Способ извлечения металлов платиновой группы из платиносодержащего сырья
Владельцы патента RU 2415954:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" (RU)
Изобретение относится к металлургии металлов платиновой группы (МПГ) и может быть использовано при извлечении МПГ на предприятиях металлургической и химической промышленности из хромсодержащего сырья. Способ извлечения металлов платиновой группы включает сульфатизацию исходного сырья с использованием окислителя и последующее водное выщелачивание. В качестве исходного сырья используют хромиты. Сульфатизацию хромитов осуществляют при отношении жидкого к твердому ж:т=4:1÷6:1 в водном растворе серной кислоты с концентрацией 85-93 вес.% при температуре 150-170°С. В качестве окислителя используют оксид хрома СrО3, взятый в количестве 70-80 вес.% от содержания железа в хромите. Техническим результатом является повышение комплексности использования сырья и извлечения платиновых металлов. 1 табл.
Изобретение относится к металлургии металлов платиновой группы (МПГ) и может быть использовано при извлечении МПГ на предприятиях металлургической и химической промышленности из платиносодержащего хромитового сырья.
Известен способ извлечения и разделения МПГ, который включает вскрытие исходного сырья гидрохлорированием, отделение золота, экстракцию платины и (или) палладия параллельно, но по отдельности, получение концентрата иридия и родия и их разделение экстракцией. Перевод МПГ осуществляется обработкой материала НСl с концентрацией 300-350 г/л при т:ж=1:3 в присутствии газообразного хлора в течение 12-16 часов при 80-90°С (Патент РФ №2200132 от 10.03.2003).
Недостатками данного способа извлечения МПГ применительно к хромсодержащим материалам являются низкое извлечение МПГ из хромитов, нетрадиционность используемых реагентов для производства хромовых солей и невозможность создания замкнутого технологического цикла растворов.
Известен способ выделения МПГ, в котором исходный материал растворяют в азотной кислоте. Сорбцию проводят платиновых металлов на анионите и десорбцию их раствором аммиака 3-8 моль/дм. Из аммиачных растворов азотной кислотой избирательно осаждают палладий в виде малорастворимой комплексной соли [Pd(NH3)2NO2NO3] при рН 5-6. Растворы после осаждения палладия направляют на выделение коллективного концентрата платиноидов (Патент РФ № 2238244 от 20.10.2004). Применение указанного способа для переработки хромсодержащего платинометального сырья затруднительно ввиду нетрадиционности реагентов по отношению к производству хромовых солей, невозможности создания замкнутого оборота технологических растворов и сложным характером поведения МПГ азотнокислых средах в присутствии хрома.
Известен способ получения селективных концентратов благородных металлов, включающий автоклавное окислительное выщелачивание исходных продуктов при температуре 180-220°С и парциальном давлении кислорода 0,4-1,0 МПа. Из раствора может быть селективно выделен концентрат металлов-спутников и серебра (Патент РФ № 2215801 от 10.11.2003). Ориентация процесса на переработку платинометальных материалов, содержащих цветные металлы, сложность аппаратурного оформления процесса, низкое извлечение МПГ в сернокислый раствор из материалов с высоким содержанием хромита, зависимость результатов автоклавного окислительного выщелачивания от содержания серы в материале делают затруднительным его реализацию.
Известен способ выделения платиновых металлов из платиносодержащих концентратов, который включает окислительный обжиг, солянокислотное выщелачивание огарка с переводом платиновых металлов в хлоридный раствор и последующее выделение МПГ из раствора. Выщелачивание огарка проводят в присутствии активирующей добавки, обеспечивающей удаление оксидных пассивирующих пленок с поверхности зерен платиноидов, при ее расходе 5-10% от веса огарка. В качестве активирующей добавки используют солянокислый гидразин или сернокислый натрий (Патент РФ № 2169200 от 20.06.2001). Недостатками технологии являются нетрадиционность соляной кислоты для производства хромовых солей, возможность распределения МПГ между различными продуктами технологии, сложность эффективного сочетания пиро- и гидрометаллургических процессов.
Известен способ выделения платиновых металлов из шламов медно-никелевого производства, выбранный в качестве прототипа, который включает двухстадийную жидкофазную сульфатизацию - водное выщелачивание и последующее автоклавное осаждение металлов спутников платины, позволяющий обеспечить получение богатых селективных концентратов благородных металлов (Грейвер Т.Н., Петров Г.В. "Перспективы развития производства платиновых металлов. Новые подходы к источникам сырья и технологии переработки". Цветная металлургия, 1999 г., N 8-9, с.7-10).
