СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ КИСЛЫХ РАСТВОРОВ
METHOD FOR EXTRACTING PRECIOUS METALS FROM ACIDIC SOLUTIONS

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к способам извлечения электроположительных металлов из кислых растворов. Способ может быть использован при извлечении благородных металлов из технологических кислых растворов.
В практике аффинажа и переработки относительно богатого сырья благородных металлов после растворения исходных материалов и извлечения из продуктивных растворов основной массы золота и платиновых металлов (МПГ) известными методами образуются маточные растворы сложного состава. Основными компонентами подобных растворов являются медь, никель, другие цветные металлы. Важнейшей особенностью растворов является присутствие благородных металлов в количествах от 1 до 100 мг/л.
1
Наибольшее применение на практике для извлечения благородных металлов из кислых растворов нашел метод цементации, включающий контактирование с металлическим железом, цинком, алюминием. /. Масленицкий И.Н., Чугаев Л.Г. Металлургия благородных металлов. -М.: Металлургия, 1987.-366 с./. Способ позволяет эффективно извлекать золото из бедных растворов, режимы хорошо отработаны. Вместе с тем, данный способ требует дополнительных операций подготовки растворов и сопровождается высоким расходом цементирующего металла.
1
2
Меньшее распространение для извлечения благородных металлов из относительно бедных растворов получила сорбция (, .Барченков В.В., Технология гидрометаллургической переработки золотосодержащих флотоконцентратов с применением активных углей. Издательство: Поиск, 2004. Барченков).
3
4.
5.
6
7.
Известны электролитические методы извлечения металлов из бедных технологических растворов и сточных вод. Данные методы основаны на применении металлических пластинчатых и, чаще, объемных катодов из стальной ваты, углеродных волокон, гранулированных структур и пакетов металлических сеток и сводятся к просачиванию обрабатываемых растворов через электролизные ванны, либо только через катодные блоки (.Меретуков М.А., Орлов A.M. Металлургия благородных металлов. Зарубежный опыт. - М.: Металлургия, 1990. -416;  Трехмерные электроды в процессах извлечения металлов из промышленных стоков: Обзорная информация ЦНИИЭИ ЦМ. - М., 1987, с. 21 – 34;  А. с. СССР №№ 1134621, 619551; .Патенты РФ №№ 2086707, 2103417, 2178017, 2286404, 2324770,2404927; заявка 20004631;  патент US 4276147). Разработано множество конструктивных вариантов реализации данного способа, условия электроэкстракции оптимизированы применительно к свойствам растворов. Все отмеченные способы основаны на применении постоянного тока. Основным преимуществом электрохимического извлечения благородных металлов является сниженные затраты на вспомогательные материалы. В качестве недостатка следует отметить невысокую скорость, характерную для этой группы методов, недостаточную степень извлечения благородных металлов и сложность аппаратурного оформления способов.
8
Наиболее близким по технической сущности является способ цементации металлов из растворов (. А. с. СССР № 414322 А1, С22В 3/00, 05.11.1974. Р.Ш. Шафеев, Ю.Р. Голгер, Э.Г. Израйлевич], включающий цементацию из кислого раствора железной стружкой с магнитным перемешиванием и пропусканием через раствор и железную стружку постоянного электрического тока. Данный способ выбран в качестве прототипа.
По сути и по факту данный метод представляет собой цементацию, как восстановление электроотрицательным металлом (например железом) более электроположительного металла (например меди или золота). Магнитное перемешивание и пропускание через раствор электрического тока позволяет интенсифицировать массообмен. В результате возрастают скорость целевого процесса и степень извлечения электроположительного металла из раствора в сравнении с аналогичными способами.
Недостатком прототипа является сложность аппаратурного оформления, в частности пропускание постоянного тока через раствор предполагает наличие в устройстве анода и катода. В кислом растворе анод должен быть выполнен из нерастворимого материала, например графита. При переработке сернокислых растворов в ходе электролиза на аноде будет выделяться кислород, под действием которого интенсифицируется непродуктивное окисление цементирующего металла (железа); как следствие расход железа возрастает. В солянокислых растворах на аноде будет выделяться хлор. Под действием этого окислителя будет растворяться не только цементирующий металл, но и цементный осадок. Анод, выполненный из любого металла будет растворяться, что влечет за собой необходимость его частой замены и быстрого пересыщения перерабатываемого раствора. Удельные затраты на цементацию в любом случае возрастают.
Осаждение извлекаемого металла на электроотрицательный металл, сопровождается образованием слоя цементата, затрудняющего диффузию катионов и процесс в целом. Даже при перемешивании дисперсного цементирующего металла (железа) любым методом на поверхности порошка или стружки формируется неустранимый пассивирующий слой, в результате конечный продукт (цементат) содержит большую долю железа, а содержание электроположительного металла соответственно уменьшается.
Техническая проблема, на решение которой направлен предлагаемый способ, заключается в аппаратурной сложности способа прототипа, повышенном расходе цементирующего металла и низком содержании извлекаемых металлов в конечном продукте.
Технический результат заключается в изменении метода интенсификации массообмена пропусканием электрического тока через кислый раствор.
2
Указанная задача достигается при использовании способа извлечения благородных металлов осаждением из кислых растворов цементацией, включающего контактирование кислых растворов с железом и пропускание через раствор электрического тока. В отличие от прототипа при цементации используют железо в виде электродов, а осаждение ведут при пропускании через электроды переменного тока промышленной частоты, при этом плотность тока на геометрическую площадь электродов составляет 100-1500 А/м.
