способ отделения родия от иридия и рутения

Формула изобретения

Способ отделения родия от иридия и рутения, включающий цементацию родия при нагревании и перемешивании, отличающийся тем, что цементацию ведут цинком в растворах фосфорной кислоты с концентрацией 90-100% при температуре 80-140^oС, продолжительность цементации 5-10 мин и расходе цинка 1,4-1,6 от стехиометрии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к способам извлечения и разделения благородных металлов из растворов.

Отделение родия от иридия является наиболее трудной задачей в анализе платиновых металлов. Достаточно сложны процессы разделения этих металлов и в технологии аффинажного производства.

Известен способ отделения родия от рутения и иридия, включающий сплавление остатка, содержащего эти металлы, с бисульфатом натрия и последующий перевод родия в растворимый сульфатокомплекс родия (III).

[Ливингстон С. Химия рутения, родия, палладия, осмия, иридия, платины. М. : Мир, 1978, с. 23-24] .

Металлический родий из раствора выделяют многоцикловым переосаждением - растворением, получением аммонийного гексахлорида родия (III), очисткой раствора родия на катионитах, провариванием с муравьиной кислотой. Осадок соли родия прокаливают при температуре 100^oC и восстанавливают водородом с получением порошка родия.

Существенным недостатком способа является длительность, многостадийность, трудоемкость.

Известен также способ, включающий спекание цементатов родия, иридия и рутения (после отделения платины и палладия) с перекисью бария при 700-800^oC, измельчение и обработку спека соляной кислотой, отделение бария в виде сульфата с добавлением серной кислоты, упаривание фильтрата с азотной кислотой, нитрование, после чего осаждают аммонийно-натриевые гексанитриты родия и иридия (совместно).

[И. Н. Масленицкий, Л. В. Чугаев и др. Металлургия благородных металлов. М. : Металлургия, 1987 г. , с. 411-412] .

Существенным недостатком способа является многостадийность, длительность, сложность разделения родия от других спутников платины.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков, выбранным в качестве прототипа, является способ отделения родия от иридия и рутения, включающий цементацию родия при нагревании и перемешивании металлической медью или сурьмой из солянокислых растворов (концентрация HCl 1М) смеси хлоридов платиновых металлов. При этом родий цементируется медью и переходит в осадок, а иридий остается в фильтрате. Подобным же образом отделяют родий от иридия и сурьмой. Сернокислый или солянокислый растворы родия и иридия выпаривают при t < 200^oC, разбавляют водой и в раствор добавляют сурьму. Цементацию проводят в течение 30 мин при кипячении раствора.

[Бимиш Ф. Аналитическая химия благородных металлов. Ч. 1, М. : Мир, 1969, с. 75-79, с. 133-137] .

Недостатками известного способа являются довольно узкий интервал концентрации соляной кислоты (1М), используемые для цементации порошки меди и сурьмы дорогие, осадок родия и непрореагировавшего порошка меди вновь растворяют в царской водке либо хлорируют и снова разделяют родий и медь. Известный способ требует предварительного отделения рутения. Известный способ цементации родия медью или сурьмой не может быть использован в фосфорнокислых средах из-за образования труднорастворимых средних солей фосфатов меди и сурьмы. Кроме того, из фосфорнокислых растворов этими металлами не удается количественно выделить родий.

Техническим результатом, достигаемым предлагаемым изобретением, является упрощение процесса отделения родия от иридия и рутения в фосфорнокислых средах, удешевление применяемых реагентов, снижение незавершенного производства за счет повышения прямого извлечения родия, что уменьшает затраты на аффинаж родия.

Технический результат достигается тем, что отделение родия от иридия и рутения осуществляют путем цементации металлическим цинком при нагревании и перемешивании из растворов фосфорной кислоты с концентрацией 90-100% в интервале температур 80-140^oC, в течение 5-10 мин и расходе цинка 1,4-1,6 от стехиометрии.

При этих условиях родий осаждается в металлическом виде, а цинк переходит в раствор в виде двухзамещенного ортофосфата. При температуре выше 140^oC происходит превращение растворимого, двухзамещенного ортофосфата в труднорастворимые средний ортофосфат и пирофосфат, которые увеличивают вязкость раствора, что затрудняет введение металлического цинка в раствор. Кроме того, выпадающие в осадок средние фосфаты цинка захватывают иридий и его фосфатные комплексы, которые могут загрязнить осадок металлического родия.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна".

