СПОСОБ ЭКСТРАКЦИИ МЕТАЛЛОВ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ ИЗ ВОДНОГО РАСТВОРА Российский патент 2024 года по МПК C22B11/00 C25C1/20 C25C5/02 C02F1/463 C25C7/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[01] Настоящее изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности, к способу экстракции металлов платиновой группы из водного раствора.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[02] Металлы платиновой группы обладают уникальными физико-химическими свойствами, в частности, высокой химической стабильностью, теплоизоляционными и каталитическими характеристиками, и широко используются в современных технологиях и отраслях промышленности, в том числе в аэрокосмической, электронной и нефтехимической промышленности. В условиях непрерывного развития общества спрос на металлы платиновой группы растет, но запасы этих металлов в земной коре и существующий объем добычи, скорее всего, окажутся недостаточными для удовлетворения спроса на металлы платиновой группы в будущем. Кроме того, минеральные ресурсы металлов платиновой группы неравномерно распределены по миру и сконцентрированы в основном в нескольких областях. Таким образом, экстракция и восстановление металлов платиновой группы из многокомпонентной среды с низкой концентрацией нужных металлов, в частности, низкосортной руды металлов платиновой группы и отработанных катализаторов с содержанием данных металлов, привлекает внимание специалистов по охране окружающей среды и научно-технических специалистов в различных странах. Основная техническая проблема, требующая немедленного решения, заключается в необходимости разработки способа экстракции и восстановления металлов платиновой группы из многокомпонентного водного раствора с низкой концентрацией нужных металлов.

[03] С точки зрения существующих процессов экстракции и восстановления металлов платиновой группы способы экстракции таких металлов из раствора в основном включают в себя осаждение, адсорбцию, электролитическое осаждение и экстракцию растворителем, но эти способы имеют соответствующие недостатки, в частности, следующие.

[04] (1) Способ осаждения - относительно хорошо отработанный и широко используемый способ восстановления металлов платиновой группы, отличающийся простотой реализации и в настоящее время являющийся одним из основных способов восстановления таких металлов на большинстве предприятий. Тем не менее, способ осаждения характеризуется большим расходом реагентов и низким уровнем восстановления металлов, а также не подходит для растворов с низкой концентрацией металлов.

[05] (2) Адсорбционный способ не требует таких процедур, как разделение твердой и жидкой фазы, промывка и осветление, и по сравнению со способом осаждения позволяет значительно снизить стоимость оборудования, производственные и эксплуатационные расходы. Для обогащения и восстановления металлов платиновой группы обычно используют адсорбенты, в частности, активированный уголь и ионообменные смолы. Тем не менее, адсорбент с активированным углем характеризуется низкой адсорбционной способностью, низкой селективностью и низкой эффективностью экстракции; и восстановление металлов платиновой группы с помощью щелочной анионообменной смолы связано с высокими затратами и сложным процессом восстановления, а также требует последующей восстановительной обработки.

[06] (3) Способ электролитического осаждения характеризуется низким коэффициентом использования тока в разбавленном растворе, а экстракцию электролитическим осаждением в основном используют для обработки раствора, содержащего металлы платиновой группы в высокой концентрации.

[07] (4) Способ экстракции растворителем может служить для выполнения лишь некоторых опосредованных функций при экстракции металлов платиновой группы, в частности, повышения концентрации металлов платиновой группы, поэтому способ экстракции растворителем используют преимущественно для предварительного обогащения. В связи с отсутствием высокоэффективного агента для экстракции металлов платиновой группы, позволяющего извлекать их из фильтрата с малыми потерями агента, промышленное применение экстракции металлов платиновой группы растворителем из водного раствора развивается медленно.

[08] Таким образом, существует насущная потребность в разработке способа экстракции металлов платиновой группы из водного раствора низкой концентрации с малыми затратами и высокой эффективностью.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[09] Задачей настоящего изобретения является разработка способа экстракции металлов платиновой группы из водного раствора, позволяющего эффективно извлекать указанные металлы из водного раствора низкой концентрации с низкими затратами.

[010] Настоящее изобретение реализовано следующим образом:

[011] Настоящим изобретением предложен способ экстракции металлов платиновой группы из водного раствора, содержащий следующие этапы: регулирование pH водного раствора металлов платиновой группы до 4-6, разделение полученной системы на твердую и жидкую фазы для получения надосадочной жидкости, и обработка надосадочной жидкости методом электрокоагуляции.

