способ переработки концентратов платиновых металлов на железоникелевой основе для извлечения платиновых металлов

Формула изобретения

Способ переработки концентратов платиновых металлов на железоникелевой основе для извлечения платиновых металлов, включающий обработку концентрата соляной кислотой с переводом платиновых металлов в раствор, отделение нерастворимого остатка, обработку раствора нитритом натрия и отделение осадка гидроксида железа, отличающийся тем, что перед обработкой концентрата соляной кислотой его распульповывают в воде, пульпу нагревают, вводят азотную кислоту в объеме, необходимом для растворения примерно 60% железа и никеля, и прогревают в течение 4-5 часов при температуре 85-100°С, обработку соляной кислотой ведут добавлением соляной кислоты в объеме, необходимом для растворения оставшейся части железа и никеля и платиновых металлов, и прогревают еще в течение 4-5 часов при температуре 85-100°С, а перед обработкой раствора нитритом натрия в него вводят ортофосфорную кислоту или ее натриевую соль.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии благородных металлов (БМ) и может быть использовано в технологии переработки концентрата платиновых металлов на железо-никелевой основе.

Концентраты такого типа могут образовываться при переработке отработанных автомобильных катализаторов пирометаллургическими способами с последующим измельчением. Их состав существенно различается, что связано как с разными типами продукции, поступающей на обогатительную плавку, так и с особенностями используемых технологий. Основными компонентами концентратов являются: железо - массовая доля которого составляет (25-50) %, никель (5-20) %, фосфор (2-10) %, кремний (5-20) %, титан (1-2) %. Из платиновых металлов, как правило, присутствуют: платина (3-5) %, палладий (3-5) % и родий (0.5-1.0) %.

Начальной стадией переработки любых концентратов платиновых металлов 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 платиновых металлов в кислотных средах при окислении.

Известен способ переработки концентратов платиновых металлов, включающий гидрохлорирование в соляной кислоте при нагревании, отделение нерастворимого осадка, обработку полученного раствора нитритом натрия (нитрование), отделение осадка и последующее извлечение из раствора платиновых металлов известными способами [1]. Данный способ является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и принят в качестве прототипа.

К основным недостаткам способа-прототипа при его использовании в процессе переработки концентратов платиновых металлов на железо-никелевой основе для извлечения платиновых металлов следует отнести: выделение взрывоопасного водорода при взаимодействии железа с соляной кислотой; образование сильно ядовитого химического соединения фосфин, предельно допустимая концентрация которого в воздухе составляет 0.1 мг/м³ ; большая длительность процесса растворения концентрата; непроизводительный расход окислителя из-за низкой активности концентрата; образование трудно фильтруемых пульп, что требует использования сложного фильтровального оборудования.

Технический результат, на достижение которого направлен предлагаемый способ переработки концентрата платиновых металлов на железо-никелевой основе для извлечения платиновых металлов, заключается в использовании совокупности таких гидрометаллургических приемов переработки, которые позволяют достаточно полно перевести в раствор платиновые металлы и, вместе с тем, не имеют перечисленных недостатков, присущих способу-прототипу.

Заданный технический результат достигается тем, что в известном способе переработки концентратов платиновых металлов на железо-никелевой основе для извлечения платиновых металлов, включающем обработку концентрата соляной кислотой с переводом платиновых металлов в раствор, отделение нерастворимого остатка, обработку раствора нитритом натрия и отделение осадка гидроксида железа, перед обработкой концентрата соляной кислотой его распульповывают в воде, пульпу нагревают, вводят азотную кислоту в объеме, необходимом для растворения примерно 60% железа и никеля, и прогревают в течение 4-5 часов при температуре (85-100)°С, обработку соляной кислотой ведут добавлением соляной кислоты в объеме, необходимом для растворения оставшейся части железа и никеля и платиновых металлов, и прогревают еще в течение 4-5 часов при температуре (85-100)°С, а перед обработкой раствора нитритом натрия в него вводят ортофосфорную кислоту или ее натриевую соль.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. В концентрате часть железа находится в форме фосфида (Fe ₃P). В азотной кислоте фосфор окисляется и переходит в раствор в виде ортофосфорной кислоты. Таким образом, исключается возможность образования взрывоопасной воздушно-водородной смеси и сильно ядовитого газа фосфина (PH₃). При растворении исходного продукта в азотной кислоте в раствор переходит большая часть железа, никеля, а также до 10% платины и палладия и до 30% родия. Расход азотной кислоты зависит от состава исходного сырья и выбирается с таким расчетом, чтобы ее хватило на растворение примерно 60% железа и никеля (см. реакция 1). Так как данный вид концентрата не обладает высокой активностью, то после введения азотной кислоты пульпу следует прогреть при температуре (85-100)°С. Специально проведенные опыты показали, что для завершения процесса требуется проводить прогревание в течение 4-5 часов. При меньшем времени термообработки процесс растворения не успевает завершиться, а более продолжительное прогревание не приводит к существенному повышению полноты растворения. Указанная температура является наиболее оптимальной. При более низких температурах для завершения процесса растворения требуется увеличивать продолжительность прогревания, а при температурах выше 100°С происходит закипание, сопровождающееся вспениванием и возможным выбросом пульпы из реакционного аппарата. На окисление железа и никеля расходуется лишь половина из вводимой азотной кислоты. Другая часть используется на образование нитратных солей:

При последующем введении соляной кислоты нитрат железа выступает в роли окислителя в реакции растворения оставшейся части железа, никеля, а также платиновых металлов:

Расход соляной кислоты также зависит от состава исходного сырья и рассчитывается по реакциям 1-4. Температурные и временные параметры выбраны по тем же соображениям, что и при растворении в азотной кислоте.

