УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПЛАТИНЫ И ИНЫХ ДРАГОЦЕННЫХ МЕТАЛЛОВ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ ИЗ ОТРАБОТАННЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ СУХОЙ ГАЗОФТОРИДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
DRY GAS-FLUORIDE TECHNOLOGY-BASED UNIT FOR EXTRACTION OF PLATINUM AND OTHER PRECIOUS METALS OF PLATINUM GROUP FROM SPENT CATALYSTS

Заявляемое изобретение относится к металлургии и может быть использована в химической промышленности для извлечения драгоценных металлов платиновой группы из отходов нефтехимических катализаторов, каталитических сорбентов автомобильного и водного транспорта и др.
В настоящее время довольно широко применяются установки для извлечения драгоценных металлов платиновой группы, основанные на гидрометаллургической технологии, с учетом принципа Ле Шателье-Брауна. Для таких установок необходимы большие производственные площади. Указанный недостаток обусловлен экстенсивностью технологических процессов и применением громоздких операций по аффинажу полученных целевых металлов. Но главный недостаток состоит в том, что извлечение готового продукта не превышает 96-97%.
Наиболее близкой к заявляемой является установка переработки отработанных катализаторов и отходов катализаторного производства на основе оксида алюминия /RU 14373, C01F 7/30, 2000/. Данное техническое решение принято за прототип. Отличительной особенностью прототипа является то, что он включает в себя связанные между собой в единую технологическую цепь следующие элементы: участок подготовки сырья, участок автоклавного выщелачивания, участок аффинажа. При этом в состав оборудования входят центробежные насосы и транспортные трубопроводы.
К недостаткам прототипа можно отнести, во-первых, ограниченные возможности извлечения целевого продукта (не выше 96,5%), обусловленные фундаментальными ограничениями законов кислородной (водной) химии. Во-вторых, вышеуказанная установка характеризуется объективной экстенсивностью гидрометаллургических процессов растворения, экстракции, осаждения, которые требуют больших затрат на оборудование и производственные площади. В-третьих, применение установки приводит к образованию существенных объемов новых отходов после переработки "старых".
Авторы решали задачу по созданию установки для извлечения платины и иных драгоценных металлов платиновой группы из отработанных катализаторов, лишенной указанных недостатков. Технический результат заключается в снижении занимаемых площадей, повышении выхода готового продукта, а также в снижении до минимума объема отходов.
Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается установка для извлечения платины и иных драгоценных металлов платиновой группы из отработанных катализаторов на основе сухой газофторидной технологии, содержащая технологическое оборудование, включающее побудитель расхода и соединенное транспортными трубопроводами. Отличительной особенностью предлагаемой установки является то, что технологическое оборудование включает последовательно соединенные фторный электролизер, фторатор со фторной горелкой и узел металлокерамических фильтров. Причем первый выход узла металлокерамических фильтров соединен с первым входом модуля аффинажа металлов от фтора. Второй выход узла металлокерамических фильтров соединен с первым входом модуля пирогидролиза. Водородный резервуар электролизера соединен, во-первых, со вторым входом модуля аффинажа от фтора, а во-вторых, соединен со фторатором. Первый выход модуля пирогидролиза соединен с первым входом электролизера, предназначенного для подачи в него фтористого водорода. Первый выход модуля аффинажа от фтора предназначен для вывода готовой продукции. Второй выход модуля аффинажа от фтора соединен с первым входом электролизера. Второй выход модуля пирогидролиза предназначен для вывода оксидов (например, оксида алюминия), а второй вход модуля пирогидролиза предназначен для подвода пропана и кислорода. Третий выход модуля пирогидролиза предназначен для вывода абгазов и соединен с всасывающим патрубком побудителя расхода, нагнетающий патрубок которого соединен с системой вентиляционной очистки.
Дополнительно предлагается фторатор выполнить в виде сосуда, во внутренней полости которого размещено выходное сопло фторной горелки, а патрубки для подвода водорода, фтора и исходного продукта во фторную горелку расположены вне корпуса сосуда, оснащенного патрубком для вывода газовой смеси, содержащей фториды платины, при этом внутренняя полость сосуда в нижней своей части соединена с полостью приемника фторидов алюминия, а на наружной поверхности сосуда размещена охлаждающая рубашка с патрубками для подвода и отвода хладогента.
