способ разделения платины (ii, iv) и родия (iii) в солянокислых водных растворах

Формула изобретения

Способ разделения платины (II, IV) и родия (III) в солянокислых водных растворах, включающий сорбцию платины (II, IV) и родия (III) путем контакта раствора с сильноосновным анионитом и последующую десорбцию с анионита, отличающийся тем, что сорбцию осуществляют из свежеприготовленных и выдержанных растворов на анионите Purolite А-500, содержащем в качестве функциональной группы четвертичное аммонийное основание, а их десорбцию с анионита осуществляют в два этапа: на первом - через 24 ч после контакта 2 М раствором NH₄SCN или 2 М раствором KNO₃ для извлечения платины, и на втором этапе - еще через 24 ч 2 М раствором НСl или 1 М раствором тиомочевины в 2 М растворе H₂SO ₄ для извлечения родия.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области аналитической химии платиновых металлов, в частности к методам разделения и концентрирования, и может быть использовано при разделении платины и родия в водных солянокислых свежеприготовленных и выдержанных растворах сорбционным методом с использованием сильноосновного анионита.

В настоящее время известен способ очистки родия и иридия от платины и палладия [патент РФ № 2156819, С22 В11/00, С22В 3/34, С22В 3/38, опубл. 27.07.2000 г.], включающий экстракцию платины и палладия раствором сульфоксида (соотношение фаз 1:(2-5)), и последующее разделение оставшихся в водной фазе родия и иридия экстракцией трибутиловым эфиром фосфорной кислоты.

К недостаткам этого способа можно отнести необходимость содержания в растворе платины в 20-70 раз меньше, чем родия, и отсутствие описания получения платиновых металлов в чистом виде, а также использование экологически опасного реагента сульфоксида.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ разделения платины и родия в солянокислых растворах [патент РФ № 2165992, С22В 11/00, С22В 3/24, опубл. 27.04.2001 г.], включающий извлечение их из растворов сорбцией на сильноосновном анионите, последующую промывку сорбента и его сжигание с получением металлической платины и чистых соединений родия.

Недостатками известного способа являются использование только свежеприготовленных растворов; невозможность повторного использования ионитов, ввиду сжигания; проведение осаждения; а также сжигание ионитов при 950-1000°С с целью десорбции благородных металлов и термическая деструкция при 350-400°С. Другой существенный недостаток известного способа - данный способ является экологически опасным.

Техническим результатом изобретения является упрощение и удешевление способа разделения платины и родия, и возможность его проведения не только в свежеприготовленных, но и в выдержанных солянокислых растворах.

Технический результат достигается тем, что в способе разделения платины (II, IV) и родия (III) в солянокислых водных растворах, включающем сорбцию платины (II, IV) и родия (III) путем контакта раствора с сильноосновным анионитом и последующую десорбцию с анионита, новым является то, что сорбцию осуществляют из свежеприготовленных и выдержанных растворов на анионите Purolite A-500, содержащем в качестве функциональной группы четвертичное аммонийное основание, а их десорбцию с анионита осуществляют в два этапа: на первом - через 24 часа после контакта 2 М раствором NH₄SCN или 2 М раствором KNO₃ для извлечения платины, и на втором этапе - еще через 24 часа 2 М раствором НСl или 1 М раствором тиомочевины в 2 М растворе Н₂SO₄ для извлечения родия.

В заявляемом способе на первом этапе происходит извлечение платиновых металлов в виде комплексов Pt (II, IV) и Rh (III) на сильноосновном анионите Purolite A-500, содержащем в качестве функциональной группы четвертичное аммонийное основание, обладающем высокой обменной емкостью по родию и платине. Далее проводится десорбция металлов с анионита, которую осуществляют растворами 2 М NH₄SCN или 2 М KNO₃, а затем 2 М НСl или 1 М тиомочевиной в 2 М H₂SO₄ .

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлены спектры поглощения солянокислых растворов платины (II, IV) и родия (III) при совместном присутствии при разном времени выдерживания (1 - свежеприготовленный раствор, 2 - выдержанный в течение 3-х месяцев).

