способ селективного извлечения металлов платиновой группы из анодных шламов

Формула изобретения

1. Способ извлечения металлов платиновой группы из медных и никелевых анодных шламов, включающий растворение анодного шлама и электролитическое выделение металлов из раствора, отличающийся тем, что растворение анодного шлама осуществляют путем его обработки азотной кислотой, а электролитическое выделение металлов производят путем потенциостатического электролиза на линии потенциостатических ячеек, каждая из которых содержит трехмерный пористый электрод из углеродного материала, при этом потенциалу каждого катода задают значение, соответствующее выделению определенного металла платиновой группы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку азотной кислотой осуществляют в автоклаве при температуре 200-250^oС.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что обработку анодного шлама азотной кислотой осуществляют при мольном соотношении металл/кислота, равном 1/4-1/6, а электролитическое выделение металлов производят из 1М - ЗМ азотнокислых растворов.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что электролитическое выделение металлов производят при скорости электролита 500-3500 л/ч и плотности тока 1-40 А/м² поверхности катода.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что рабочий потенциал каждого катода определяют путем предварительных потенциометрических измерений для конкретного вида анодного шлама.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что при остаточной концентрации металлов в отработанном электролите на выходе линии потенциометрических ячеек 1-5 мг/л металлы концентрируют путем пропускания отработанного электролита через по меньшей мере одну колонну с твердым экстрагентом и реэкстрагируют с возвращением в начало цикла электролитического выделения металлов.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в качестве твердого экстрагента используют матрицу из модифицированного полистиролдивинилбензольного полимера с активной фазой из триалкилфосфатов, и/или аммониевых оснований, и/или фосфиноксидов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидрометаллургии, а именно к извлечению путем электролиза металлов платиновой группы из анодных шламов, образующихся при электрорафинировании меди и никеля.

Шламы электролитического рафинирования меди и никеля содержат значительное количество платиновых металлов, поэтому переработке шламов уделяют большое внимание.

Известны методы совместного выделения нескольких металлов путем электроэкстракции, заключающейся в катодном выделении металла после того, как он переведен из шлама в раствор, а раствор подвергнут очистке (Б.Б. Дамаскин и О. А. Петрий "Электрохимия", Москва, "Высшая школа", 1987, с.274). Недостатком данного способа является совместное выделение нескольких металлов на катоде, что влечет за собой сложные и дорогостоящие процессы их разделения.

Известны способы переработки медных и никелевых шламов с целью получения платиновых металлов (И.П. Федотьев и др. "Прикладная электрохимия", "Химия", Ленинградское отделение, 1967, с.30, 91). Способ заключается в обжиге шлама, выщелачивании в серной кислоте, последующем плавлении твердого остатка выщелачивания, после чего полученный металлический сплав, содержащий в основном медь и платиноиды, отливают в аноды и подвергают электролизу в растворе серной кислоты. Основная масса платиноидов выпадает в шлам, еще некоторое их количество образуется в процессе выщелачивания губчатой меди, осевшей на катоде. Этот остаток выщелачивания и шлам представляют собой концентрат платиновых металлов, содержание которых достигает в нем 50%. Концентрат направляют на разделение и аффинаж.

Недостатками данного способа являются его сложность, многоступенчатость, невысокая степень извлечения металлов, а также необходимость последующего разделения металлов.

Известен способ извлечения металлов, включающий растворение анодного шлама в кислоте и электролитическое выделение металлов из полученного раствора ("Основы металлургии", т.5, под ред. Н.С. Грейвера и др., Москва, Металлургия, 1968, с.347). Недостатком способа является невозможность раздельного получения металлов, а также недостаточная чистота получаемых металлов.