[012] В дополнительном варианте осуществления изобретения анодная пластина устройства для электрокоагуляции представляет собой пластину из чистого железа; во время электрокоагуляции рабочее напряжение поддерживают на уровне 1,3-2,7 В, и полученный шлам на основе железа отделяют каждые 10-40 мин.

[013] Предпочтительно, чтобы катодная пластина устройства для электрокоагуляции представляла собой пластину из титана и/или пластину из нержавеющей стали, а зазор между анодной пластиной и катодной пластиной составлял от 2,5 до 3,5 см.

[014] В дополнительном варианте осуществления изобретения электрокоагуляция предусматривает последовательное выполнение электрокоагуляции первого этапа, электрокоагуляции второго этапа и электрокоагуляции третьего этапа; полученный шлам на основе железа отделяют между двумя последовательными этапами электрокоагуляции; рабочее напряжение постепенно уменьшают от первого до третьего этапа.

[015] Электрокоагуляцию первого этапа предпочтительно выполнять при рабочем напряжении от 2,3 до 2,7 В в течение 35-45 мин; электрокоагуляцию второго этапа - при рабочем напряжении от 1,8 до 2,2 В в течение 25-35 мин; электрокоагуляцию третьего этапа - при рабочем напряжении от 1,3 до 1,7 В в течение 15-25 мин.

[016] В дополнительном варианте осуществления изобретения способ дополнительно содержит следующие этапы: промывка кислотой шлама на основе железа, собранного во время электрокоагуляции, и отделение полученного осадка.

[017] В дополнительном варианте осуществления изобретения промывка кислотой предусматривает: смешивание собранного шлама на основе железа с раствором неорганической кислоты и проведение реакции при температуре 50-70 °C в течение 30-120 мин.

[018] В дополнительном варианте осуществления изобретения раствор неорганической кислоты представляет собой раствор азотной кислоты с концентрацией от 1,5 до 4,5 моль/л, и количество раствора неорганической кислоты поддерживают на уровне, позволяющем обеспечить массовое соотношение твердой и жидкой фаз, равное 1:(100-120).

[019] В дополнительном варианте осуществления изобретения осадок отделяют фильтрацией через мембрану органического фильтра.

[020] Предпочтительно, чтобы мембрана органического фильтра имела размер пор от 0,20 до 0,25 мкм.

[021] В дополнительном варианте осуществления изобретения способ содержит следующие этапы: регулирование pH водного раствора комбинацией гидроксида натрия и азотной кислоты до 4-6, перемешивание полученной системы в течение 1-3 ч и последующая фильтрация системы для получения надосадочной жидкости.

[022] В дополнительном варианте осуществления изобретения металлы платиновой группы в водном растворе представляют собой платину, палладий и родий, и общая концентрация металлов платиновой группы составляет от 1 до 100 мг/л.

[023] В дополнительном варианте осуществления изобретения другие металлические элементы в водном растворе включают минимум один элемент из следующей группы: никель, цинк, медь, марганец, магний, свинец, и общая концентрация других металлических элементов составляет менее 20 г/л.

[024] Настоящее изобретение имеет следующие полезные эффекты. В способе согласно настоящему изобретению pH водного раствора металлов платиновой группы регулируют до 4-6, что позволяет осаждать ионы примесных металлов; полученную в результате систему разделяют на твердую и жидкую фазы для получения надосадочной жидкости, и надосадочную жидкость подвергают электрокоагуляции, причем благодаря высокой электроотрицательности металлов платиновой группы ионы этих металлов избирательно перехватываются и захватываются положительно заряженным прекурсором флокулянта во время электрокоагуляции; учитывая, что металлы платиновой группы трудно поддаются окислению, но легко восстанавливаются, ионы этих металлов восстанавливаются in situ до наночастиц. Преимущества использования способа электрокоагуляции для экстракции металлов платиновой группы заключаются в высокой эффективности экстракции и разделения и низкой стоимости; перспективы промышленного применения способа достаточно широки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[025] Для разъяснения технических решений в вариантах осуществления настоящего изобретения ниже кратко описаны сопроводительные чертежи, необходимые для иллюстрации вариантов осуществления изобретения. Следует понимать, что на нижеследующих сопроводительных чертежах изображены лишь некоторые варианты осуществления настоящего изобретения и что чертежи не следует считать ограничивающими защищаемый объем изобретения. Специалист в данной области техники сможет начертить другие соответствующие чертежи, руководствуясь этими сопроводительными чертежами, без приложения творческих усилий.

