Платина

Переработку отработанных катализаторов на основе оксида алюминия условно

осуществляют двумя методами обеспечивающими: 1) выделение основы (Al2O3) с

получением концентрата благородных металлов; 2) извлечение благородных

металлов, не затрагивая при этом основы.

К методам первой группы относятся различные варианты сульфатизации. Так

называемая “сухая” сульфатизация осуществляется смачиванием материала

концентрированной серной кислоты, взятой в трехкратном избытке по отношению

к твердому, и прокаливанием при 300 °С. Процесс осуществляют в подовых

печах с механическим перегребанием или во вращающихся трубчатых печах.

Охлажденный спек выщелачивают водой. Выход нерастворимого остатка

составляет 12-13 % массы исходного материала. При переработке катализатора

АП-56 содержание платины в кеке выщелачивания повышается до 4.6-4.8 %. Если

растворение спека вести в 10 %-ном растворе H2SO4, то содержание платины в

полученном концентрате достигает 7.5-8.5 %.

В целях повышения качества концентратов предложена комбинированная

технологическая схема, включающая предварительное сернокислотное

выщелачивание оксида алюминия в 10-20 %-ном растворе H2SO4, обжиг кека при

550-600 °С и повторное выщелачивание огарка в сернокислом растворе.

Технология обеспечивает получение концентрата, содержащего до 20-22 %

платины. В соответствии с другим вариантом этой технологии нерастворимый

остаток первого выщелачивания смешивают с углем и нагревают в атмосфере, не

содержащей окислителя, до 750-800 °С.

Полученный огарок подвергают второму сернокислотному выщелачиванию с

получением 25-30 % платинового концентрата.

При реализации метода сульфатизации наблюдается частичный переход

платины в раствор. Это обусловлено присутсвием с исходном катализаторе

сорбированного молекулярного хлора, вследствие чего при сульфатизации

создаются условия для образования хлоридных комплексов платиновых металлов.

Из-за наличия на поверхности носителя адсорбированных минеральных солей,

например, галогенидов, возможно также растворение платины с участием в

качестве окислителя кислорода воздуха. Особо следует отметить, что “сухая”

сульфатизация, проводимая в условиях высоких температур (300 °С), как

правило, приводит к активной ионизации воднорастворимых соединений металла.

Из всех рассмотренных вариантов технологии сернокислотного обогащения

только последний обеспечивает невысокий переход платины в раствор, что

обусловлено проведением обжига в восстановительной атмосфере.

К первой группе относятся также щелочные методы, основанные на

способности оксида алюминия взаимодействовать со щелочами с образованием

воднорастворимых алюминатов натрия. Так, сплавлением отработанных

катализаторов с NaOH и последующим выщелачиванием сплава в воде можно

получить концентрат, содержащий 18-22 % Pt.

Спекание отработанных катализаторов с кальцированной содой при 1200-1250

°С, охлаждение и последующее выщелачивание в растворе едкого натра при 90-

95 °С позволяют получать концентраты, содержащие от 14 до 34 % Pt.

Известен способ выщелачивания оксида алюминия в автоклаве раствором NaOH

при 160-175 °С и давлении 0.6-0.7 МПа с получением концентрата, содержащего

8-9 % Pt.

Методами второй группы используются, в основном, приемы хлорной

металлургии, в частности, перевод платины в раствор в виде хлоридного

комплекса. Оксид алюминия при этом остается индиферрентным к воздействию

хлор-агентов. Из раствора платиноиды осаждают цементацией алюминием, цинком

или магнием.

Из отработанных катализаторов платина может быть извлечена плавкой на

медный сплав. Для ошлаковывания тугоплавкого оксида алюминия в шихту вводят

известь и плавиковый шпат CaF2, для образования коллектирующей фазы -

порошковую медь. Плавку ведут при 1500-1550 °С. Медный сплав, в котором

концентрируются платиновые металлы, направляют на аффинаж. Шлаки с

невысоким содержанием благородных металлов возвращают в рудный передел.

