СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ И РАЗДЕЛЕНИЯ ПЛАТИНЫ И РОДИЯ В СУЛЬФАТНЫХ РАСТВОРАХ
METHOD FOR EXTRACTION AND SEPARATION OF PLATINUM AND RHODIUM IN SULPHATE SOLUTIONS

Изобретение относится к области аналитической химии платиновых металлов, в частности к методам разделения и концентрирования, и может быть использовано при разделении платины и родия в сульфатных свежеприготовленных и выдержанных растворах сорбционным методом с использованием сильноосновного анионита.
Известен способ извлечения благородных металлов из растворов сорбцией [патент РФ №2201983, C22B 11/00, C22B 3/24, опубл. 10.04.2003], включающий сорбционное извлечение благородных металлов органическим сорбентом - 2-(1,3,5-дитиазин-5-ил)уксусной кислоты в широком интервале температур (90-100°C) и кислотности среды (pH 1-14) в течение 40-60 мин, включающий стадии отфильтровывания, высушивания и озоления сорбента-концентрата. При этом зола представляет собой извлекаемый металл или сумму извлекаемых металлов (в случае серебра - оксид серебра).
К недостаткам этого способа относится использование только свежеприготовленных растворов, а также невозможность повторного использования ионитов ввиду их сжигания. Следовательно, другим существенным недостатком известного способа является экологическая опасность.
Существует также способ извлечения благородных металлов из кислых сульфатных растворов [патент РФ №2067125, C22B 3/24, C22B 11/00, опубл. 27.09.1996], включающий пропускание исходного раствора через слой углеродного адсорбента, предварительно подвергнутого деминерализации методом кислотной обработки и термообработке в инертной атмосфере, обработку угля азотной кислотой, последующую его промывку, сушку и термообработку для повторного использования при извлечении металлов платиновой группы.
Недостатками этого способа являются низкая механическая прочность углеродных сорбентов и невозможность их многократного (более 10 раз) использования.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ извлечения платиновых металлов из бедных сульфатных растворов [патент РФ №2323986, C22B 11/00, C22B 3/24, опубл. 10.05.2008], включающий одновременный перевод платиновых металлов в активносорбируемую форму хлорированием и их извлечение. В качестве сорбентов используют ионообменные смолы на основе сополимера стирола и дивинилбензола: сильноосновной анионит гелиевой структуры Россион-5, содержащий бензилтриметиламмониевые группы, или слабоосновную смолу макропористой структуры Россион-10, содержащую первичные, вторичные и третичные аминогруппы.
Недостатками данного способа являются использование высоких температур (90°C), длительность и трудоемкость процесса (постоянное перемешивание в течение четырех часов, пропускание токсичной хлорвоздушной смеси в течение 30 минут).
Техническим результатом изобретения является упрощение и удешевление как способа перевода сульфатных форм платиновых металлов в хлоридные, так и процесса их извлечения и разделения в свежеприготовленных и в выдержанных растворах.
3
Технический результат достигается тем, что в способе извлечения и разделения платины и родия в сульфатных растворах, включающем перевод платиновых металлов в активносорбируемую форму, сорбцию на сильноосновном анионите новым является то, что предварительно свежеприготовленные и выдержанные в течение трех месяцев сульфатные растворы платины и родия переводят в сульфатно-хлоридные путем добавления к ним хлороводородной кислоты, сорбцию осуществляют в динамических условиях из полученных растворов на анионите Purolite A-500, содержащем в качестве функциональной группы четвертичное аммонийное основание, а их десорбцию осуществляют в два этапа: на первом этапе пропускают через сорбент раствор 2М NaNO для извлечения платины и на втором этапе раствор 2 М HCl для извлечения родия. Также новым является то, что анионит после десорбции используют для повторной сорбции платиновых металлов без дополнительной регенерации.
