Поиск рационального варианта выделения платиновых металлов из сплавов на основе железа



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.

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)