Производство и потребление.

Таблица 7.

Производство платины, кг.

|Страна |1960 г. |1965 г. |1970 г. |1975 г. |1980 г. |1985 г. |

|ЮАР |8900 |16 600 |33 200 |57 600 |68 400 |71 000 |

|Канада |6500 |6300 |6200 |5400 |5400 |4700 |

|США |318 |354 |250 |200 |220 |250 |

Практическое применение этот металл стал находить еще в начале прошлого

века, когда начали изготавливать из него реторты для хранения

концентрированной серной кислоты. С тех пор платина служит материалом для

тиглей, чашей, сеток, трубок и других лабораторных атрибутов.

Важнейшие области применения плотины – химическая и

нефтеперерабатывающая промышленность. В качестве катализатора различных

реакций используется около половины всей потребляемой платины. Одним из

важнейших каталитических процессов является окисление аммиака с целью

получения азотной кислоты (по оценочным данным на эти цели ежегодно идет

10-20% добываемой в мире платины). Точайшая сетка (до 5000 отверстий на

квадратный сантиметр), сплетенная из платиновых проволочек, подобная тонкой

ткани и столь же мягкая, как легкий шелк, составляет главную и

ответственнейшую часть аппарата для окисления аммиака. Смесь аммиака с

воздухом продувается через эту сетку, превращаясь в окислы азота и водяные

пары. При растворении окислов азота в воде образуется азотная кислота.

Большое количество платины расходуется также на изготовление кислото- и

жароупорной аппаратуры химических заводов.

В нефтеперерабатывающей промышленности с помощью платиновых

катализаторов на установках каталитического риформинга получают

высокооктановый бензин, ароматические углеводороды и технический водород из

бензиновых и лигроиновых фракций нефти.

Таблица 8.

Потребление платины по отраслям в США в количественном и процентном

соотношениях.

|Платина |1960 г.|1965 г.|1970 г.|1975 г.|1980 г. |

|Всего: |10 007 |13 484 |14 558 |21 065 |34 800 |

|83,5 |98 |132,5 |170 |420 |480 |407-416 |406-407 |

Рост спроса на платину в мире является залогом высоких цен. По оценочным

данным крупнейшей в мире компании по маркетингу металлов платиновой группы

Johnson Matthey (JM) спрос на платину вырос в 1994 году на 7% и достиг

уровня в 4.32 млн тройских унций. При этом с 1993 года сокращается

потребление платины в промышленности. Однако рост заказов ювелиров и

автомобилестроителей перекрывает это сокращение. Так в ювелирном

производстве потребление платины оценивается в 50 тонн. Второй фактор

повышения спроса на этот металл - рост использования его в

автокатализаторах. За это рынок платины должен быть благодарен партии

зеленых, поскольку именно введение более строгих мер по ограничению вредных

выбросов в атмосферу привело к тому, что почти все новые автомобили

оснащаются автокатализаторами.

Таблица 10.

Потребление платины в мире в 1993 году (по информации Johnson Matthey).

|Нефтепереработка |12 % |

|Ювелирная промышленность |30 % |

|Инвестиции |8 % |

|Производство стекла |3 % |

|Электротехника |4 % |

|Химическая промышленность |5 % |

|Автокатализаторы |35 % |

|Другие |3 % |

Бедность платиновых руд, отсутствие крупных месторождений и отсюда

высокая стоимость металла, в значительной степени ограничивают практическое

применение платины.

- Приложение №1…………………………………….………………….23

- Рис.1………………………………………………….23

- Рис.2………………………………………………….24

- Рис.3………………………………………………….25

- Приложение №2. Словарь терминов……...…………………………..26

Приложение №1.

Рис.1. Технологическая схема переработки сульфидных медно-никелевых руд.

