Патент на изобретение №2391419

(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ КОНЦЕНТРАТОВ ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ НА ЖЕЛЕЗОНИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к металлургии благородных металлов и может быть использовано в технологии переработки концентрата платиновых металлов на железо-никелевой основе. Способ переработки концентратов платиновых металлов на железо-никелевой основе для извлечения платиновых металлов включает обработку концентрата соляной кислотой с переводом платиновых металлов в раствор. Затем ведут 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. Перед обработкой раствора нитритом натрия в него вводят ортофосфорную кислоту или ее натриевую соль. Техническим результатом является глубокое вскрытие концентрата и исключение возможности образования взрывоопасной воздушно-водородной смеси и сильно ядовитого газа фосфина (РН₃). 1 табл.

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 (Fe₃P). 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.

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.