Доказательствами определяющего влияния отличительных признаков предлагаемого способа на достижение технического результата служит совокупность теоретических основ и результатов специальных исследований.
В предлагаемом способе происходит восстановление благородных металлов из кислых растворов металлическим железом, выполненном в виде электродов. Через электроды пропускают переменный ток частотой 50 Гц. Установлено, что на поверхности железных электродов в катодный и анодный полупериоды при оптимальной плотности тока происходит целевая реакция, например:
4
3-
3+
-
AuCl + Fe = Au + Fe + 4Cl (1),
т.е. железо окисляется, а золото и другие благородные металлы восстанавливается. При этом непродуктивное анодное окисление железа за короткий период времени (1/50 секунды) не получает развития, в то же время протекание тока способствует диффузии катионов в катодный полупериод и анионов в анодный полупериод.
Важной особенностью массообмена на поверхности железных электродов при переменнотоковой поляризации является рыхлый характер цементного осадка. В ходе цементации такой осадок самопроизвольно осыпается на дно реактора, причем в цементате металлическое железо отсутствует. Как следствие, содержание осаждаемых металлов в конечном продукте значительно больше, чем при традиционной цементации.
Поверхность железных электродов непрерывно обновляется и, в конечном итоге, даже при весьма значимой толщине электроды «срабатывают» полностью на целевой процесс. Цементный осадок выгружают из цементатора по мере накопления. В итоге необходимость частой смены электродов устраняется, аппаратурное оформление процесса упрощается.
Другой особенностью предлагаемого способа, направленного на упрощение технологии, является использование переменного тока промышленной частоты (50Гц). В этом случае, в отличие от прототипа, отпадает потребность в специальном выпрямителе, понижающие трансформаторы переменного тока являются доступным оборудованием. Не требуются дорогие нерастворимые аноды; оба электрода в предлагаемом способе выполняют целевую функцию.
2
2
Характер цементного осадка, его сцепление с основой электродов в определяющей степени зависит от плотности тока. При удельной токовой нагрузке меньше 100 А/м ход цементации близок к обычной, при которой слой цементата на железе плотный, диффузия ионов через этот слой затрудняется до критического минимума, не прореагировавшее железо остается в продукте, а содержание извлекаемых металлов низкое. Чрезмерно высокая плотность тока на электродах (выше 1500 А/м ) приводит к интенсивному нагреву и вскипанию перерабатываемых растворов, расход электроэнергии возрастает, но скорость цементации остается неизменной.
Рекомендуемый в формуле диапазон оптимальной плотности тока весьма широк. Это связано с тем, что исходные свойства растворов, их электропроводность могут быть различны. Кроме того, содержание в растворах извлекаемых электроположительных металлов по ходу цементации уменьшается, а концентрация железа увеличивается.
В силу химических свойств осаждение электроположительных, в т.ч. благородных металлов металлическим железом и по способу прототипа и с использованием предлагаемого способа возможно только из кислых растворов.
Таким образом совокупность отличительных признаков предлагаемого способа:
- контактирование кислых растворов с железными электродами;
- пропускание через электроды переменного тока промышленной частоты;
2
- плотность тока на электродах 100-1500 А/м
по сравнению с прототипом обеспечивают упрощение аппаратурного оформления, снижение расходе железа и повышение содержании извлекаемых металлов в конечном продукте.
Примером реализации предлагаемого способа служат результаты следующих опытов.
3
Объектом исследований являлся маточный раствор аффинажа платиновых металлов после нитрования, рН исходного раствора 0,75; содержание основных компонентов приведено в табл. (Фигура). Осаждение проводили в экспериментальной установке объемом 0,5 дм. Электроды из железных пластин площадью 5×5 см закреплены в цементаторе с расстоянием 3 см друг от друга. Обратная сторона электродов была покрыта кислотоупорным лаком. Через электроды пропускали переменный ток 50 Гц от понижающего трансформатора, напряжение на электродах не превышало 10 В. Продолжительность цементации -30 минут. По окончании опытов анализировали содержание благородных металлов в маточных растворах и в цементате. Железные электроды после каждого опыта извлекали из цементатора, промывали водой, сушили, взвешивали и оценивали убыль массы, принимая этот показатель, как расход железа на цементацию.
2
Для сопоставления проведен опыт по способу прототипа. В этом случае через электроды пропускали постоянный ток с плотностью 500 А/м, анод был изготовлен из графита, для осаждения благородных металлов использовали железную стружку, которую перемешивали с помощью магнитов. Продолжительность цементации в этом случае также составила 30 минут. По окончании опыта стружку промывали, сушили, взвешивали; убыль массы стружки принимали за показатель расход железа.
Анализ продуктов цементации показал, что при использовании предлагаемого способа содержание благородных металлов в цементе для всех опытов превышает 40 %. Для способа прототипа эта величина не превысила 13%.
Результаты опытов приведены в таблице (Фигура).
Сопоставительный анализ известных технических решений, в т.ч. способа, выбранного в качестве прототипа, и предполагаемого изобретения позволяет сделать вывод, что именно совокупность заявленных признаков обеспечивает достижение усматриваемого технического результата. Реализация предложенного технического решения за счет пропускания переменного тока промышленной частоты через железные электроды в рекомендованных режимах позволяет увеличить содержание благородных металлов в продукте цементации по сравнению со способом прототипа более чем в 3 раза, снизить расход железа и упростить аппаратурное оформление цементации.