Руда

Отвальные хвосты

Обогащение

Медный концентрат Никелевый концентрат

Газы

Обжиг на производство Окатывание или агломерация

H2SO4

Отражательная

Газы

плавка

Пылеулавливание

Отвальный Штейн

шлак

Газы Пыль

Конвертирование Агломерат или

окатыши

Черновая

Электроплавка

медь

Штейн

Шлак

Огневое

рафинирование

Шлак Конвертирование

Флотация

Файнштейн

Хвосты

в отвал

Аноды Медный Разделение

Концентрат

концентрат

Электрорафинирование

меди Никелевый концентрат

Пыль

Электролит Катоды

Магнитная Обжиг

Газы

фракция

Пыль

Закись никеля

Шлам

Пылеулавливание

Восстановительная

плавка

Газы

Аноды

Электролит Электрорафинирование

Катодный

на очистку никеля

никель

Шлам

Обогащение

Платиновые

концентраты

на аффинаж

Рис. 2. Принципиальная технологическая схема переработки медных и

никелевых шламов методом двойной сульфатизации.

Никелевый шлам Медный шлам

H2SO4

Пары, газ

1ая сульфатизация

180 °С, Т:Ж=1.5, (=8-9 ч

H2O

Выщелачивание

[H2SO4]=250 г/л, 80-90 °С, (=3 ч

Фильтрация

Раствор Кек I

H2SO4

Пары, газ

В основное

производство 2ая сульфатизация

t=300 °С, Т:Ж=1:4, (=10 ч

H2O FeSO4

Выщелачивание

Фильтрация

Раствор Кек II

NaCl

Пары, газ

Осаждение AgCl Сушка, прокаливание

Фильтрация Щелочная разварка

Производство

t=90 °С,

(=1 ч Se

AgCl Т:Ж=1:5, 400 г/л

NaOH

Раствор Сера

Разбавление

водой

Осаждение спутников Pt до 150 г/л NaOH

Фильтрация Фильтрация, промывка

Осадок

Фильтрат Нерастворимый

остаток Раствор

Сушка,

на

Производство Te прокаливание Сушка, прокаливания,

сброс

измельчение,

упаковка

Концентрат ПК-2

Концентрат ПК-1

Pt, Pd, Au

Рис. 3. Технологическая схема обогащения шламов.

Никелевый и медный шламы после извлечения селена

Окислительно-сульфатизирующий обжиг

Огарок

Газы

Растворение

Мокрая газоочистка

Осадок Раствор

Раствор Кеки

Сушка

Na2CO3

Ванны обезмеживания

Электроплавка

Нейтрализация

Медь в медное

Шлак Аноды производство

Раствор

в переработку

на сброс

Раствор NiSO4

В никелевое

производство

Электролитическое растворение

Шлам H2SO4 Медная губка Ni порошок

Раствор

Промывка Выщелачивание

Цементация

Сушка

Раствор Цементат

1й концентрат H2SO4

Экстракция

Выщелачивание

Органическая

фаза

Остаток

Отгонка

Промывка

Прокаливание

Сушка Раствор в ванны

обезмеживания

3й концентрат

2й концентрат

Приложение №2.

Словарь терминов.

Автоклав - (авто+ключ) аппарат для проведения различных процессов при

нагреве и под газовым давлением выше атмосферного.

Агломерат - основное сырье для черновой и цветной металлургии при

получении металлов (сплавов) из руд.

Агломерация - термический способ окускования мелких метериалов, чаще

всего рудной шихты, для улучшения их металлургических свойств. Нагрев

осуществляется обычно за счет сжигания мелкого топлива в самом

обрабатываемом материале при непрерывном подсосе воздуха. В агломерационную

шихту часто вводят флюсы (известняк). Окускование при агломерации

происходит главным образом в результате связывания отдельных зерен

легкоплавкой жидкостью, образовавшейся при нагреве, и формирования кусков

при охлаждении. Агломерацию осуществляют преимущественно на агломерационных

машинах ленточного типа, представляющих собой непрерывную цепь тележек с

решетчатым дном. Продукт агломерации - агломерат.

Десульфурация - обессеривание - физико-химические процессы,

способствующие удалению серы из расплавленного металла. Сера связывается в

прочные сульфиды и переходит в шлак.

