Платиновый сплав для катализаторных сеток

Изобретение относится к области металлургии благородных металлов, в частности к платиновым сплавам, предназначенным для изготовления катализаторных сеток, используемых химической промышленностью. Заявлен платиновый сплав для катализаторных сеток, содержащий, мас.%: палладий 36,5-37,5, родий 2,7-3,3, иридий 0,001-0,05, платина - остальное. Технический результат - обеспечение стабильных механических свойств при сохранении высокой каталитической активности изготовленных из него каталитических пакетов.

 

Изобретение относится к области металлургии благородных металлов, в частности к платиновым сплавам, предназначенным для изготовления катализаторных сеток, используемых химической промышленностью.

Использование каталитических сеточных пакетов на предприятиях химической промышленности в процессах окисления аммиака (при производстве азотной кислоты и ее производных) широко практикуется на предприятиях разных стран мира. Каталитическую функцию при этом выполняют, как правило, сетки, изготовленные из платиновых сплавов. Жесткие условия эксплуатации (высокие температура и давление) приводят к постепенной эрозии и разрушению сеточного полотна. Необходимость обеспечения высокой каталитической активности сетки и сохранение ее механических характеристик на возможно более длительные сроки эксплуатации предъявляют повышенные и специфические требования к качеству платиновых сплавов, применяемых для изготовления катализаторных сеток.

Наиболее широко при изготовлении катализаторных сеток применяют сплавы на основе платины, содержащие родий и палладий.

Так, известен платиновый сплав для катализаторных сеток следующего состава, мас.%:

платина	92,2-92,8
палладий	3,8-4,2
родий	3,3-3,7

[ГОСТ 13498-79. «Платина и платиновые сплавы. Марки». Государственный комитет СССР по стандартам. Москва, Издательство стандартов. - 1980, 5 с.].

Данный сплав обладает высокой каталитической активностью, достаточно технологичен для сеточного производства, обеспечивает приемлемую живучесть каталитических пакетов при их эксплуатации и является аналогом заявляемому сплаву.

Недостатком сплава-аналога является его чрезмерно высокая стоимость, вызванная высоким содержанием дорогостоящей платины (от 92,2% до 92,8%).

Наиболее близким по составу к заявляемому сплаву является известный платиновый сплав для катализаторных сеток, содержащий, мас.%:

платина	80,3-81,7
палладий	14,5-15,5
родий	3,1-3,9
рутений	0,2-0,8

[Межгосударственный стандарт ГОСТ 13498-79. «Платина и платиновые сплавы. Марки». Государственный комитет СССР по стандартам. Москва, Издательство стандартов. - 1980, 5 с.].

Данный сплав имеет пониженное до 81% содержание платины при относительно высокой концентрации палладия, обладает при этом высокой каталитической активностью, обеспечивает приемлемую живучесть каталитических пакетов при их эксплуатации и принят в качестве прототипа заявляемому сплаву.

Недостатками сплава-прототипа являются:

- его высокая стоимость, вызванная высокой концентрацией дорогостоящей платины (от 80,3% до 81,7%). Каталитические пакеты, включающие сетки, изготовленные из сплава-прототипа, и находящиеся на балансе химических предприятий, являются серьезным финансовым обременением их конечной продукции;

- недостаточная стабильность механических свойств сплава и изготовленных из него полуфабрикатов по их длине и сечению, вызванная формированием зон с разнозернистой структурой при кристаллизации литых заготовок. Наличие зерен увеличенных размеров в структуре литого сплава-прототипа является нежелательным, так как ведет к технологическим трудностям при изготовлении тонкой проволоки и сеточного полотна.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является разработка состава нового платинового сплава для катализаторных сеток, имеющего существенно меньшее, в сравнении с прототипом, содержание платины, а следовательно, и меньшую стоимость, обеспечивающего формирование однородной мелкозернистой структуры при изготовлении литых заготовок и полуфабрикатов со стабильными механическими свойствам, при сохранении высокой каталитической активности, и обеспечивающего длительную эксплуатацию изготовленных из него каталитических пакетов.

Технический результат достигается тем, что платиновый сплав для катализаторных сеток, содержащий палладий и родий, дополнительно содержит иридий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

палладий	36,5-37,5
родий	2,7-3,3
иридий	0,001-0,05
платина	остальное

Общим для сплава-прототипа и заявляемого платинового сплава является наличие в сплаве платины, палладия и родия.