[026] На ФИГ. 1 показано изменение концентрации остаточных металлов в растворе с течением времени и эффективности экстракции металлов платиновой группы, причем на ФИГ. 1a показано изменение концентрации платины с течением времени; на ФИГ. 1b - изменение концентрации палладия с течением времени; на ФИГ. 1c - изменение концентрации родия с течением времени, и на ФИГ. 1d - сравнение эффективности экстракции трех металлов платиновой группы.

[027] На ФИГ. 2 представлены спектры полного сканирования и спектры высокого разрешения шлама на основе железа, осажденного во время электрокоагуляции, полученные методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФС), причем на ФИГ. 2a показаны спектры РФС шлама на основе железа с содержанием платины, осажденного во время электрокоагуляции (спектр полного сканирования слева, спектры высокого разрешения справа); на ФИГ. 2b - спектры РФС шлама на основе железа с содержанием палладия, осажденного во время электрокоагуляции (спектр полного сканирования слева, спектры высокого разрешения справа); на ФИГ. 2c - спектры РФС шлама на основе железа с содержанием родия, осажденного во время электрокоагуляции (спектр полного сканирования слева, спектры высокого разрешения справа).

[028] На ФИГ. 3 представлены фотографии растворов восстановленных продуктов, полученных промывкой кислотой, причем на ФИГ. 3a показан продукт восстановленной платины, на ФИГ. 3b - продукт восстановленного палладия и на ФИГ. 3c - продукт восстановленного родия.

ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[029] Чтобы прояснить цели, технические решения и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения, технические решения в вариантах осуществления настоящего изобретения будут полно и всесторонне раскрыты ниже. Если в вариантах осуществления изобретения не указаны определенные условия, то варианты осуществления изобретения будут реализованы в обычных условиях или в условиях, рекомендованных производителем. Все используемые реагенты или инструменты, не указанные производителями, представляют собой обычные продукты, доступные на рынке.

[030] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предложен способ экстракции металлов платиновой группы из водного раствора, содержащий следующие этапы.

[031] S1: предварительная обработка

[032] pH водного раствора металлов платиновой группы регулируют до 4-6, и полученную систему разделяют на твердую и жидкую фазы для получения надосадочной жидкости. рН регулируют таким образом, чтобы осаждались ионы примесных металлов (например, никеля, цинка, меди, марганца и магния), но не осаждались ионы металлов платиновой группы, что позволяет предотвратить попадание ионов примесных металлов в шлам на основе железа, образующийся после электрокоагуляции, и их влияние на чистоту продукта.

[033] Выбор водного раствора металлов платиновой группы не ограничен. Он может представлять собой раствор металлов платиновой группы в низкой концентрации, получаемый из продукта выщелачивания руды или катализатора либо из промышленных сточных вод, образующихся во время производства, использования или восстановления металлов платиновой группы.

[034] В некоторых вариантах осуществления изобретения металлы платиновой группы в водном растворе представляют собой платину, палладий и родий, и общая концентрация металлов платиновой группы составляет от 1 до 100 мг/л (например, 1 мг/л, 10 мг/л, 20 мг/л, 30 мг/л, 40 мг/л, 50 мг/л, 60 мг/л, 70 мг/л, 80 мг/л, 90 мг/л или 100 мг/л). Другие металлические элементы в водном растворе представляют собой минимум один элемент из следующей группы: никель, цинк, медь, марганец, магний, свинец, и общая концентрация других металлических элементов составляет менее 20 г/л. Способ, предложенный в этом варианте осуществления настоящего изобретения, в частности, подходит для водного раствора с содержанием металлов платиновой группы в указанном выше диапазоне и с указанными выше типами других металлических элементов.

[035] После отбора проб водного раствора сначала определяют pH водного раствора, после чего рН корректируют с помощью кислотной или щелочной жидкости до заданного значения, например 4,0, 4,5, 5,0, 5,5 или 6,0.

[036] В некоторых вариантах осуществления pH водного раствора регулируют комбинацией гидроксида натрия и азотной кислоты до 4-6, и полученную в результате систему полностью перемешивают в течение 1-3 часов, после чего фильтруют для получения надосадочной жидкости. После регулировки pH выпадает большое количество осадка; полученный в результате твердый материал осаждают путем тщательного перемешивания, после чего отделяют фильтрацией для получения надосадочной жидкости.

