Переработка платиновых металлов
Получаемых из анодных шламов медно-никелевого производства.
Концентраты анодных шламов медно-никелевого производства отличаются от шлиховой платины резким (в 2—3 раза) преобладанием палладия над платиной, относительно малыми количествами других платиноидов и присутствием меди, никеля, серы, селена и теллура. И хотя аффинаж этих концентратов осуществляется по той же схеме, что и шлиховой платины, в технологии переработки этих материалов есть некоторые специфические особенности. Концентраты также растворяют в царской водке, полученные растворы подвергают доводке (восстановлению), после чего из них осаждают хлороплатинат аммония. Так как концентраты содержат значительное количество палладия, то после осаждения платины растворы поступают на выделение палладия. С этой целью их обрабатывают избытком аммиака. Вначале выпадает осадок соли Вокелена [Pd(NH3)4][PdCl4], которая растворяясь в избытке аммиака, образует тетраминхлорид палладия:
[Pd (NH3)4][PdCl4] + 4NH4OH = 2 [Pd (NH3)4]Cl2 + 4H2O.
После добавления в раствор соляной кислоты выпадает малорастворимый осадок хлоропалладозамина:
[Pd (NH3)4] Cl2 + 2НСl = [Pd (NH3)2 Cl2] + 2NH4Cl.
Для перечистки хлоропалладозамин растворяют в аммиаке и повторно осаждают соляной кислотой. После прокаливания перечищенного хлоропалладозамина получают губчатый палладий.
Остальные спутники платины, так же как и при аффинаже шлиховой платины, извлекают из нерастворимых остатков, различных промежуточных продуктов и маточных растворов, получающихся в процессе аффинажа. При растворении концентратов в царской водке содержащееся в них серебро осаждается в виде хлористого и концентрируется в нерастворимом остатке. Для извлечения серебра нерастворимые остатки выщелачивают раствором аммиака. При этой обработке серебро переходит в раствор, который отделяют фильтрацией. При добавлении соляной кислоты к аммиачным серебросодержащим растворам серебро вновь осаждается в виде хлористого. Для получения металлического серебра хлорид плавят с содой с выделением металлического серебра или обрабатывают цинком в растворе серной кислоты с выделением цементного серебра, которое подвергают очистке электролизом.
При содержании в нерастворимых остатках свинца последний может быть переведен в раствор обработкой остатков уксуснокислым аммонием. Из растворов отгоняют уксусную кислоту, а затем с помощью серной кислоты осаждают свинец в виде малорастворимого сульфата.
Аффинажное производство
Существующая схема аффинажного производства позволяет получать платиновые металлы высокой чистоты с минимальными потерями их со сбросными продуктами. Однако при этом она обладает целым рядом технологических недостатков, которые увеличивают стоимость аффинажа и делают расходы на аффинаж непропорционально высокими по сравнению со стоимостью рафинирования любо металла. Так, эксплуатационные расходы среднего аффинажного завода в Южной Африке составляют примерно 225 долл. за 1 кг аффинированного металла, в то время как стоимость рафинирования меди, например, составляет 20 центов. Конечно, здесь следует учитывать малый масштаб производства чистых платиновых металлов и разницу в стоимости реактивов, но основная причина кроется в высокой стоимости рабочей силы и аффинажного оборудования. Если подробно рассмотреть недостатки аффинажного производства, то основными из них будут следующие:
1) многостадийное растворение концентратов платиновых металлов, осуществляемое к тому же в периодическом режиме, в дорогостоящем оборудовании и с использованием дорогих реагентов;
2) многократные операции осаждения чистых солей, прокаливания их и повторное растворение металлов, не удовлетворяющих потребителя по чистоте;
3) периодичность, длительность и трудоемкость аффинажных операций;
4) циркуляция значительных объемов оборотных растворов, что приводит к дополнительным расходам реагентов и большому объему незавершенного производства;
5) значительная потребность в рабочей силе, так как периодические процессы используют ручной труд, а возможности автоматизации и механизации при этом незначительны;
6) использование фарфоровых, стеклянных, кварцевых реакторов, что резко увеличивает стоимость оборудования.
Устранение этих недостатков, переход на современные схемы вскрытия и разделения металлов позволили бы сократить эксплуатационные расходы на аффинаж примерно на 50 %.
Операции перевода платиновых металлов в раствор обработкой в царской водке, спеканием с перекисью натрия или бария, сплавление со свинцом и цинком с последующим выщелачиванием являются наиболее трудоемкими. Поэтому было предложено осуществить вскрытие концентратов платиновых металлов хлорированием в растворе соляной кислоты. Этот процесс не требует дорогих реагентов и оборудования. Осуществляется он в периодическом или непрерывном режиме в титановых реакторах. Процесс чрезвычайно интенсивный: переход в раствор платины и палладия на 99 % и металлов — спутников на 96 % достигается менее, чем за 2 ч.
Другим перспективным направлением вскрытия концентратов платиновых металлов является хлорирование в расплаве хлорида натрия или калия. При 400—600 °С платиновые и цветные металлы переходят в хлориды, которые при выщелачивании могут быть переведены в раствор. Преимуществом этого процесса является возгонка вредных для аффинажных операций летучих примесей селена, теллура, свинца, цинка и отделение их от платиновых металлов уже на головной операции.
Для последующего разделения хлоридных комплексов платиновых металлов можно использовать ионный обмен и экстракцию. Однако большинство ионообменных смол не отличается селективностью по отношению к анионным комплексам платиновых металлов. Более того, десорбция этих металлов со смолы затруднена. Поэтому трудно ожидать в ближайшее время внедрения ионообменной технологии для я разделения платиновых металлов. Работы в области разделения платиновых металлов показывают, что жидкостная экстракция более эффективна. Однако для того, чтобы экстракция могла конкурировать с традиционным аффинажем, необходимо выполнение следующих требований:
1) устойчивость к окислению органических растворителей (они не должны вступать в побочные реакции, приводящие к их разложению);
2) достаточно высокий коэффициент распределения экстрагируемого металла (D>10²);
3) реэкстракция металла из органической фазы должна происходить достаточно полно (D<10⁻¹);
4) экстрагент должен быть селективным по отношению к экстрагируемому металлу и обладать достаточной емко-стью (20 г металла на 1л);
5) все реагенты должны быть доступными, недорогими и не давать побочных реакций;
6) из реэкстракта металлы должны легко извлекаться либо в виде металла, либо в виде нерастворимых солей и комплексов.
Всем этим требованиям удовлетворяет схема аффинажного производства, разработанная в ЮАР. Наличие противотока на каждой стадии разделения позволяет получить металлы теоретически любой степени чистоты. Схема может быть в дальнейшем усовершенствовала в направлении выделения платиновых металлов непосредственно из органической фазы, минуя стадию реэкстракции. Внедрение подобных схем позволяет не только снизить более чем в 2 раза эксплуатационные затраты, но и значительно уменьшить затраты на капитальное строительство новых аффинажных заводов.
Дальнейшее совершенствование аффинажных производств должно, вероятно, пойти по пути совершенствования аппаратуры для вскрытия сырья и экстракции, экономии реагентов, снижения потерь платиновых металлов и обезвреживания сточных вод, а также повышения чистоты аффинированных металлов.
Вы читаете, статья на тему переработка платиновых металлов