При изучении других известных технических решений в области разделения родия от иридия и рутения признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Предлагаемый способ был опробован в лабораторных условиях на фосфорнокислых растворах, содержащих родий, иридий и рутений. Фосфорнокислые растворы Rh, Jr, Ru готовили путем разложения их хлорокомплексов в конденсированной фосфорной кислоте в присутствии хлорной кислоты (в случае Rn и Jr) до полного удаления HCl (в случае Ru), после чего растворы смешивали до необходимой концентрации металлов.

Исследования по цементации проводили из растворов, содержащих по 3,910^-2 моль/л родия, иридия и рутения.

Эксперименты проводят следующим образом. Смесь растворов Rh, Jr, Ru нагревают до необходимой температуры и при интенсивном механическом перемешивании вводят определенное количество цинкового порошка (активность Zn порошка 82%) из расчета на активный. По окончании процесса отделяют цементат центрифугированием, промывают горячей фосфорной кислотой, затем водой, высушивают, анализируют рентгено-спектральным методом на примеси и идентифицируют рентгено-графическим методом. Кинетическими исследованиями установлена необходимая продолжительность процесса, которая составляет 5 - 10 минут. Расход цинка (активного) в 1,4 - 1,6 раз превышает стехиометрически необходимое количество только на цементацию родия.

В таблице приводятся результаты цементации родия цинком в присутствии иридия и рутения из конденсированной фосфорной кислоты при интенсивном перемешивании. Как следует из таблицы, уже при температуре 80^oC извлечение родия в осадок составило более 97% и оставалось на этом уровне до температуры 180^oC. Удовлетворительное отделение родия от других платиновых металлов наблюдается в интервале температур 80 - 140^oC, когда не замечено цементации иридия и рутения. Опытами также установлено, что увеличение продолжительности процесса (до 30 мин) не приводило к снижению концентрации родия в растворе. Методом РГА идентифицирован металлический родий в осадке. Спектральным анализом в осадке иридия и рутения не обнаружено.

Ниже приведен пример исполнения разработанного технического решения.

Пример 1. Разделение родия от иридия, рутения и других металлов осуществляют из фосфорнокислого раствора, из которого предварительно выделяют платину, палладий, золото (после окислительного разложения тяжелого сплава металлов).

Состав раствора, г/л:

Pt - сл; Pd - сл; Rh -14,2;

Ir -2,5; Ru - 10,5; Te - 8,9; Se - 3,6;

Cu - 11,2; Ni - 25; Fe - 3,6.

CH₃PO₄ = 100%. Объем раствора - 200 мл.

Перемешивание интенсивное, механическое.

Раствор нагревают до 140^oC и вводят порциями цинковую пыль в количестве 160% от стехиометрии по отношению к родию, т. е. 7 гр. Обработку ведут в течение 10 мин, после чего отделяют осадок, промывают водой, высушивают.

Масса осадка составляла 2,9 гр.

Извлечение Rh в осадок - 99,5%.

Других платиноидов в осадке не обнаружено. Остаточное содержание Rh в растворе составляет 0,07 г/дм³. По данным РГА осадок представлен металлическим родием.

Таким образом, осуществление способа цементации родия цинком из фосфорнокислых растворов, содержащих также иридий и рутений, позволяет интенсифицировать аффинаж родия, получить металлический родий, не содержащий другие платиновые металлы, упростить разделение родия от иридия и рутения.

Важным преимуществом является то, что процесс идет без образования вредных газовых выбросов, способ достаточно технологичен, применяемое оборудование - обогреваемые реакторы. Эффективность разработанного способа достигается за счет интенсификации технологического цикла аффинажа родия в 5 раз, снижения незавершенного производства, увеличения прямого извлечения родия в 1,5 раза.

Источники информации

1. Ливингстон С. Химия рутения, родия, палладия, осмия, иридия, платины. М. : Мир, 1978. С. 23 - 24.

2. И. Н. Масленицкий, Л. В. Чугаев, З. Ф. Борбат, М. З. Никитин, Л. С. Стрижко. Металлургия благородных металлов. М. : Металлургия, 1987. С. 411 - 412.