СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ КОНЦЕНТРАТОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА, СОДЕРЖАЩИХ МЕТАЛЛЫ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ
METHOD FOR PROCESSING IRON-BASED CONCENTRATES CONTAINING PLATINUM GROUP METALS

Изобретение относится к металлургии благородных металлов (БМ) и может быть использовано в технологии переработки концентратов на основе железа, содержащих металлы платиновой группы.
Концентраты такого типа могут образовываться при пирометаллургических способах переработке отработанных катализаторов нефтехимической промышленности и автомобильных катализаторов с последующим измельчением получаемых сплавов. Основным компонентом концентратов является железо, массовая доля которого составляет (65-90)%. В меньших концентрациях могут присутствовать никель, медь, кремний, алюминий. Из металлов платиновой группы, как правило, присутствуют: платина (0-5)%, палладий (0-10)% и родий (0-1.0)%.
Начальной стадией переработки любых концентратов, содержащих металлы платиновой группы, является их растворение. При этом часто возникают проблемы разнопланового характера. В одних случаях они сопряжены с низкой активностью сырья. В других, наоборот, с бурным протеканием процесса, сопровождающимся выделением вредных и опасных веществ. Один из распространенных и наиболее часто используемых на практике способов заключается в растворении концентратов в кислотных средах при окислении.
Известен способ переработки концентратов, содержащих металлы платиновой группы, включающий гидрохлорирование в соляной кислоте при нагревании, отделение нерастворимого остатка, обработку полученного раствора нитритом натрия (нитрование), отделение осадка и последующее извлечение из раствора металлов платиновой группы известными способами [1].
Основными недостатками данного способа можно считать: образование взрывоопасного водорода при распульповке концентрата в соляной кислоте; бурное протекание процесса растворения железа сопровождающееся повышением температуры, многократным увеличением объема реакционной смеси и возможным ее выбросом из реактора, что снижает производительность оборудования и повышает риск получения травмы; образование больших объемов растворов с высокой концентрацией железа и низкой концентрацией в них металлов платиновой группы.
Известен способ переработки концентратов платиновых металлов на железо-никелевой основе для извлечения платиновых металлов, включающий распульповку концентрата в воде, нагревание, обработку пульпы азотной кислотой, прогревание, обработку соляной кислотой, прогревание реакционной смеси, фильтрование пульпы и отделение примесей неблагородных элементов от платиновых металлов путем осаждения гидроксидов обработкой нитритом натрия [2].
Данный способ является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и принят в качестве прототипа.
К основным недостаткам способа-прототипа можно отнести выделение значительных объемов оксидов азота при обработке азотной кислотой и хлорида водорода при обработке соляной кислотой - для утилизации которых требуется использование специального, дорогостоящего оборудования; большая длительность процесса растворения концентрата; образование больших объемов растворов, с высокой концентрацией неблагородных элементов, главным образом железа, и относительно низкой концентрацией металлов платиновой группы. Последующая переработка таких растворов сопряжена с высокими материальными затратами и низким прямым извлечением металлов платиновой группы в целевые продукты.
Технический результат, на достижение которого направлен предлагаемый способ переработки концентратов на основе железа, содержащих металлы платиновой группы заключается в использовании совокупности таких гидрометаллургических способов переработки, которые позволяют перевести в раствор основную часть неблагородных элементов без образования, при этом, вредных и взрывоопасных веществ, сконцентрировать металлы платиновой группы в отдельном продукте, который может быть переработан известными методами и, вместе с тем, не имеет перечисленных недостатков, присущих способу-прототипу.