[037] S2: электрокоагуляция

[038] Надосадочную жидкость, полученную на этапе S1, подвергают электрокоагуляции. Авторы изобретения творчески используют для экстракции металлов платиновой группы способ электрокоагуляции, который, в частности, обладает такими преимуществами, как высокая эффективность экстракции и низкая стоимость.

[039] Следует отметить, что принцип реакции экстракции металлов платиновой группы способом электрокоагуляции заключается в следующем:

[040] (1) Металлы платиновой группы имеют более высокую электроотрицательность по сравнению с другими металлами (ряд электроотрицательности ионов металлов: Rh > Pd > Pt > Ni > Zn > Mn > Mg) и легко образуют отрицательно заряженные анионы, координированные с хлором в воде. Во время реакции электрокоагуляции будут образовываться положительно заряженные прекурсоры флокулянта ((гидр)оксиды железа), которые будут адсорбировать анионы металлов платиновой группы, координированные с хлором, за счет электростатического притяжения, что позволит избирательно перехватывать и захватывать эти ионы. Ионы недрагоценных металлов, в частности, Cu²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ и Mg²⁺, присутствуют в воде в виде положительно заряженных ионов, и их захват положительно заряженными прекурсорами флокулянта может быть затруднен вследствие электростатического отталкивания.

[041] (2) Учитывая, что металлы платиновой группы трудно поддаются окислению, но легко восстанавливаются (ряд восстановления ионов металлов: Pt > Pd > Rh > Ni > Zn > Mn > Mg), ионы металлов платиновой группы имеют более высокий стандартный потенциал восстановления, чем ионы железа, и прекурсоры флокулянта, а именно (гидр)оксиды железа, могут восстанавливать in situ ионы металлов платиновой группы до наночастиц. Ионы неблагородных металлов, такие как Cu²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺ и Mg²⁺, имеют более низкий стандартный потенциал восстановления по сравнению с Fe³⁺ и поэтому трудно поддаются восстановлению прекурсорами флокулянта до наночастиц.

[042] В некоторых вариантах осуществления анодная пластина устройства для электрокоагуляции представляет собой пластину из железа (которая может иметь размер 10 см × 10 см), а катодная пластина представляет собой пластину из титана (которая может иметь размер 10 см × 10 см); расстояние между анодной и катодной пластинами составляет от 2,5 до 3,5 см, например 2,5 см, 3,0 см или 3,5 см. Во время электрокоагуляции рабочее напряжение поддерживают на уровне от 1,3 до 2,7 В, и полученный шлам на основе железа отделяют каждые 10-40 мин. Поддержание рабочего напряжения в вышеуказанном диапазоне способствует повышению эффективности экстракции; аналогичным образом сбор полученного шлама на основе железа с указанной периодичностью и последующее продолжение электрокоагуляции также способствуют повышению эффективности экстракции. В частности, только что полученные способом электрокоагуляции хлопья характеризуются высокой адсорбцией и способностью к восстановлению ионов металлов платиновой группы; при непрерывном протекании реакции электрокоагуляции в реакторе будет накапливаться большое количество образовавшегося в результате электрокоагуляции шлама на основе железа, который будет ингибировать образование новых хлопьев и препятствовать массообмену в ходе электрохимической реакции. Таким образом, эффективность экстракции в реакторе поддерживают путем удаления полученного шлама на основе железа из реактора с заданной периодичностью.

[043] В некоторых вариантах осуществления изобретения может быть принят способ трехэтапной электрокоагуляции, и процесс электрокоагуляции предусматривает последовательное выполнение электрокоагуляции первого этапа, электрокоагуляции второго этапа и электрокоагуляции третьего этапа; полученный шлам на основе железа отделяют между двумя последовательными этапами электрокоагуляции; рабочее напряжение постепенно уменьшают от первого до третьего этапа электрокоагуляции. Отделение полученного шлама на основе железа после каждого этапа электрокоагуляции позволяет избежать накопления в реакторе избыточного шлама, обусловленного непрерывной длительной электрокоагуляцией, который подавлял бы образование новых хлопьев и препятствовал бы массообмену в ходе электрохимической реакции. То есть отделение шлама способствует повышению эффективности реакции и делает весь процесс экстракции пригодным для экстракции металлов платиновой группы в низкой концентрации.