Включение в состав заявляемого сплава добавки иридия, являющегося эффективным модификатором, обеспечивает при кристаллизации расплава формирование мелкозернистой однородной структуры, позволяющей получать литые заготовки и полуфабрикаты со стабильными механическими свойствами как по их длине, так и по сечению. Таким образом, введение в сплав иридия повышает технологические свойства сплава при его использовании для изготовления тонкой проволоки и сеточного полотна. Влияние иридия как модификатора сплава особенно возрастает при попытках получить сплавы с пониженным содержанием платины как основного компонента.

Снижение содержания иридия в платиновом сплаве ниже 0,001% недопустимо, так как ведет к ослаблению модифицирующего воздействия иридия на сплав.

Превышение верхнего предела содержания иридия (0,05%) в платиновом сплаве нецелесообразно, так как не приводит к улучшению технологических характеристик сплава при его дальнейшем использовании в производстве катализаторных сеток.

Соотношение компонентов в заявляемом сплаве предложено на основании экспериментальных исследований, включающих приготовление различных сплавов, изготовление из них тонкой проволоки и катализаторных сеток, использование последних в каталитических пакетах в аппаратах окисления аммиака.

Содержание родия в заявляемом сплаве в интервале от 2,7% до 3,3% обеспечивает сохранение необходимых механических характеристик сплаву и изготовленным из него сеткам и является оптимальным.

Соотношение платины и палладия в заявляемом сплаве также является оптимальным, выбрано экспериментально, исходя из необходимости сохранения высокой каталитической активности сетки, обеспечения длительного срока ее эксплуатации и максимально возможного при этом снижения концентрации дорогостоящей платины.

Так, снижение содержания платины в сплаве ниже 59,2% нежелательно, так как ведет к уменьшению каталитической активности сетки и сокращению срока ее службы. Увеличение содержания платины в сплаве выше 60,8% также нецелесообразно, так как ведет к необоснованному повышению стоимости катализаторных сеток.

Пример.

Получение платинового сплава для катализаторных сеток проводили прямым сплавлением чистых компонентов и сплава ПлИ-5, который использовали в качестве лигатуры. Плавку проводили в индукционной печи УИПВ-63-10-0,01 фирмы «РЭЛТЕК» в тигле из диоксида циркония, стабилизированного CaO.

Состав шихты:

- рубленые слитки и стружка платины аффинированной марки ПлА-0 (чистотой 99,98%) - 4300,0 г;

- стружка сплава ПлИ-5 - 20,0 г;

- рубленые слитки, порошок и стружка палладия аффинированного - 2665,0 г;

- порошок родия (чистотой не менее 99,95% основного компонента) - 216,1 г.

Порошок родия смешали с порошком и стружкой палладия и стружкой платины. Масса стружки (порошка) палладия или платины должна быть не менее массы порошка родия. Все компоненты шихты загрузили в плавильный тигель индукционной печи. Общая масса загружаемой шихты подбиралась исходя из вместимости плавильного тигля и составляла - (7200±100) г. Расчетный состав шихты, %: Pd - 37,00; Rh - 3,00; Ir - 0,01; Pt - остальное.

Шихту расплавляли в атмосфере аргона. Расплав подвергли изотермической выдержке в течение 2 мин, слив расплава провели при температуре 1700°С (по показаниям оптического пирометра), в атмосфере аргона, в предварительно разогретую до 200°С медную изложницу.

Охлаждение слитка провели в изложнице в течение 30 мин, после чего открыли крышку печи, выгрузили слиток и его дальнейшее охлаждение провели опусканием в проточную воду.

Масса полученного сплава составила 7200,1 г. После механической зачистки поверхности полученный слиток был опробован, проба подвергнута химическому анализу.

Химический анализ пробы показал, что полученный платиновый сплав содержит 37,05% палладия, 2,89% родия, 0,010% иридия, остальное - платина.

Полученный сплав был прокован в прутки сечением 15×15 мм, длиной (260-290) мм и успешно использован для изготовления катализаторной сетки.

Платиновый сплав для катализаторных сеток, содержащий палладий и родий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит иридий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

палладий	36,5-37,5
родий	2,7-3,3
иридий	0,001-0,05
платина	остальное