Кек - твердый остаток после фильтрации пульпы. Чаще всего содержит 12-20

% влаги.

Окатыши - продукт окусковывания пылевидной руды или концентратов путем

окомкования и обжига. Имеют форму шариков диаметром 10-20 мм, прочность их

оценивается усиливанием раздавливания. При изготовлении офлюсованных

окатышей в шихту добавляют известь (CaO).

Платиновые металлы - химические элементы VIII группы периодической

системы Менделеева: рутений Ru, родий Rh, палладий Pd, осмий Os, иридий Ir

и платина Pt. Серебристо-белые металлы с различными оттенками. Благодаря

высокой химической стойкости, тугоплавкости и красивому внешнему виду

платиновые металлы, наряду с серебром и золотом, называются благородными

металлами. Для земной коры характерно самородное состояние платиновых

металлов.

Платина самородная - минерал класса самородных элементов. Примеси железа

(до 10% в коликсене, до 20% в ферроплатине), иридия, палладия, родия, меди.

Цвет от белого до серо-стального. Твердость по минералгической шкале 4-4.5;

плотность до 21 000 кг/м3. Главный источник получения платины.

Платиновые сплавы - сплавы платины (основа) обычно с другими

благородными металлами, чаще всего с родием (до 40%), палладием (до 50%),

иридием, а также никелем, кобальтом, хромом, вольфрамом и молибденом.

Характеризуются высокой коррозийной стойкостью во многих агрессивных

средах, высокими механическими свойствами, в ряде случае каталитическим

действием. Применяются для электрических контактов, термопар, в качестве

жаропрочных и коррозионностойких материалов в химической и других отраслях

промышленности.

Платиновые руды - минеральные образования, содержащие платиновые металлы

в промышленных концентрациях. Главные минералы: самородная платина,

поликсен, ферроплатина, платинистый иридий, невьянскит, сысертскит и др.

Коренные месторождения преимущественно магматического происхождения

содержат от десятых долей г/т до единиц кг/т; россыпи - от десятков мг/м3

до сотен г/м3. Главные добывающие страны: ЮАР, Канада, Колумбия, США.

Платиновая чернь - мелкодисперсный порошок (размеры крупинок 25-40 мкм)

металлической платины, обладающий высокой каталитической активностью. Ее

получают, действуя формальдегидом или другими восстановителями на раствор

комплексной гексахлорплатиновой кислоты H2[PtCl6].

Платина шлиховая - смесь зерен самородной платины, представляющая собой

сплав платиновых металлов с железом, медью, никелем и другими элементами.

Платиноиды - то же, что платиновые металлы.

Пульпа - смесь твердых частиц и жидкости, в которой они взвешены. При

обогащении руд и минералов пульпой называется смесь тонкоизмельченного

сырья с водой, в гидрометаллургии - смесь подвергаемых обработке материалов

с водой или химическими реагентами.

Рафинирование металлов - удаление из жидких металлов и сплавов примесей

неметаллических включений, газов для повышения качества и получения ценных

сопутствующих элементов. Применяют пирометаллургические (рафинирующие

переплавы), химические, физико-химические (адгезионные), электролитические,

физико-механические (флотационные, барботажные) методы рафинирования.

Сепарация - отделение жидких или твердых частиц от газа, твердых - от

жидкости, разделение на составные части твердых или жидких смесей.

Сепарация широко используется при обогащении руд и рудных минералов.

Файнштейн - безжелезистый сульфид меди или никеля, получаемый при

бессемеровании штейнов и используемый для извлечения цветных (в том числе

благородных) металлов. В зависимости от содержания тех или иных цветных

металлов различают файнштейн медный - Cu2S (называют также белым маттом),

никелевый Ni3S2, медноникелевый Cu2SNi3S2.