[044] В некоторых вариантах осуществления изобретения электрокоагуляцию первого этапа выполняют при рабочем напряжении от 2,3 до 2,7 В в течение 35-45 мин, электрокоагуляцию второго этапа - при рабочем напряжении от 1,8 до 2,2 В в течение 25-35 мин, и электрокоагуляцию третьего этапа - при рабочем напряжении от 1,3 до 1,7 В в течение 15-25 мин. Рабочие параметры каждого этапа электрокоагуляции строго контролируют в целях дальнейшего повышения эффективности экстракции. Проведенные испытания показали, что эффективность жидкофазной экстракции металлов платиновой группы (платины, палладия и родия) составляет 81,26 %, 86,32 % и 99,66 % соответственно.

[045] В частности, рабочее напряжение электрокоагуляции первого этапа может составлять 2,3 В, 2,4 В, 2,5 В, 2,6 В, 2,7 В и т.п.; длительность электрокоагуляции первого этапа может составлять 35 мин, 40 мин, 45 мин и т.п.; рабочее напряжение второго этапа электрокоагуляции может составлять 1,8 В, 1,9 В, 2,0 В, 2,1 В, 2,2 В и т.п.; длительность электрокоагуляции второго этапа может составлять 25 мин, 30 мин, 35 мин и т.п.; рабочее напряжение электрокоагуляции третьего этапа может составлять 1,3 В, 1,4 В, 1,5 В, 1,6 В, 1,7 В и т.п.; время электрокоагуляции третьего этапа может составлять 15 мин, 20 мин, 25 мин и т.п.

[046] Реальный рабочий процесс может содержать следующие этапы: (1) электрокоагуляцию первого этапа выполняют при постоянном напряжении 2,5 В в течение 40 мин; (2) шлам на основе железа, полученный в реакторе, отделяют фильтрацией, и полученную надосадочную жидкость подвергают электрокоагуляции второго этапа при напряжении 2 В в течение 30 мин; и (3) шлам на основе железа, полученный в реакторе, отделяют фильтрацией, полученную надосадочную жидкость подвергают электрокоагуляции третьего этапа при напряжении 1,5 В в течение 20 мин, и шлам на основе железа, полученный в реакторе, отделяют фильтрацией.

[047] S3: промывка кислотой

[048] Шлам на основе железа, собранный после электрокоагуляции, можно подвергать промывке кислотой; шлам, полученный после каждого этапа электрокоагуляции, можно собирать путем отстаивания и фильтрации; все образцы шлама на основе железа объединяют и промывают кислотой для получения кислого раствора с содержанием металлов платиновой группы. После промывки кислотой металлы платиновой группы находятся в форме элементарных наночастиц (или кластеров), в то время как другие металлы (включая (гидр)оксиды железа) растворены в воде в форме ионов металлов.

[049] В некоторых вариантах осуществления изобретения промывка кислотой содержит следующие этапы: собранный шлам на основе железа смешивают с раствором неорганической кислоты и проводят реакцию при температуре от 50 °C до 70 °C в течение 30-120 мин. Раствор неорганической кислоты представляет собой раствор азотной кислоты с концентрацией от 1,5 до 4,5 моль/л, и количество раствора неорганической кислоты поддерживают на уровне, позволяющем обеспечить массовое соотношение твердой и жидкой фаз, равное 1:(100-120). Оптимизируя условия промывки кислотой, для промывки кислотой используют раствор азотной кислоты низкой концентрации, и поддерживают точное количество раствора азотной кислоты, что позволяет снизить содержание примесей в восстановленном продукте, обеспечить чистоту продукта и предотвратить снижение степени восстановления, вызванное растворением металлов платиновой группы сильной кислотой.

[050] В частности, концентрация раствора азотной кислоты может составлять 1,5 моль/л, 1,8 моль/л, 2,0 моль/л, 1,2 моль/л, 2,5 моль/л, 3,0 моль/л, 3,5 моль/л, 4,0 моль/л, 4,5 моль/л и т.п.; массовое соотношение твердой и жидкой фаз может составлять 1:100, 1:105, 1:110, 1:115, 1:120 и т.п. Температура промывки кислотой может составлять 50 °C, 55 °C, 60 °C, 65 °C, 70 °C и т.п.; длительность промывки кислотой может составлять 30 мин, 50 мин, 70 мин, 100 мин, 120 мин и т.п.

[051] S4: разделение фильтрующей мембраной

[052] Металлы платиновой группы разделяют фильтрующей мембраной для получения элементарных металлов платиновой группы высокого качества. При испытаниях чистота продуктов восстановленных металлов платиновой группы, то есть платины, палладия и родия, составляет 97,43 %, 97,12 % и 97,92 % соответственно.