Дополнительно предлагается узел металлокерамических фильтров выполнить в виде корпуса, внутреннее пространство которого разделено проницаемой перегородкой, выполненной из пористой никелевой многослойной металлокерамики, на входную и выходную секции. При этом входная секция соединена с патрубком для подвода газовой взвеси, содержащей фториды платины и алюминия, и с патрубком второго выхода для отвода фторида алюминия, а выходная секция соединена с патрубком первого выхода для отвода газов, содержащих летучий фторид платины, и с патрубком подвода азота.
Дополнительно предлагается модуль аффинажа металлов от фтора выполнить в виде сосуда, во внутренней полости которого размещено выходное сопло фторной горелки, а патрубки первого входа для подвода фторида платины, второго входа для подвода водорода и третьего входа для подвода фтора во фторную горелку расположены вне корпуса сосуда. При этом первый выход модуля аффинажа от фтора расположен в нижней части корпуса и соединен со сборником свободной платины, а второй выход, предназначенный для вывода фтороводорода, расположен на боковой поверхности корпуса и отделен от его внутреннего пространства газопроницаемой перегородкой.
Дополнительно предлагается на линии, соединяющей первый выход металлокерамического узла фильтрации с первым входом модуля аффинажа от фтора, установить конденсационную емкость для сбора, хранения и подачи фторида платины.
Дополнительно предлагается модуль пирогидролиза выполнить в виде сосуда, во внутренней полости которого расположено сопло пропан-кислородной горелки, а патрубки первого входа для подвода фторида алюминия, второго и третьего входа для подвода фтора, пропана и кислорода в пропан-кислородную горелку расположены вне корпуса сосуда. При этом патрубки первого и третьего выходов модуля пирогидролиза, предназначенные для вывода фтороводорода и абгазов, расположены на боковой поверхности корпуса и отделены от его внутреннего пространства газопроницаемой перегородкой.
Также дополнительно предлагается в систему вентиляционной очистки включить сосуд с входным и выходным патрубками, внутреннюю полость которого наполнить химическим известковым поглотителем и активированным углем, а на стенке сосуда установить электронагреватель.
Дополнительно предлагается в качестве побудителя расхода газов и уставления форвакуума в установке использовать водокольцевой насаос, приемлемый для работы с агрессивными газами. Выполнение установки для извлечения платины и иных драгоценных металлов платиновой группы из отработанных катализаторов с предлагаемыми конструктивными признаками позволяет отказаться от гидрометаллургической технологии извлечения платины и перейти к сухой газофторидной технологии и тем самым снизить занимаемые площади, повысить выход готового продукта, а также снизить до минимума объем отходов производства. Таким образом, достигается заявленный технический результат.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема заявляемой установки, на фиг. 2 показан вариант выполнения фторатора, на фиг. 3 представлен вариант выполнения узла металлокерамических фильтров, на фиг. 4 представлен модуль аффинажа металлов от фтора, на фиг. 5 представлен модуль пирогидролиза, на фиг.6 - система вентиляционной очистки, а на фиг. 7 - фторный электролизер, где 1 - побудитель расхода, 2 - транспортные трубопроводы, 3 - фторный электролизер, 4 - фторатор, 5 - узел металлокерамических фильтров, 6 - модуль аффинажа металлов от фтора, 7 - модуль пирогидролиза, 8 - конденсационная емкость для сбора, хранения и подачи фторида платины, 9 - система вентиляционной очистки, 10 - патрубок первого выхода узла металлокерамических фильтров, 11 - патрубок первого входа модуля аффинажа металлов от фтора, 12 - патрубок второго выхода узла металлокерамических фильтров, 13 - патрубок первого входа модуля пирогидролиза, 14 - патрубок второго входа модуля аффинажа от фтора, 15 - патрубок первого выхода модуля пирогидролиза, 16 - патрубок первого входа электролизера, 17 - патрубок первого выхода модуля аффинажа от фтора, 