый до нейтральной среды осадок высушили до постоянной массы и взвесили. После этого были проведены расчеты по результатам рентгено - флуоресцентного анализа исходного порошка катализатора и высушенного осадка, оставшегося после процесса выщелачивания. Степень извлечения в раствор составила: Pd-98,4%; Rh-79,7% и Се-91,3%.

В ходе реализации заявленного способа - подтвердился заявленный технический результат повышение экологичности процесса извлечения металлов платиновой группы и редкоземельных элементов, расчетный объем неэкологичных продуктов, оставшихся после реализации заявленного способа (по сравнению с решениями аналогов и прототипа) был уменьшен на 40-80%. Сохранение высокой степени извлечения (в сравнении с решениями аналогов и прототипа) продемонстрировано в таблице 1.

Таблица 1 МПГ/РЗЭ Аналог 1 Аналог 2 Аналог 3 Прототип Заявленное решение Степень извлечения, % Платина 96,8 98,1 98,25 98,6 98 98,2 98,2 93,1 95,2 Палладий 98,2 98,3 98,3 97,8 98,2 97,6 98,4 Церий 94,4 95,2 76,7 75,4 91,3 Родий 96,2 94,8 92,4 94,1 72,9 79,7 Рутений 99,84 99,07

Как видно из таблицы, 1 заявленное решение позволяет реализовать высокую степень извлечения МПГ и РЗЭ не существенно, отличающуюся от решений аналогов и прототипа.

Заявленный способ, с учетом особенностей оборудования (замена планетарной мельницы на шаровую, замена муфельной печи на барабанную, замена трехгорлой колбы на обогреваемый реактор из полипропилена с перемешивающим устройством) может быть реализован в опытно-промышленном производстве.

Изобретение относится к способам переработки дезактивированных автомобильных катализаторов, и в частности к области выделения и очистки редкоземельных металлов, содержащихся во вторичном сырье. Отработанные автомобильные катализаторы дробят до крупности 1-2 мм, обжигают при t = 780-800°C в течение 5-5,5 ч, после чего измельчают до класса крупности – 3-5 мкм с получением твердого образца, в навеску из полученного твердого образца добавляют раствор для выщелачивания 6М HCl в соотношении 1:5. Полученную суспензию перемешивают и нагревают, добавляют гранулы алюминия в количестве 10% от навески образца. После окончания реакции восстановления осуществляют процесс выщелачивания в течение 4 ч при температуре 75-80°C. В течение всего процесса выщелачивания в суспензию дозировано добавляют Н₂О₂ в количестве 10% от навески твердого образца. После завершения процесса выщелачивания полученную суспензию фильтруют через фильтр и промывают до нейтральной среды, полученный осадок высушивают до постоянной массы. Способ позволяет повысить экологичность процесса извлечения металлов платиновой группы и редкоземельных элементов с сохранением высокой степени извлечения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 3 пр.

1. Способ переработки дезактивированных автомобильных катализаторов, характеризующийся тем, что отработанные автомобильные катализаторы дробят до крупности 1-2 мм, обжигают при t = 780-800°C в течение 5-5,5 ч, после чего измельчают до класса крупности – 3-5 мкм с получением твердого образца, в навеску из полученного твердого образца добавляют раствор для выщелачивания 6М HCl в соотношении 1:5, полученную суспензию перемешивают и нагревают, добавляют гранулы алюминия в количестве 10% от навески образца, после окончания реакции восстановления осуществляют процесс выщелачивания в течение 4 ч при температуре 75-80°C, в течение всего процесса выщелачивания в суспензию дозировано добавляют Н₂О₂ в количестве 10% от навески твердого образца, после завершения процесса выщелачивания полученную суспензию фильтруют через фильтр и промывают до нейтральной среды, полученный осадок высушивают до постоянной массы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработанные автомобильные катализаторы дробят в щековой дробилке.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработанные автомобильные катализаторы измельчают в планетарной мельнице.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработанные автомобильные катализаторы обжигают в муфельной печи.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученную суспензию фильтруют через фильтр «синяя лента».