[053] В некоторых вариантах осуществления изобретения разделение металлов платиновой группы может быть выполнено путем фильтрации мембраной органического фильтра с размером пор от 0,20 до 0,25 мкм, например 0,20 мкм, 0,22 мкм или 0,25 мкм. Обычная мембрана фильтра имеет низкую устойчивость к кислотам, и при использовании для фильтрации раствора, полученного промывкой кислотой, мембрана обычного фильтра легко повреждается, что приводит к недостаточной фильтрации. Поэтому для фильтрации предпочтительно использовать мембрану органического фильтра. Материалом мембраны фильтра может быть нейлон. Если размер пор мембраны фильтра слишком мал, фильтрация будет затруднена; если размер пор мембраны фильтра слишком велик, это приведет к потерям металлов платиновой группы.

[054] Признаки и свойства настоящего изобретения подробно раскрыты ниже на примерах.

[055] Следует отметить, что в устройстве для электрокоагуляции согласно нижеследующему варианту осуществления и сравнительному примеру в качестве анодной пластины используют пластину из железа (10 см × 10 см), в качестве катодной пластины используют пластину из титана (10 см × 10 см), а зазор между анодной и катодной пластинами составляет 3 см.

[056] Вариант 1 осуществления изобретения

[057] В этом варианте осуществления изобретения предложен способ экстракции металлов платиновой группы из водного раствора, содержащий следующие этапы.

[058] (1) Предварительная обработка

[059] Подготовили воду, содержащую примерно 2,0 мг/л платины, воду, содержащую примерно 2,0 мг/л палладия, и воду, содержащую примерно 2,0 мг/л родия; в каждую воду добавили 3 % (мас.) безводного сульфата натрия; pH каждого из полученных водных растворов довели до 6 с помощью гидроксида натрия и азотной кислоты, и каждую полученную систему тщательно перемешивали в течение 1 ч, после чего отфильтровали для получения надосадочной жидкости для последующего использования.

[060] Примечание. Безводный сульфат натрия предназначен для увеличения содержания электролита в воде с целью повышения электрической проводимости.

[061] (2) Электрокоагуляция

[062] Надосадочные жидкости, полученные на этапе (1), поместили в устройство для электрокоагуляции и подвергли электрокоагуляции путем последовательной электрокоагуляции первого этапа, электрокоагуляции второго этапа и электрокоагуляции третьего этапа с отделением полученного шлама на основе железа между каждыми двумя последовательными этапами. Электрокоагуляцию первого этапа выполняли при рабочем напряжении 2,0 В в течение 40 мин, электрокоагуляцию второго этапа выполняли при рабочем напряжении 1,7 В в течение 20 мин и электрокоагуляцию третьего этапа выполняли при рабочем напряжении 1,5 В в течение 20 мин.

[063] Испытания

[064] Ионы трех типичных благородных металлов (платины, палладия и родия) испытали на экстракцию методом электрокоагуляции; результаты испытания показаны на ФИГ. 1. Концентрация ионов платины уменьшилась с начального значения 1,64 мг/л до 0,3072 мг/л, что соответствует эффективности экстракции 81,26 %; концентрация ионов палладия уменьшилась с начальной концентрации 0,038 мг/л до 0,0051 мг/л, что соответствует эффективности экстракции 86,32 %; и концентрация ионов родия уменьшилась с начальной концентрации 1,44 мг/л до 0,0049 мг/л, то есть эффективность экстракции составила 99,66 %. Из приведенных выше результатов следует, что по истечении 80 мин электрокоагуляции эффективность экстракции ионов трех благородных металлов превышает 80 %, и остаточная концентрация благородного металла в растворе снижается с исходного уровня мг/л до уровня мкг/л, что указывает на то, что электрокоагуляция не только демонстрирует высокую эффективность экстракции ионов благородных металлов из водного раствора, но и позволяет работать с очень низким нижним пределом концентрации.