18 - патрубок второго выхода модуля аффинажа от фтора, 19 - патрубок второго входа электролизера, 20 - патрубок второго выхода модуля пирогидролиза, 21 - патрубок второго входа модуля пирогидролиза, 22 - патрубок третьего выхода модуля пирогидролиза, 23 корпус фторатора, 24 - фторная горелка фторатора, 25 - приемник фторидов алюминия, 26 - охлаждающая рубашка фторатора, 27 - патрубок для подвода хладогента, 28 - патрубок для отвода хладогента, 29 - корпус узла металлокерамических фильтров, 30 - цилиндрическая перегородка из пористой никелевой многослойной металлокерамики, 31 - входная секция, 32 - выходная секция узла металлокерамических фильтров, 33 - корпус модуля аффинажа металлов от фтора, 34 - фторная горелка модуля аффинажа металлов от фтора, 35 - сборник свободной платины, 36 - газопроницаемая перегородка модуля аффинажа, 37 - корпус модуля пирогидролиза, 38 - пропан-кислородная горелка, 39 - газопроницаемая перегородка модуля пирогидролиза, 40 и 41 - входной и выходной соответственно патрубки сосуда вентиляционной очистки, 42 - внутренняя полость сосуда вентиляционной очистки с химическим известковым поглотителем и активированным углем, 43 - электронагреватель.
3
6
Установка работает следующим образом. От источника питания (через выпрямитель) на электроды фторного электролизера 3, погруженные в расплав соли, подают напряжение постоянного тока (U≈8÷10 V), вследствие разложения фтористого водорода на аноде электролизера выделяется свободный газообразный фтор, а на катоде - свободный газообразный водород пропорционально поданному току. Поток фтора полностью подают во фторную горелку 24 фторатора 4 с псевдоожижением катализатора, для поджига катализатора в горелку 24 также подают часть электролизного водорода. В пламени горелки происходит поджиг катализатора, а в избытке фтора окисная основа катализатора и платина превращаются в слаболетучий AlF и легколетучий PtF соответственно. Окончательное разделение твердой и газовой фаз реализуют в узле металлокерамических фильтров 5 на цилиндрической перегородке 30 из пористой никелевой многослойной металлокерамики. Весь поток газообразного гексафторида платины подают из узла металлокерамических фильтров 5 после выделения на десублиматоре во фторную горелку 34 модуля аффинажа металлов от фтора 6 с помощью электролизного водорода. Для стабилизации восстановительного пламени добавляют фтор из фторного электролизера 3.
Абгазы (кислород, фтор) из десублиматора 8 направляют в охлаждаемый аппарат улавливания избыточного фтора, в котором под действием разряда образуется диоксидифторид, направляемый далее во фторатор 4, кислород через систему вентиляционной очистки сбрасывается в атмосферу.
2
3
2
3
Твердый фторид алюминия, поступающий из фторатора 4 и узла металлокерамических фильтров 5, подают в модуль пирогидролиза 7, что обеспечивает возврат (круговорот) фтора и повторное использование АlO, составляющего основную массу катализатора. Высокотемпературный процесс пирогидролиза для получения сухих AlO и HF проводят в пламени пропан-кислородной горелки 38 с точной дозировкой реагентов при постоянном поджиге пламени фтором из электролизера 3, что обеспечивает стационарность горения факела.
Образовавшийся сухой фтористый водород после отделения его от углекислого газа и кислорода дистилляцией подают в расплав соли электролизера, с последующим его электролизом для синтеза газообразных фтора и водорода.
Побудителем расхода 1 газовой фазы является водокольцевой насос.
2
2
В системе вентиляционной очистки 9 отходящих газов (СО и O) установлен сорбционный блок из сорбентов, включающих химический известковый поглотитель (ХПИ) и активированный уголь.
Транспортировку твердой сыпучей фазы выполняют методом псевдоожижения и всасывающего пневмотранспорта.
Аппараты: фторатор 4, модуль аффинажа от фтора 6 и модуль пирогидролиза 7 по сути идентичны, что упрощает конструкцию установки и ее эксплуатацию.
Технология является практически безотходной, а при соблюдении элементарных правил работы со фтором - экологически чистой и безопасной.