Недостатками данного способа извлечения платиновых металлов являются:
1. Необходимость проведения первой стадии - низкотемпературной (180°С) сульфатизации шлама - для предварительного удаления цветных металлов, что сопровождается усложнением технологической схемы;
2. Применение на второй стадии сульфатизации высокой температуры (230°С) для перевода МПГ в раствор, что приводит к удорожанию используемого оборудования, а также к выделению агрессивных токсичных газов;
3. Ориентированность прототипа на переработку шламов электролиза меди и никеля, состоящих преимущественно из халькогенидов цветных и благородных металлов. Применение прототипа при переработке платинометального хромитового сырья, содержащего преимущественно оксиды хрома, железа и породообразующих компонентов, не обеспечивает высокого извлечения МПГ в сернокислый раствор.
Задачей изобретения является создание способа извлечения металлов платиновой группы из платиносодержащего хромитового сырья, позволяющего исключить недостатки, присущие прототипу.
Технический результат заключается в увеличении извлечения МПГ из платиносодержащих хромитов и получении богатого хроматного раствора, пригодного для производства товарных хромовых соединений при использовании традиционных для хромового производства реагентов.
Технический результат достигается тем, что по способу извлечения металлов платиновой группы из платиносодержащего сырья, включающего сульфатизацию с использованием окислителя и последующее водное выщелачивание, отличающегося тем, что в качестве исходного сырья используют хромиты, сульфатизационную обработку которых осуществляют при отношении жидкого (H2SO4) к твердому (хромит) ж:т=4:1÷6:1 в водном растворе серной кислоты концентрацией 85-93 вес.% при температуре 150-170°С с использованием в качестве окислителя оксида хрома СrО3, взятого в количестве 70-80 вес.% от содержания железа в хромите.
Оптимальность отличительных признаков состоит в следующем:
- нижний предел (85%) концентрации серной кислоты определяет тот минимум, при котором присутствие воды в серной кислоте отрицательно влияет на результаты сульфатизации; верхний предел (93%) определяет тот максимум, при котором обеспечивается полное извлечение МПГ из хромита;
- нижний предел (150°С) температуры сульфатизации определяет тот минимум, при котором обеспечивается полное вскрытие хромита с переводом хрома и МПГ в раствор; верхний предел (170°С) определяется технологической и экономической целесообразностью;
- нижний предел соотношения ж:т=4:1 пульпы определяет тот минимум, при котором предотвращается образование безводных сульфатов хрома, препятствующих переходу МПГ и хрома в раствор; верхний предел (6:1) определяет тот максимум, при котором обеспечивается полное извлечение МПГ из хромита и не образуется излишнего количества бедных по хрому и МПГ кислых растворов;
- нижний предел (70%) расхода окислителя СrО3 определяет тот минимум, при котором обеспечивается полное извлечение МПГ из хромита; верхний предел (90%) определяет тот максимум, который определяется технологической и экономической целесообразностью.
Заявленный способ реализуют следующим образом. В качестве оборудования используется типовой химический реактор из коррозионностойкого материала. В пульпу, содержащую хромит и концентрированную серную кислоту с концентрацией 85-93 вес.%, при ж:т=4:1÷6:1 и температуре 150-170°С вводится окислитель оксид хрома СrО3 из расчета 70-90 вес.% от содержания железа в хромите.
Использование указанных параметров сульфатизации и введение оксида хрома СrО3, обладающего высоким окислительно-восстановительным потенциалом в сернокислой среде, приводит к полному извлечению МПГ в сульфатный хроматный раствор, образующийся после водного выщелачивания просульфатизированной пульпы и отделения ее твердой части. Существенным обстоятельством, обусловливающим целесообразность применения оксида хрома, является то, что он вписывается в предлагаемую технологию, являясь базовым продуктом при получении хромовых солей (бихромата, хромата и др.).
Пример 1. В качестве исходного материала использовался хромит следующего химического состава: 28,2% Сr; 19,1% Fe, 7,3% Mg; 5,6% SiO2; 2,8 г/т Pt; 0,14 г/т Ir; 0,16 г/т Rh; 0,57 г/т Ir. В пульпу, содержащую хромит и серную кислоту (89%), с вариантным отношением жидкого к твердому ж:т=3:1÷6:1 при 160°С вводился оксид хрома СrО3 в количестве 80% от содержания железа в хромите. При ж:т=5:1 достигается извлечение платины (92,1%), иридия (90,8%), родия (68,9%) и рутения (67,3%) в раствор водного выщелачивания.
