Поиск рационального варианта выделения платиновых металлов из сплавов на основе железа | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 11 декабря, печатный экземпляр отправим 15 декабря.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №52 (342) декабрь 2020 г.

Дата публикации: 26.12.2020

Статья просмотрена: 49 раз

Библиографическое описание:

Колмачихина, О. Б. Поиск рационального варианта выделения платиновых металлов из сплавов на основе железа / О. Б. Колмачихина, М. В. Коновалов, Л. В. Соколов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 52 (342). — С. 84-87. — URL: https://moluch.ru/archive/342/77058/ (дата обращения: 03.12.2021).



В данной работе были разобраны основные способы выделения металлов платиновой группы из сплавов на основе железа, выбрана принципиальная гидрометаллургическая технология получения концентрата МПГ.

Ключевые слова: автомобильные катализаторы, переработка, МПГ, концентрат.

С целью переработки автомобильных катализаторов и извлечения из них металлов платиновой группы, рационально использовать пирометаллургические способы. Поскольку именно при высоких температурах достигается максимальное вскрытие активной поверхности металлов платиновой группы из керамической основы катализатора, а также удаление органического нагара. За счет такого подхода можно добиваться извлечения металлов платиновой группы порядка 99 %.

Полученный сплав преимущественно перерабатывают тремя способами: конвертирование, электрохимическое растворение или выщелачивание.

В первом способе плавку автомобильных катализаторов проводят на медный коллектор, после чего полученный расплав вводят в конвертер, в который в качестве окислителя металлической меди подают газовоздушную смесь, обогащенную кислородом. В процессе конвертирования происходит разделение расплава по плотности, оксид меди всплывает на поверхность расплава, а металлическая медь остается в подине, где и концентрируются металлы платиновой группы. Когда слой окисленной меди достигает порядка двух сантиметров его сливают из конвертера и процесс повторяют. Таким образом, содержание металлов платиновой группы можно произвольно регулировать в диапазоне от нескольких процентов до 80 % по массе.

Вытекший и отделенный слой оксида меди после затвердевания путем охлаждения повторно используют на плавке с целью повышения степени извлечения.

Основные минусы такого подхода, следующие:

 большие временные затраты;

 невысокий КПД;

 высокие энергетические затраты.

При использовании гидрометаллургических методов плавку как правило проводят на железный коллектор, получая при этом сплав с содержанием металлов платиновой группы до 5 % (таблица 1), основными компонентами которого являются железо, кремний и углерод. Содержание последних может достигать порядка 20 %.

В первом случае полученный чугун разливают на аноды и растворяют электрохимическими методами, в результате чего образуется анодный шлам (таблица 2), содержащий около 10 % МПГ, углерод и кремний, железо и небольшое количество цветных металлов.

Таблица 1

Содержание основных компонентов в сплаве на основе железа

Элементы

Pd

Pt

Rh

Fe

Cu

Si

Ti

Ag

Проч.

%

3,1

1,2

0,1

79,6

2,16

5,1

1,18

0,11

7,45

* Анализ выполнен методом РФА и не учитывает наличие углерода.

Образование углерода и кремния, которые являются основными сложными для удаления примесями, на ранних стадиях неизбежно, поскольку углерод используется в качестве восстановителя для коллектора, без углерода невозможно получение необходимых свойств чугуна, позволяющих свободно разливать последний в изложницы, а кремний входит в состав основы катализатора и также является необходимым компонентом шлака при плавке на железный коллектор.

С целью кондиционирования металлов платиновой группы необходимо максимально более полное удаление из шлама основных его составляющих — углерода и кремния.

Примерный состав шлама получаемый таким методом, представлен в таблице 2.

Таблица 2

Массовые доли компонентов шлама

Компонент

С

Si

Fe

Cu

Mo

S

O

МПГ

Pt

Pd

Rh

Массовая доля, %

25

13

15

3,5

0,6

1,7

31,4

5,9

3

0,9

* Состав шлама определен методом рентгеноспектрального анализа.

После промывки шлама раствором серной кислоты с целью дополнительного удаления железа и цветных металлов из шлама применяют его спекание в смеси с карбонатом натрия в муфельной печи. После чего проводят водное выщелачивание. Конечным продуктом в данной технологической схеме является обогащенный шлам, содержащий до 50 % МПГ.

Основными недостатками такого подхода являются:

 большие временные затраты на растворение анодов;

 низкий КПД;

 высокие энергетические затраты;

 высокая экологическая нагрузка.

Наиболее целесообразно использование процесса выщелачивания полученного сплава. Расплав разливается на гранулы с последующим измельчением. После чего проводится двухэтапное выщелачивание. Первый этап проводится с целью максимального перевода железа и цветных металлов в раствор, результаты выщелачивания представлены в таблице 3.

Таблица 3

Содержание основных компонентов после первого этапа выщелачивания

Элементы

Pd

Si

Pt

Cu

Ti

Fe

Sn

Pb

Ag

Проч,

Содержание

%

38,1

17,32

12,03

7,4

6,42

5,88

4,62

2,93

1,13

4,14

* По данным РФА, не учитывается наличие углерода и родия

Как видно, в результате выщелачивания железо практически полностью переходит в раствор,

Целью второго этапа выщелачивания является перевод кремния и, частично, углерода в раствор. Результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4

Содержание основных компонентов после второго этапа выщелачивания

Элементы

Pd

Si

Pt

Cu

Ti

Fe

Sn

Pb

Ag

Проч,

Содержание

%

46,529

-

14,063

8,802

7,970

8,140

4,777

3,899

1,548

4.272

* По данным РФА, не учитывается наличие углерода и родия

После двухэтапного выщелачивания получаем концентрат, с содержанием МПГ до 50 %.

Таким образом, схема предлагаемой технологии представлена на рисунке 1.

Предлагаемая технология переработки катализаторов

Рис. 1. Предлагаемая технология переработки катализаторов

Плюсами данной технологии по сравнению с аналогичной, где сплав растворяют электрохимически являются:

 низкие временные затраты;

 низкая экологическая нагрузка;

 снижается себестоимость продукции.

Литература:

  1. Ю. А. Котляр, М. А. Меретуков. Л. С. Стрижко «Металлургия благородных металлов» Часть 2.
  2. Патент РФ «Способ переработки материалов, содержащих платиновые металлы», номер RU 2 618 282
  3. Патент РФ «Способ переработки отработанных катализаторов, содержащих металлы платиновой группы», номер RU 2 138 568
  4. Патент РФ «Способ извлечения металлов платиновой группы» RU 2 360 984
  5. Патент США «Процесс восстановления металлов платиновой группы», номер US5252305 (A)
Основные термины (генерируются автоматически): платиновая группа, наличие углерода, таблица, железный коллектор, металлическая медь, основа железа, полученный сплав, результат выщелачивания, содержание металлов, этап выщелачивания.


Задать вопрос