Сущность способа заключается в том, что выделение родия и платины осуществляют из солянокислых не только свежеприготовленных, но и выдержанных в течение трех месяцев растворов, которые приближены к технологическим. Условия извлечения таковы, что металлы находятся в растворе в виде комплексов Pt (II, IV) и Rh (III), что установлено из электронных спектров поглощения, приведенных на чертеже. Максимумы поглощения свежеприготовленного раствора (1) соответствуют преимущественному присутствию в растворе комплекса [PtCl₄]^2- и цис- и транскомплексов [Rh(H₂O)₄Cl₂]⁺и [Rh(H ₂O)₂Cl₄]^- (при 218 нм) и гексахлорокомплексам платины и родия (при 251 нм). При выдерживании раствора до трех месяцев оба максимума поглощения постепенно смещаются до 198 и 261 нм соответственно с уменьшением интенсивности, что указывает на образование в растворах комплексов [Pt(OH)Cl ₅]^2-, [РtСl₆]^2- (при 261 нм), [Рt(ОН)₆]^2- и [Rh(Н₂O) ₃Сl₃]⁰ (при 198 нм). Сорбционные характеристики ионита в зависимости от кислотности раствора незначительно увеличиваются при уменьшении концентрации хлороводородной кислоты (табл.1). Для десорбции платины и родия применяют дешевые реагенты, необходимые в малом количестве для осуществления процесса (табл.2). При выдерживании растворов в течение трех месяцев сорбционные параметры несколько ухудшаются (табл.3), однако остаются на высоком уровне, что имеет огромное значение для промышленности.

Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей химии и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательный уровень».

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Предварительно набухший анионит Purolite A-500 в хлоридной форме массой 0,1 г приводят в контакт при перемешивании с раствором следующего состава: концентрации НСl (C_HCl) 0,001-4 моль/л, концентрация по платине (II, IV) 2,5·10^-4 моль/л (49 мг/л), по родию (III) 2,5·10^-4 моль/л (26 мг/л). Десорбцию с анионита осуществляют в два этапа. По истечении 24 ч анионит отделяют от раствора фильтрованием и добавляют к нему 10 мл 2 М раствора NH₄SCN или 2 М раствора KNO₃ для извлечения платины. Затем через 24 ч раствор отделяют от анионита и приливают к последнему 10 мл 2 М раствора НСl или 1 М раствора тиомочевины в 2 М H₂SO₄ для извлечения родия. После раздельной десорбции платину и родий можно использовать для дальнейшей работы (например, путем прокаливания растворов комплексов Pt и Rh можно получить их в виде металлов). Анионит после регенерации можно использовать для повторной сорбции в описываемом способе. Характеристики предлагаемого способа представлены в таблицах 1-3, где С - концентрации платины, родия и хлороводородной кислоты в контактирующих растворах, D - коэффициент распределения Pt или Rh, R - процент извлечения платиновых металлов.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Предварительно набухший анионит Purolite A-500 в хлоридной форме массой 0,1 г приводят в контакт при перемешивании со свежеприготовленным раствором следующего состава: концентрация НСl (С_HCl ) 0,001 моль/л, концентрация по платине (II, IV) 2,5·10 ^-4 моль/л (49 мг/л), по родию (III) 2,5·10^-4 моль/л (26 мг/л). Данные представлены в таблице 1. По истечении 24 ч анионит отделяют от раствора фильтрованием и приливают 10 мл 2 М раствора NH₄SCN для извлечения из него платины. Затем еще через 24 ч анионит отделяют и заливают 10 мл 2 М раствора НСl для извлечения родия. Данные представлены в таблице 2.

Пример 2. Предварительно набухший анионит Purolite A-500 в хлоридной форме массой 0,1 г приводят в контакт при перемешивании со свежеприготовленным раствором следующего состава: концентрация НСl (С_HCl) 4 моль/л, концентрация по платине (II, IV) 2,5·10^-4 моль/л (49 мг/л), по родию (III) 2,5·10^-4 моль/л (26 мг/л) (таблица 1). По истечении 24 ч анионит отделяют от раствора фильтрованием и приливают 10 мл 2 М раствора NH₄SCN для извлечения из него платины. Через 24 ч анионит отделяют и заливают 10 мл 1 М раствора тиомочевины в 2 М H₂SO₄ для извлечения родия (таблица 2).