2
4
2
2
2
4
4
2
2
4
2
4
2
6
6
5
6
2
2
4
3
2-
-
2-
2-
3-
2-
2-
-
Сущность способа заключается в следующем. На первом этапе происходит активация свежеприготовленных и выдержанных в течение трех месяцев сульфатных растворов без дополнительных затрат путем добавления к ним 0,01-2,0 М хлороводородной кислоты так, чтобы соотношение концентраций HCl и HSO составляло 1:1. При этом в полученных системах кинетически инертные сульфатные комплексы платиновых металлов, такие как [Pt(HO)(SO)], [Rh(HO)(SO)], [Rh(OH)(HO)(SO)] и другие, которые вызывают значительное осложнение при извлечении этих металлов, переходят в более лабильные хлоридные формы, о чем свидетельствуют электронные спектры поглощения платиновых металлов, приведенных на фиг.1. Из них видно, что максимумы поглощения спектров хлоридных и сульфатно-хлоридных растворов идентичны, то есть в таких системах платина и родий находятся в хлоридных комплексах, таких как [PtCl], [RhCl], [Pt(OH)Cl], [Pt(OH)], [Rh(HO)Cl] и других. Далее на втором этапе проводится извлечение платиновых металлов из приготовленных растворов на сильноосновном анионите Purolite A-500, содержащем в качестве функциональной группы четвертичное аммонийное основание, обладающем высокой обменной емкостью по платине и родию. Сорбционные характеристики ионита в зависимости от кислотности среды практически не изменяются при уменьшении концентрации кислот. Для полного извлечения благородных металлов из растворов эксперимент проводится в динамических условиях. При выдерживании растворов в течение трех месяцев сорбционные параметры несколько ухудшаются, однако остаются на высоком уровне, что имеет огромное значение для промышленности. Третий этап включает десорбцию благородных металлов с анионита, которую осуществляют растворами 2 М NaNO, а затем 2 М HCl. Анионит после десорбции используют для повторной сорбции благородных металлов в описываемом способе.
Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей химии и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательный уровень».
Изобретение поясняется чертежом. На фиг.1 представлены спектры поглощения хлоридных (1, 3) и сульфатно-хлоридных (2, 4) растворов платины и родия при совместном присутствии, полученные из сульфатных растворов разного времени выдерживания (свежеприготовленные растворы (1, 2) и выдержанные в течение трех месяцев (3, 4)).
Заявляемый способ осуществляется следующим образом.
2
4
3
-4
-4
Переводят платину и родий в активносорбируемую форму путем введения в свежеприготовленный и выдержанный в течение трех месяцев сульфатный раствор хлороводородной кислоты так, чтобы получились растворы следующего состава: концентрации HSO и HCl 0,01-2,0 моль/л (молярное соотношение 1:1), концентрация по платине 2,5·10 моль/л (49 мг/л), по родию 2,5·10 моль/л (26 мг/л). Затем предварительно набухший анионит Purolite A-500 в хлоридной форме массой 2,3 г помещают в хроматографическую колонку и пропускают через него 50 мл полученного сульфатно-хлоридного раствора со скоростью 1,5 мл/мин. После насыщения сорбента ионами платиновых металлов пропускают 2 М раствор NaNO. При этом платина переходит в раствор, а родий остается в анионите. Далее сорбент промывают 100 мл воды и пропускают через него 2 М раствор HCl. После раздельной десорбции платину и родий можно использовать для дальнейшей работы либо в виде растворов, либо можно перевести их в металлическую форму путем электролиза. Анионит после десорбции используют для повторной сорбции благородных металлов в описываемом способе. Характеристики предлагаемого способа представлены в табл.1, где C - концентрации платины, родия, серной и хлороводородной кислоты в контактирующих растворах (моль/л), R - процент сорбции или десорбции платиновых металлов (%).
Способ иллюстрируется следующими примерами.