Заданный технический результат достигается тем, что в известном способе переработки концентратов на основе железа, содержащих металлы платиновой группы, включающем распульповку концентрата в воде, введение в пульпу окислителя и последующую обработку полученной смеси кислотой - после распульповки концентрата в воде в пульпу вводят хлорат натрия в количестве необходимом для окисления содержащегося в концентрате железа до степени окисления 2+ и фосфора до степени окисления 5+, полученную реакционную смесь обрабатывают серной или соляной кислотой до достижения значения рН, равного 1,0 - 0,0, прогревают и отделяют раствор, содержащий соли железа и фосфат-ионы от осадка, содержащего металлы платиновой группы.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. При обработке кислотой смеси, состоящей из воды, хлората натрия и концентрата на основе железа, содержащего металлы платиновой группы, железо растворяется без образования водорода по реакции:
3
Часть находящегося в концентрате железа присутствует в виде фосфидов различного состава. При взаимодействии с соляной или серной кислотой фосфиды железа разлагаются с выделением ядовитого газообразного соединения - фосфина, предельно допустимая концентрация которого в воздухе составляет 0,1 мг/м. Если же в реакционную смесь перед обработкой кислотой ввести хлорат натрия, то фосфор окисляется до ортофосфорной кислоты и фосфин не образуется:
Металлы платиновой группы, при заданных параметрах, практически полностью остаются в нерастворимом остатке.
Обработку кислотой проводят до достижения значения рН в реакционной смеси в диапазоне от 1.0 до 0.0 ед. При значении рН более 1.0 ед. не достигается полнота растворения железа, а при рН менее 0.0 ед. полнота растворения железа практически не увеличивается, однако это приводит к непроизводительному расходу реагента.
Хлорат натрия вводят в реакционную смесь в стехиометрическом соотношении, необходимом для полного растворения находящегося в концентрате железа, в соответствии с уравнениями химических реакций (1) и (2). При введении хлората натрия в количестве менее стехиометрически необходимого часть железа растворяется в кислотах с выделением взрывоопасного водорода:
Для проведения процессов при которых выделяется водород, требуется специальное, дорогостоящее оборудование.
Расход хлората натрия более стехиометрически необходимого способствует растворению металлов платиновой группы и приводит к непроизводительному расходу дорогостоящего реагента.
Пример. В стеклянный реактор залили 500 мл воды, включили перемешивающее устройство, загрузили 100 г концентрата на основе железа, содержащего металлы платиновой группы - следующего состава, %: Fe - 80,0, Ni - 1,8, Р - 1,6, Pt - 2,7, Pd - 3,2, Rh - 0,5, Si - 10,2 и 50.7 г хлората натрия в виде концентрированного водного раствора, что составляет 100% от количества, необходимого для растворения железа по уравнению химической реакции (2). В полученную смесь медленно, небольшими порциями прилили концентрированную соляную кислоту до достижения заданного значения рН. Пульпу прогрели в течение определенного времени при заданной температуре и отфильтровали. Нерастворимый остаток промыли, полученные растворы объединили, определили объем и проанализировали методом эмиссионно-связанной плазмы (ICP). Нерастворимый остаток высушили, взвесили и определили в нем спектральным методом массовую долю платиновых металлов. Получили 750 мл раствора следующего состава, г/л: Fe - 102,3; Ni - 1,4; Pt - 0,002; Pd - 0,001; Rh - 0,003. Подобные опыты провели с этим же исходным концентратом при различных значениях рН и расходах хлората натрия. Результаты представлены в таблице 1.
Таким образом, предлагаемый способ переработки концентрата на основе железа, содержащего металлы платиновой группы позволяет достигнуть селективного извлечения в раствор основной части железа, исключая, при этом, образования взрывоопасной воздушно - водородной смеси и выделения сильно ядовитого газа-фосфина, и сконцентрировать металлы платиновой группы в отдельном промпродукте, который может быть переработан известными методами.
1. Ю.А. Котляр, М.А. Меретуков, Л.С. Стрижко. Металлургия благородных металлов. Т. 2., Учебное пособие. М., Издательский дом «Руда и Металлы», 2005, с. 269-273.
2. Патент №2391419 (Россия). Способ переработки концентратов платиновых металлов на железоникелевой основе для извлечения платиновых металлов. / Ильяшевич В.Д., Мамонов С.Н., Шульгин Д.Р., Павлова Е.И., Корицкая Н.Г., Соломатов В.В.