Пример 3. Предварительно набухший анионит Purolite A-500 в хлоридной форме массой 0,1 г приводят в контакт при перемешивании со свежеприготовленным раствором следующего состава: концентрация НСl (С_HCl) 0,1 моль/л, концентрация по платине (II, IV) 2,5·10^-4 моль/л (49 мг/л), по родию (III) 2,5·10^-4 моль/л (26 мг/л). По истечении 24 ч анионит отделяют от раствора фильтрованием и на 24 ч заливают 10 мл 2 М раствора КNО₃ для извлечения из него платины. После этого анионит отделяют и заливают 10 мл 2 М раствора НСl для извлечения родия. Данные представлены в таблицах 1 и 2.

Пример 4. Предварительно набухший анионит Purolite A-500 в хлоридной форме массой 0,1 г приводят в контакт при перемешивании с выдержанным в течение трех месяцев раствором следующего состава: концентрация НСl (С_HCl ) 0,01 моль/л, концентрация по платине (II, IV) 2,5·10 ^-4 моль/л (49 мг/л), по родию (III) 2,5·10^-4 моль/л (26 мг/л). По истечении 24 ч анионит отделяют от раствора фильтрованием и приливают 10 мл 2 М раствора НСl для извлечения из него родия. Данные представлены в таблице 3.

Таблица 1
Данные по сорбции Pt в присутствии Rh и Rh в присутствии Pt из свежеприготовленных солянокислых растворов в зависимости от их кислотности
Металл	Параметры сорбции	С (НСl), моль/л
4,0	2,0	1,0	0,5	0,1	0,05	0,01	0,001
Pt C(Pt)=2,5-10-4 моль/л	D, мл/г	583	802	900	1918	2093	3498	5486	7071
R, %	85,4	88,9	90,0	95,1	95,4	97,2	98,2	99,7
Rh C(Rh)=2,5-10-4 моль/л	D, мл/г	119	120	125	169	181	187	223	456
R, %	54,4	54,5	55,5	62,8	64,4	65,2	69,1	82,0

Таблица 2
Данные по десорбции Pt и Rh различными десорбентами после извлечения платиновых металлов из сильно- и слабокислых сред (C(Pt)=C(Rh)=2,5-10 -4 моль/л)
Десорбенты	Процент десорбции, %
Pt	Rh
Сильнокислые среды (4,0-1,0 моль/л)	Слабокислые среды (0,1-0,001 моль/л)
2 М НСl	98,5	96,3	98,8	97,8
1 М тиомочевина в 2 М H2SO4	61,9	5,1	99,9	98,2
2 М NH4 SCN	98,2	97,9	-	-
2 М КNО 3	98,6	94,2	-	-

Таблица 3
Результаты по сорбции Pt и Rh при совместном присутствии из выдержанных солянокислых растворов и их десорбции при помощи различных десорбентов (C(Pt)=C(Rh)=2,5-10-4 моль/л, С(НСl)=0,01 моль/л)
Металлы	Сорбционные параметры	Процент десорбции, %
D, мл/г	R, %	2 М НСl
Pt	741	88,1	3
Rh	150	59,8	65

Использование заявляемого изобретения открывает возможность раздельного получения родия и платины из солянокислых растворов отработанных катализаторов. Для процессов сорбции и десорбции применяются дешевые, нетоксичные растворы роданида аммония, хлороводородной и серной кислот, а также тиомочевины, что позволяет разработать экологически безопасные технологии извлечения платиновых металлов.

Таким образом, в результате использования заявляемого технического решения упрощается разделение платины и родия, нет необходимости проводить осаждение, а также появляется возможность его проведения не только в свежеприготовленных, но и в выдержанных солянокислых растворах. Последние характеризуются наличием кинетически инертных форм аква- и гидроксокомплексов Pt и Rh, которые являются трудносорбируемыми соединениями.