2
4
3
-4
-4
Пример 1. Переводят платину и родий в активносорбируемую форму путем введения в свежеприготовленный сульфатный раствор хлороводородной кислоты так, чтобы получился раствор следующего состава: концентрации HSO и HCl 0,01 моль/л (молярное соотношение 1:1), концентрация по платине 2,5·10 моль/л (49 мг/л), по родию 2,5·10 моль/л (26 мг/л). Затем предварительно набухший анионит Purolite A-500 в хлоридной форме массой 2,3 г помещают в хроматографическую колонку и пропускают через него 50 мл полученного сульфатно-хлоридного раствора со скоростью 1,5 мл/мин (табл.1). После насыщения сорбента ионами платиновых металлов пропускают 2 М раствор NaNO для извлечения платины. Затем сорбент промывают 100 мл воды и пропускают через него 2 М раствор HCl для извлечения родия.
2
4
3
-4
-4
Пример 2. Переводят платину и родий в активносорбируемую форму путем введения в свежеприготовленный сульфатный раствор хлороводородной кислоты так, чтобы получился раствор следующего состава: концентрации HSO и HCl 2,0 моль/л (молярное соотношение 1:1), концентрация по платине 2,5·10 моль/л (49 мг/л), по родию 2,5·10 моль/л (26 мг/л). Затем предварительно набухший анионит Purolite A-500 в хлоридной форме массой 2,3 г помещают в хроматографическую колонку и пропускают через него 50 мл полученного сульфатно-хлоридного раствора со скоростью 1,5 мл/мин (табл.1). После насыщения сорбента ионами платиновых металлов пропускают 2 М раствор NaNO для извлечения платины. Затем сорбент промывают 100 мл воды и пропускают через него 2 М раствор НСl для извлечения родия.
2
4
3
-4
-4
Пример 3. Переводят платину и родий в активносорбируемую форму путем введения в выдержанный в течение трех месяцев сульфатный раствор хлороводородной кислоты так, чтобы получился раствор следующего состава: концентрации HSO и HCl 0,01 моль/л (молярное соотношение 1:1), концентрация по платине 2,5·10 моль/л (49 мг/л), по родию 2,5·10 моль/л (26 мг/л). Затем предварительно набухший анионит Purolite А-500 в хлоридной форме массой 2,3 г помещают в хроматографическую колонку и пропускают через него 50 мл полученного сульфатно-хлоридного раствора со скоростью 1,5 мл/мин (табл.1). После насыщения сорбента ионами платиновых металлов пропускают 2 М раствор NaNO для извлечения платины. Затем сорбент промывают 100 мл воды и пропускают через него 2 М раствор НСl для извлечения родия.
Таблица 1 -
Результаты по сорбции Pt и Rh при совместном присутствии из свежеприготовленных (а) и выдержанных (б) растворов и их десорбции при помощи различных десорбентов (C(Pt)=C(Rh)=2,5·10<sup>-4</sup> моль/л)
Металлы
C<sub>H2SO4</sub>, C<sub>HCl</sub>, моль/л
R<sub>сорбции</sub>, %
R<sub>десорбции</sub>? %
2М NaNO<sub>3</sub>
2М HCl
Pt
(а) 2,0
99,9
99,6
-
(а) 0,01
99,9
99,8
-
(б) 0,01
97,8
99,5
-
Rh
(а) 2,0
99,9
-
99,8
(а) 0,01
99,9
-
99,9
(б) 0,01
95,7
-
99,6
Использование заявляемого изобретения открывает возможность раздельного получения родия и платины из сульфатных растворов отработанных катализаторов. Для процессов сорбции и десорбции применяются дешевые, нетоксичные растворы нитрата натрия и хлороводородной кислоты, необходимые в малых количествах, что позволяет разработать экологически безопасные технологии извлечения платиновых металлов и избежать дополнительной операции регенерации анионита. Способ позволяет извлекать платиновые металлы более 99%.
Таким образом, в результате использования заявляемого технического решения упрощается и удешевляется как перевод платиновых металлов в активносорбируемую форму, без дополнительных затрат, так и сам процесс сорбции, нет необходимости проводить ее при температуре 90°C и пропускать через раствор хлоровоздушную смесь. Также появляется возможность проведения извлечения и разделения не только в свежеприготовленных, но и в выдержанных растворах, которые характеризуются наличием кинетически инертных форм аква- и гидроксокомплексов Pt и Rh и являются трудносорбируемыми соединениями.