[065] Шлам на основе железа с содержанием платины, шлам на основе железа с содержанием палладия и шлам на основе железа с содержанием родия, осажденные после электрокоагуляции, исследовали с применением рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, и полученные спектры РФС изображены на ФИГ. 2. На ФИГ. 2 в левых частях 2a, 2b и 2c показаны соответственно спектры РФС полного сканирования шлама на основе железа с содержанием платины, шлама на основе железа с содержанием палладия и шлама на основе железа с содержанием родия, осажденных после электрокоагуляции; на изображении видно, что осажденный шлам на основе железа содержит железо, кислород и углерод в относительно высокой концентрации, а также металлы платиновой группы в относительно низкой концентрации. В правой части 2a на ФИГ. 2 показан спектр Pt4f шлама на основе железа с содержанием платины, осажденного после электрокоагуляции, причем по результатам сглаживания пиков видно, что энергии связи 71,45 В и 74,95 эВ соответствуют орбиталям 4f_7/2 и 4f_5/2 в Pt⁰, а энергии связи 72,8 эВ и 76 эВ соответствуют орбиталям 4f_7/2 и 4f_5/2 в Pt²⁺; в шламе на основе железа с содержанием платины, осажденном после электрокоагуляции, 50,93 % платины находится в элементарном состоянии и 49,07 % платины находится в связанном состоянии. В правой части 2b на ФИГ. 2 показан спектр Pd3d шлама на основе железа с содержанием палладия, осажденного после электрокоагуляции, причем по результатам сглаживания пиков видно, что энергии связи 335,57 эВ и 340,84 эВ соответствуют орбиталям 3d_5/2 и 3d_3/2 в Pd⁰, энергии связи 337,44 эВ и 342,67 эВ соответствуют орбиталям 3d_5/2 и 3d_3/2 в Pd²⁺; в шламе на основе железа с содержанием палладия, осажденном после электрокоагуляции, 59,59 % палладия находится в элементарном состоянии и 49,41 % палладия находится в связанном состоянии. В правой части 2c на ФИГ. 2 показан спектр Rh3d шлама на основе железа с содержанием родия, осажденного после электрокоагуляции, причем по результатам сглаживания пиков видно, что энергии связи 307,88 эВ и 312,58 эВ соответствуют орбиталям 3d_5/2 и 3d_3/2 в Rh⁰, энергии связи 309,02 эВ и 313,72 эВ соответствуют орбиталям 3d_5/2 и 3d_3/2 в Rh²⁺; в шламе на основе железа с содержанием родия, осажденном после электрокоагуляции, 56,61 % родия находится в элементарном состоянии и 43,39 % родия находится в связанном состоянии. Это указывает на то, что большая часть металлов платиновой группы присутствует в шламе на основе железа, осажденном после электрокоагуляции, в элементарной форме.

[066] (3) Промывка кислотой

[067] Собранный шлам на основе железа смешали с раствором азотной кислоты в концентрации 4,0 моль/л, при этом соотношение твердого вещества и жидкости поддерживали на уровне 1:100; выполняли ультразвуковое диспергирование в течение 0,5 ч при 60 °C в ультразвуковом приборе с водяной баней в целях получения гомогенного темно-коричневого раствора, как показано на ФИГ. 3.

[068] (4) Разделение посредством фильтрующей мембраны

[069] Раствор осажденного шлама на основе железа, полученный промывкой кислотой, отфильтровали с помощью мембраны органического фильтра (нейлон, размер пор: 0,24 мкм), чтобы обеспечить отделение наночастиц металлов платиновой группы от раствора.

[070] Мембрану фильтра с захваченными на поверхности металлами платиновой группы подвергли элементному анализу, результаты которого свели в табл. 1. Видно, что в дополнение к составным элементам мембраны органического фильтра, таким как C и O, на поверхности мембраны фильтра накапливаются металлы платиновой группы и Fe; содержание платины, палладия и родия достигает 97,43 %, 97,12 % и 97,92 % соответственно. Впоследствии мембрану фильтра просто промыли водой для получения элементарных металлов платиновой группы.

[071] Таблица 1. Атомная доля каждого благородного металла, полученного после фильтрации (результаты энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (ЭРС))

[072]

Исходные данные ЭРС После удаления содержания элементов C и O Общее кол-во, мас. % С, мас. % О, мас. % Fe, мас. % Элементарный металл платиновой группы, мас. % Общее кол-во, масс. % Fe, масс. % Элементарный металл платиновой группы, мас. % Платиновый продукт 100 51,34 39,82 0,21 (Pt) 7,95 100 2,57 (Pt) 97,43 Палладиевый продукт 100 12,58 51,09 0,06 (Pd) 2,02 100 2,88 (Pd) 97,12 Родиевый продукт 100 27,78 29,51 0,82 (Rh) 38,63 100 2,08 (Rh) 97,92

[073] Вышесказанное является лишь предпочтительным примером настоящего изобретения и не предназначено для ограничения защищаемого объема настоящего изобретения; специалисты в данной области техники могут вносить различные изменения и модификации в настоящее изобретение. Любая модификация, эквивалентная замена, улучшение и т.п., выполненные в рамках идеи и принципа настоящего изобретения, входят в защищаемый объем настоящего изобретения.