Пример 2. В пульпу из хромита и серной кислоты вариантной концентрации (84-93%) при ж:т=5:1 и температуре 160°С вводился оксид хрома СrО3 в количестве 80% от содержания железа в хромите. При концентрации H2SO4, равной 93 вес.%, достигается извлечение платины (92,2%), иридия (91,2%), родия (70,1%) и рутения (68,1%) в раствор водного выщелачивания.
Пример 3. В пульпу из хромита и серной кислоты (89%) при ж:т=5:1 и вариантной температуре 140-170°С вводился оксид хрома СrО3 в количестве 80% от содержания железа в хромите. При температуре H2SO4, равной 150°С, достигается извлечение платины (91,8%), иридия (89,7%), родия (69,9%) и рутения (68,0%) в раствор водного выщелачивания.
Пример 4. В пульпу из хромита и серной кислоты (89%) при ж:т=5:1 и температуре 160°С вводился оксид хрома СrО3 в вариантном расходе 60-100% от содержания железа в хромите. При расходе окислителя 90% достигается извлечение платины (92,2%), иридия (91,8%), родия (70,9%) и рутения (65,3%) в раствор водного выщелачивания.
Пример 5. Хромит обрабатывается концентрированной H2SO4 при т:ж=1:2 в течение 6 часов при 230°С. Извлечение платины (73,2%), иридия (46,8%), родия (26,2%) и рутения (37,4%) в раствор водного выщелачивания.
Примеры, подтверждающие оптимальность признаков, представлены в таблице. Из таблицы видно, что цели изобретения достигаются при использовании серной кислоты с концентрацией 85-93 вес.%, при ж:т=4:1÷6:1, температуре 150-170°С и расходе оксида хрома СrО3 из расчета 70-90 вес.% от содержания железа в хромите.
Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения.
| Таблица | |||||||||
| Пример | № п.п. | Ж:Т | [H2SО4], вес.% | Т °С | Расход СrО3, % от сод. Fe в хромите | Извлечение в раствор, % | |||
| 1 | 1 | 3:1 | 89 | 160 | 80 | Pt | Ir | Rh | Ru |
| 2 | 4:1 | 89 | 160 | 80 | 91,8 | 91,1 | 67,4 | 64,2 | |
| 3 | 5:1 | 89 | 160 | 80 | 92,1 | 90,8 | 68,9 | 67,3 | |
| 4 | 6:1 | 89 | 160 | 80 | 91,9 | 91,3 | 68,7 | 65,4 | |
| 5 | 7:1 | 89 | 160 | 80 | 92,0 | 89,2 | 68,6 | 67,3 | |
| 2 | 6 | 5:1 | 84 | 160 | 80 | 86,2 | 84,2 | 46,1 | 43,1 |
| 7 | 5:1 | 87 | 160 | 80 | 86,1 | 79,8 | 54,1 | 52,2 | |
| 9 | 5:1 | 93 | 160 | 80 | 92,2 | 91,2 | 70,1 | 68,1 | |
| 3 | 10 | 5:1 | 89 | 140 | 80 | 76,3 | 80,2 | 34,3 | 45,1 |
| 11 | 5:1 | 89 | 150 | 80 | 91,8 | 89,7 | 69,9 | 68,0 | |
| 12 | 5:1 | 89 | 170 | 80 | 92,0 | 90,8 | 69,9 | 67,1 | |
| 4 | 14 | 5:1 | 89 | 160 | 60 | 66,2 | 62,7 | 35,0 | 39,8 |
| 15 | 5:1 | 89 | 160 | 70 | 92,1 | 90,8 | 68,9 | 67,3 | |
| 16 | 5:1 | 89 | 160 | 90 | 92,2 | 91,8 | 70,9 | 65,3 | |
| 17 | 5:1 | 89 | 160 | 100 | 91,9 | 92,3 | 69,9 | 66,3 | |
| 5*) | 18 | 73,2 | 46,8 | 26,2 | 37,4 | ||||
| *) - сравнение с прототипом. |
Способ извлечения металлов платиновой группы из платиносодержащего сырья, включающий сульфатизацию с использованием окислителя и последующее водное выщелачивание, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют хромиты, сульфатизацию хромитов осуществляют при отношении жидкого к твердому ж:т=4:1÷6:1 в водном растворе серной кислоты с концентрацией 85-93 вес.% при температуре 150-170°С с использованием в качестве окислителя оксида хрома СrО3, взятого в количестве 70-80 вес.% от содержания железа в хромите.