Полученный в результате такой обработки раствор помимо платиновых металлов содержит до 80 г/л железа. Для отделения железа и последующего разделения платиновых металлов раствор обрабатывают нитритом натрия. При этом железо гидролизуется и в виде гидроксида выпадает в осадок. Из практики процесса известно, что гидроксиды железа медленно фильтруются и, кроме того, сорбируют на себе платиновые металлы. С целью устранения перечисленных негативных явлений в раствор перед обработкой нитритом натрия предлагается вводить ортофосфорную кислоту или ее натриевую соль. Фосфат-ион вводят для того, чтобы выделить из раствора железа не в форме гидроксидов, а в виде фосфата. Практика процесса показала, что фосфат железа значительно лучше фильтруется и отмывается от маточного раствора, содержащего платиновые металлы, чем его гидроксид. Расход ортофосфорной кислоты или ее натриевой соли также зависит от концентрации железа в растворе, поступающем на обработку нитритом натрия.

ПРИМЕР 1

В стеклянный реактор залили 100 мл воды, включили перемешивающее устройство и загрузили 100 г концентрата следующего состава, %: Fe - 45, Ni - 15, P - 6, Pt - 4,6, Pd - 4,8, Rh - 0,9, Si - 16. Пульпу нагрели до определенной температуры и медленно прилили 300 мл азотной кислоты, после этого при постоянном перемешивании провели изотермическую выдержку при заданной температуре в течение отведенного времени. Затем в пульпу медленно ввели 350 мл соляной кислоты и также провели изотермическую выдержку в течение определенного времени при заданной температуре. Пульпу 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 700 мл раствора следующего состава, г/л: Fe - 57 г/л; Ni - 18 г/л; Pt - 6.4 г/л; Pd - 6.7 г/л; Rh - 1 г/л. Учитывая, что основная часть находящегося в концентрате фосфора превратилась в ортофосфорную кислоту, то перед обработкой нитритом натрия дополнительно в раствор ввели не 47 мл концентрированного раствора H₃PO₄, что необходимо для осаждения всего железа в виде фосфата, а только 37 мл. Полученный раствор обработали при нагревании нитритом натрия, пульпу прогрели и отфильтровали. Осадок промыли водой, основной нитритный раствор и промводы объединили, определили объем и проанализировали методом эмиссионно-связанной плазмы (ICP). Осадок высушили, взвесили и определили в нем спектральным методом массовую долю платиновых металлов. Подобные опыты провели с этим же исходным концентратом при различных температурах и продолжительности выдержки. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1. Распределение металлов при растворении концентрата МПГ на железо-никелевой основе.

№ опыта	Наименование промпродуктов	прогревания, час	Т прогревания, °С	V, мл М, г	Распределение, %
HNO3	HCl	HNO3	HCl	Pt	Pd	Rh	Fe	Ni
1	Н.остаток от растворения	4	4	90	90	18	1.8	1.5	17.6	20	26.7
Нитритный раствор	700	97.7	97.9	78.7	2.0	71
Н.остаток от нитрования	108	0.5	0.6	3.7	78	2.3
2	Н.остаток от растворения	1	4	90	90	24	5.1	4.2	30.6	39	42.3
Нитритный раствор	700	94.5	95.3	66.1	1.6	55.7
Н.остаток от нитрования	97	0.4	0.5	3.3	59.4	2.0
3	Н.остаток от растворения	4	1	90	90	35	46.8	34.4	54.8	45.6	47.1
Нитритный раствор	700	52.8	65.2	42.1	1.2	51.2
Н.остаток от нитрования	84	0.4	0.4	3.1	53.2	1.7
4	Н.остаток от растворения	4	4	50	90	27	7.3	5,9	33.4	36	45.1
Нитритный раствор	700	92.3	93.7	63.1	1.5	52.9
Н.остаток от нитрования	93	0.4	0.4	3.5	62.5	2.0
5	Н.остаток от растворения	4	4	90	50	32	49.3	37.7	56.4	43.4	47.1
Нитритный раствор	700	50.4	61.9	40.3	1.4	50.8
Н.остаток от нитрования	85	0.3	0.4	3.3	55.2	2.1

Таким образом, предлагаемый способ переработки концентратов платиновых металлов на железо-никелевой основе для извлечения платиновых металлов позволяет достигнуть высокого их извлечения в раствор, исключая при этом образования взрывоопасной воздушно-водородной смеси и выделения сильно ядовитого газа - фосфина. Образующиеся нерастворимые остатки с низким содержанием платиновых металлов могут быть направлены на обогатительные операции по известным технологиям.

Источники информации

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.