Флотация - способ обогащения, основанный на различной смачиваемости

минералов водой. Для успешной флотации активность поверхности минералов

повышается флотационными реагентами. Различают флотацию маслянную,

пленочную, пенную (основной метод обогащения полезных ископаемых), при

которой частицы одних минералов прилипают к воздушным пузырькам и переходят

вместе с ними в пенный слой (концентрат), а другие - остаются во взвешенном

состоянии в воде (хвосты).

Флюсы в металлургии - материалы, преимущественно минерального

происхождения, вводимые в печь (шихту) для образования шлака и

регулирования ее состава, в частности, для связывания пустой породы руды

или продуктов раскисления металла. По химическому составу флюсы делятся на

основные (известняк), кислые (кремнезем), нейтральные (глинозем) и солевые

(хлоридно-фторидные). При плавке сплавов цветных металлов используют флюсы

покрывные (защитные), рафинирующие и модифицирующие.

Шихта - 1. Смесь сырых материалов, подлежащая переработке в

металлургических агрегатах. Шихту загружают либо в виде смеси с равномерным

распределением, проведенным вне агрегата, либо порциями или слоями,

состоящими из разных компонентов шихты; 2. Набор металлических компонентов

для выплавки сплавов методом переплава.

Шлак металлургический - расплав (после затвердевания - камневидное или

стекловидное вещество), обычно покрывающий при плавильных процессах

поверхность жидкого металла. Состоит из специально вводимых в печь флюсов,

а также из всплывших продуктов химических реакций, подлежащих удалению из

металла примесей, золы топлива, разрушаемой футеровки. В зависимости от

преобладания тех или иных оксидов шлак может быть основным или кислым. Шлак

играет важную роль в металлургических процессах: защищает покрываемый им

металл от вредного воздействия газовой среды печи, усваивает всплывающие

примеси и неметаллические включения и выполняет другие разнообразные физико-

химические функции.

Штейн - промемежуточный продукт при получении некоторых цветных металлов

из их сульфидных (сернистых) руд и рудных концентратов. Представляет собой

сплав сульфидов железа с сульфидами извлекаемого металла.

Эвтектика - структура сплавов, состоящая из определенного сочетания двух

(или более) твердых фаз, одновременно кристаллизовавшихся из расплава при

температуре ниже температуры плавления отдельных компонентов эвтектической

смеси. Теория кристаллизации эвтектик разработана А. А. Бочваром.

Кристаллизация эвтектического сплава (эвтектическое превращение) протекает

при постоянной температуре.

Список литературы:

1. «Рассказы о металлах». С.И. Венецкий. Издательство «Металлургия».

Москва, 1985 г.

2. «Элементы вселенной». С. Гридчин, А. Гридчин. Центрально-черноземное

книжное издательство. Воронеж, 1980 г.

3. «Мир металлов и сплавов». Г.Н. Фадеев, А.П. Сычев. Издательство

«Просвещение». Москва, 1978 г.

4. «От водорода до… Нобелия?». П.Р. Таубе, Е.И. Руденко. Государственное

издательство Высшая школа. Москва, 1961 г.

5. «Общая химия: Учебное пособие для вузов». Н.Л. Глинка. Издательство

«Химия», 1977 г.

6. «По следам элементов». З. Энгельс, А. Новак. Издательство «Металлургия».

Москва, 1985 г.

7. «Популярная библиотека химических элементов». Под редакцией И.В.

Перянова-Соколова. Издательство «Наука», 1977 г.

8. «Творцы науки о металле». А.С. федоров. Издательство «Наука». Москва,

1980 г.

9. Финансовые известия №83 (212), 31 октября 1995 г.

10. Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ).

11. Советский энциклопедический словарь. Издательство «Советская

энциклопедия». Москва, 1982 г.

12. Политехнический словарь.

13. «Краткий терминологический словарь по металлургии». Под редакцией доц.

В.П. Соловьева. Издательство МИСиС. Москва, 1988 г.

14. «Металлургия благородных металлов». Под редакцией Л. В. Цугоева.

Издательство «Металлургия». Москва, 1987 г.

Страницы: 1, 2, 3