ОБЪЁМНЫЙ ЭЛЕКТРОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

Полезная модель относится к электрохимии благородных металлов, в частности электрохлоринации, и может быть использована при переработке вторичных металлов платиновой группы (МПГ), включая катализаторы, а также их концентратов и аффинированных металлов. В основе этих методов лежат процессы извлечения МПГ из сырья и выделения их на катоде (Монография: Максимов В.И. «Электрохлоринация как метод комплексного извлечения металлов», Москва, Металлургия. 1955).
Известно применение суспензии (кислоты и диспергированного в ней наноматериала) в качестве электролита в гальванических способах получения модифицированных наноматериалом электрохимических оксидных покрытий. В данных методах электролит - суспензия используется для повышения изностойкости и микротвердости покрытий.
Известно (патент РФ №2607075) применение суспензии - серной кислоты и порошка углеродного наноматериала в качестве электролита в гальванике постоянного тока для увеличения микротвердости получаемых анодных покрытий. В качестве анода используется деталь из алюминия. В качестве нанодисперсного материала используют фуллереноподобные углеродные нано трубки. Использование данной суспензии в качестве объемного электрода неприменимо для извлечения вторичных благородных металлов, где осаждение металлов происходит на катоде, а выщелачивание их из сырья за счет образования хлор-иона.
Известно применение суспензии - раствора (г/л) - K2CO3 /20-35; KCNS /150-200, содержащий ионы Ag/ 20-36 и модифицированный 5-30%-ной азотной кислотой наноуглерод-алмазный материал 0.2-2.0 в качестве электролита для получения электрохимического серебро-наноуглерод-алмазного катодного покрытия (патент РФ № RU 2599473) с повышенной изностойкостью за счет внедрения в серебряное покрытие модифицированного наноуглерод-алмазного материала. Расходуемый анод - серебряная пластина.
Данная суспензии не применима в качестве объемного электрода для переработки скрапа с содержанием благородных металлов 0.05-0,5% и непроводящей основой (катализаторы, платы электроники и т.д.), т.к. для выщелачивания благородных металлов необходима их анодная поляризация. Кроме того, данный электролит не содержит хлор-иона для выщелачивания МПГ и их электроосаждения.
Известен объемно-пористый электрод (анод или катод) для проточного электролизера (патент РФ №№2178017), состоящий из нетканых волокон металлизированнго синтепона с высокоразвитой удельной поверхностью в качестве основы, обладающий электронной проводимостью, а также снабжена одним или несколькими слоями неметаллизированного синтепона, имеющими горизонтальные уплотнения. Данный электрод имеет токоподвод к металлизированной матрице. Представленный электрод предназначен для более полного осаждения металлов из раствора уже содержащего благородные металлы. Однако он бесполезен для начального извлечения (выщелачивания) из скрапа благородного металла в раствор с целью его последующего электроосаждения. Таким образом, его полезные свойства реализуются только на втором этапе при электроосаждении.
Наиболее близким к предлагаемой конструкции электрода (прототип) является объемный электрод переменного тока в описанный в (патент РФ №2198947). Наличие даже небольшого количества металлической фазы (до 0.2 мас %) в керамическом сырье (катализаторе), расположенного в межэлектродном пространстве в условиях внешнего переменного тока приводит к переменной поляризации активных металлических центров, превращая их в диполь. При этом вся масса насыпного материала начинает представлять собой объемный многополярный электрод, обеспечивающий анодное растворение металла во всем объеме сырья и последующее выделение на катоде при наложении прямого тока. Причем при низкой частоте тока полярность диполя попеременно во времени меняется. За время существования частицы в качестве анода на нем происходит разложение электролита и выделяется активный хлор-ион. Активный хлор вскрывает пассивную форму МПГ и происходит его растворение, однако эффективность данного электрода быстро падает в условиях постоянного растворения активных металлических центров (исходных МПГ), что приводит к снижению скорости растворения остаточных МПГ и увеличению времени всего процесса.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности процесса извлечения благородных металлов, в частности МПГ, с получением технического результата, заключающегося в повышении производительности процесса и высокого процента извлечения благородных металлов.
Технический результат достигается тем, что в качестве объемного электрода используют суспензию на основе раствора соляной кислоты, а в качестве частиц нанографита с электронной проводимостью.
Предложенная суспензия проникает в поры керамического носителя, а также находится в каналах и пустотах непосредственно в объеме засыпки. При наложении переменного тока частицы графита при анодной поляризации генерируют активный хлор в непосредственной близости от МПГ во всем объеме и порах. Причем углеродные частицы не расходуются в процессе и эффективно действуют за все время процесса, депассивируя и хлорируя остаточные благородные металлы.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется Фиг. 1.
На Фиг. 1 изображен объемный электрод переменного тока для извлечения благородных металлов.
На Фиг. 1 используются следующие обозначения. 1 - графитовые электроды переменного тока. 2 - пористая частица катализатора с МПГ. 3 - разложение HCl на частице графита с образованием атомов Cl и Н.
Пример 1.
Отработанный автомобильный катализатор с содержанием платины 0.1%, палладия 0.1%, родия 0.035% по массе после помола загружали в межэлектродное пространство электролизера в количестве 0.5 кг. Далее приготавливали суспензию на основе водного раствора соляной кислоты и нанографита. Перемешивание суспензии осуществляли ультразвуковым генератором. Приготовленную суспензию заливали в электролизер с катализатором в объемном соотношении твердое / жидкое как 1 / 1.5. Далее включали переменный ток (I=25 A, U=12 В) и при помощи его разогревали систему до 95-100°С. Электроды переменного тока были изготовлены из графита. Одновременно в электролизер подавали постоянный ток (I=20 А, U=1,7 В) от независимого источника на электроды постоянного тока (катод из титана, анод графит). В течение 5 часов проводилась электрохлоринация переменным током и одновременное электроосаждение МПГ на катод в прямом токе. По окончании процесса электроосаждения методами рентгено-фотоэлектронной спектроскопии анализировалось остаточное содержание МПГ на носителе. Результатом были следующие концентрации Pt=70ppm, Pd=50ppm и Rh=40ppm. После промывки обработанного хвоста катализатора остаточное содержание составило Pt=12 ppm, Pd=8 ppm и Rh=20 ppm.
Пример 2.
Тот же катализатор при тех же параметрах обрабатывали в солянокислом электролите той же концентрации без добавления нанографита. Практически аналогичные остаточные содержания МПГ были получены после 11 час обработки.
Таким образом, сравнения результатов опытов показывает на более эффективное хлорирование и выщелачивание МПГ за счет добавки в электролит нанографита, который в данном случае работает как объемный электрод.