Техническим результатом изобретения является упрощение способа получения металлов платиновой группы из медных и никелевых шламов, повышение чистоты получаемых металлов до 99,95-99,98%, а также обеспечение возможности раздельного получения металлов платиновой группы в едином технологическом цикле обработки шлама. Кроме того, техническим результатом является возможность полной автоматизации процесса, исключение пирометаллургических стадий и, как следствие, исключение дорогостоящих систем газоочистки, пылеулавливания, сливов растворов и т.п.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе извлечения металлов платиновой группы из медных и никелевых анодных шламов, включающем растворение анодного шлама и электролитическое выделение металлов, растворение анодного шлама осуществляют путем его обработки азотной кислотой, а электролитическое выделение металлов производят путем потенциостатического электролиза на линии потенциостатических ячеек, каждая из которых содержит трехмерный пористый электрод из углеродного материала, при этом рабочий потенциал каждого катода соответствует определенному металлу платиновой группы.

Как правило, обработку азотной кислотой осуществляют в автоклаве при температуре 200-250^oС, при мольном соотношении металл/кислота, равном 1/4-1/6, а электролитическое выделение металлов производят из 1М - 3М азотнокислых растворов.

Как правило, электролитическое выделение металлов производят при скорости электролита 500-3500 л/ч и плотности тока 1-40 А/м² поверхности катода.

В частности, рабочий потенциал каждого катода определяют путем предварительных потенциометрических измерений для конкретного вида анодного шлама.

Для еще большего увеличения степени извлечения металлов при остаточной концентрации металлов в отработанном электролите на выходе линии потенциометрических ячеек 1-5 мг/л металлы концентрируют путем пропускания отработанного электролита через по меньшей мере одну колонну с твердым экстрагентом и реэкстрагируют с возвращением в начало цикла электролитического выделения металлов.

При этом в качестве твердого экстрагента используют матрицу из модифицированного полистиролдивинилбензольного полимера с активной фазой из триалкилфосфатов, и/или аммониевых оснований, и/или фосфиноксидов.

Способ осуществляется следующим образом.

В автоклаве при повышенной температуре и давлении порядка 100 атм. в азотной кислоте растворяются все концентраты металлов. Их концентрация достигает 5 мг/л. После растворения азотнокислый раствор при помощи насоса прокачивают через линию потенциостатических ячеек, представляющую собой несколько емкостей (по числу выделяемых металлов, например, 8) цилиндрической формы, соединенных последовательно. Стенки цилиндров выполняют функцию анодов. В каждом цилиндре размещен трехмерный пористый углеродный катод; каждый цилиндр снабжен потенциостатом, обеспечивающим контролируемый, задаваемый заранее потенциал, соответствующий выделяемому металлу и способный поддерживать неизменным напряжение на катоде. Так, для выделения платины поддерживается напряжение около 12 В, палладия - около 1 В. Конкретную величину напряжения для каждого металла определяют экспериментально путем предварительных потенциометрических измерений.

Параметры режимов электростатического выделения металлов выбраны экспериментально исходя из максимальной эффективности способа.

В каждом цилиндрическом сосуде на катоде выделяется металл, соответствующий потенциалу катода.

На выходе линии потенциостатических ячеек остаточная концентрация металлов в электролите составляет 1-5 мг/л. Из отработанного электролита металлы концентрируются твердыми экстрагентами (ТВЭКСами) при пропускании отработанного электролита и реэкстрагируются с возвращением в цикл по мере насыщения колонны.

ТВЭКС представляет собой твердый экстрагент на основе матрицы из модифицированного полистиролдивинилбензольного полимера и активных фаз из триалкилфосфатов, и/или аммониевых оснований, и/или фосфиноксидов. Экстракция металлов проходит эффективно до уровня 0,02 мг/л, после чего раствор вливается в начало цикла.

Пример конкретного выполнения

В титановый автоклав емкостью 8 литров загружается 2 кг платинового концентрата К-2 (анодного шлама) и заливается 60% азотная кислота в количестве 4 литров. Автоклав закрывается и при температуре 250^oС осуществляется вскрытие шлама. Продолжительность процесса 4 часа. По окончании процесса раствор разбавляется до кислотности 2М, фильтруется и подается на линию потенциостатических ячеек для выделения металлов. Значение потенциала катода каждой ячейки соответствует выделению определенного металла платиновой группы.