Изобретение относится к экстракции металлов платиновой группы из водного раствора. Регулируют pH водного раствора, содержащего металлы платиновой группы, до 4-6, разделяют полученный раствор на твердую и жидкую фазы для получения надосадочной жидкости, после чего проводят электрокоагуляцию. Анодная пластина устройства для электрокоагуляции представляет собой пластину из железа, а катодная пластина представляет собой пластину из титана и/или пластину из нержавеющей стали. Зазор между анодной и катодной пластинами от 2,5 до 3,5 см. Рабочее напряжение 1,3-2,7 В. Полученный шлам на основе железа, содержащий металлы платиновой группы, отделяют каждые 10-40 мин и промывают кислотой. Кислый раствор, содержащий металлы платиновой группы, разделяют фильтрующей мембраной для получения металлов платиновой группы. Способ позволяет эффективно извлекать металлы платиновой группы из водного раствора низкой концентрации. 7 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ извлечения металлов платиновой группы из водного раствора, содержащий следующие этапы:

S1) предварительная обработка, включающая регулирование pH водного раствора, содержащего металлы платиновой группы, до 4-6, разделение полученного раствора на твердую и жидкую фазы для получения надосадочной жидкости,

S2) электрокоагуляция полученной надосадочной жидкости, причем анодная пластина устройства для электрокоагуляции представляет собой пластину из железа, а катодная пластина представляет собой пластину из титана и/или пластину из нержавеющей стали, при этом зазор между анодной пластиной и катодной пластиной составляет от 2,5 до 3,5 см, во время электрокоагуляции рабочее напряжение поддерживают на уровне 1,3-2,7 В, а полученный шлам на основе железа, содержащий металлы платиновой группы, отделяют каждые 10-40 мин,

S3) промывка кислотой шлама на основе железа, содержащего металлы платиновой группы, для получения кислого раствора, содержащего металлы платиновой группы,

S4) разделение кислого раствора, содержащего металлы платиновой группы, фильтрующей мембраной для получения металлов платиновой группы.

2. Способ по п.1, в котором электрокоагуляция предусматривает последовательное выполнение первой, второй и третьей стадии электрокоагуляции, полученный шлам на основе железа отделяют между двумя последовательными этапами электрокоагуляции, рабочее напряжение постепенно уменьшают от первой стадии электрокоагуляции до третьей, и, предпочтительно, первую стадию электрокоагуляции выполняют при рабочем напряжении от 2,3 до 2,7 В в течение 35-45 мин, вторую стадию электрокоагуляции выполняют при рабочем напряжении от 1,8 до 2,2 В в течение 25-35 мин, а третью стадию электрокоагуляции выполняют при рабочем напряжении от 1,3 до 1,7 В в течение 15-25 мин.

3. Способ по п.1, в котором этап промывки кислотой проводят смешиванием собранного упомянутого шлама на основе железа с раствором неорганической кислоты, реакцию проводят при температуре 50-70°C в течение 30-120 мин.

4. Способ по п.3, в котором раствор неорганической кислоты представляет собой раствор азотной кислоты с концентрацией от 1,5 до 4,5 моль/л, и количество раствора неорганической кислоты поддерживают на уровне, позволяющем обеспечить массовое соотношение твердой и жидкой фаз, равное 1:(100-120).

5. Способ по п.1, в котором кислый раствор, содержащий металлы платиновой группы, отделяют фильтрацией через мембрану органического фильтра, и, предпочтительно, мембрана органического фильтра имеет размер пор от 0,20 до 0,25 мкм.

6. Способ по п.1, в котором для регулирования pH водного раствора, содержащего металлы платиновой группы, до 4-6 используют комбинацию гидроксида натрия и азотной кислоты, перемешивают полученный раствор в течение 1-3 ч с последующей фильтрацией для получения надосадочной жидкости.

7. Способ по п.6, в котором металлы платиновой группы в водном растворе представляют собой платину, палладий и родий, при этом общая концентрация металлов платиновой группы составляет от 1 до 100 мг/л.

8. Способ по п.7, в котором в водном растворе, помимо металлов платиновой группы, содержатся металлические элементы, представляющие собой как минимум один элемент из следующей группы: никель, цинк, медь, марганец, магний, свинец, при этом общая концентрация указанных металлических элементов составляет менее 20 г/л.