Технологія вилучення металів платинової групи з промислових шламів

Останнім процесом запропонованої гнучкої технологічної схеми є стадія вилуження металу-осаджувача, яка дає можливість отримати кінцевий продукт - концентрат усіх МПГ, які знаходилися у вихідній сировині. Експериментальні дані, які було отримано на підставі розробленої методики, дозволили з'ясувати вплив технологічних параметрів на хід процесу вилуження. Встановлено, що температура проведення майже не впливає на хід цього процесу.

У результаті статистичної обробки даних були створені математичні моделі процесів непродуктивного розчинення алюмінію та його вилуження.

У четвертому розділі запропоновано принципову технологічну схему (рис. 4), що отримана на основі експериментальних даних та створених математичних моделей.

Вихідна сировина, яка містить МПГ, подається у реактор I, де відбувається її збагачення по МПГ за рахунок розчинення у HNO₃ речовин, які не містять платиноїди. Далі суспензія направляється в реактор Iа для повного відділення осадку від фільтрату. Після цього сировина подається послідовно в реактори II та IIа, де МПГ переводяться у розчинний стан кислотами-розчинниками (HCl та HNO₃). Фільтрат з розчиненими МПГ подається в реактор II, де осаджуються усі метали платинової групи на металі-осаджувачі. У реакторі IV алюміній вилуджується в результаті розчинення його у HCl і отримується кінцевий продукт - концентрат МПГ.

Реактори II, IIа та III мають підігрів для більш ефективного проведення процесу. При цьому, в зв'язку з малою кількістю газових викидів і рідких стоків, потоки з реакторів I, Ia, II, IIа, III та IV спрямовуються в загальні колектори газових і рідких відходів.

Запропонована схема та створені математичні моделі процесів стали основою програми розрахунків техніко-економічних характеристик виробництва для різноманітного складу сировини. Проведені розрахунки вказують на доцільність утилізації МПГ по розробленій технології на базі цехів азотно-тукових заводів України. При цьому вартість 1 г концентрату платинових металів, які отримані по запропонованій технології, навіть при остаточному рафінуванні концентрату в Росії, а не на Україні, буде набагато менша ніж світові закупівельні ціни (рис. 5). Очікуваний економічний ефект при утилізації тільки уловлюючих мас буде дорівнювати приблизно 8 млн. грн. на рік.

ВИСНОВКИ

1. Розроблена технологія утилізації металів платинової групи з відходів виробництва. Запропоновано вилучати МПГ у вигляді концентрату цих металів. Одержання концентрату платиноїдів, на відміну від послідовного відокремлення кожного металу, дозволяє найбільш повно їх утилізувати (ступінь вилучення дорівнює 95-98 % ваг., в залежності від вмісту МПГ у сировині).

2. У ході проведених досліджень проаналізовано основні технологічні процеси. Запропоновано розподіл технологічного циклу на окремі стадії, що дозволило розробити гнучку технологічну схему, придатну переробляти різноманітну сировину як по якісному, так і по кількісному складу. Розроблено методику дослідження кожної стадії на основі математичної теорії планування експерименту.

3. Встановлено, що в результаті проведення вилуження азотною кислотою баласта з сировини знижуються витрати HCl, HNO₃ на наступних стадіях процесу. Це підвищує екологічну безпечність виробництва внаслідок зниження об`ємів газів, що виділяються на наступній стадії.

4. Запропоновано проводити цей процес при температурі близько 320 К та стехіометричному еквівалентному відношенні "HNO₃:баласт", час вилуження при цьому буде дорівнювати 3-5 хвилин. Встановлено, що концентрація азотної кислоти не повинна перевищувати 40 % ваг., тому що при більших концентраціях створюються оксиди азоту, а ступінь збагачування сировини не збільшується. Крім того збільшення концентрації кислоти може призвести до часткового розчинення МПГ.

5. Теоретично обґрунтовано та експериментально доведено, що на стадії розчинення МПГ можливе використання не тільки "царської водки" (суміші концентрованих соляної та азотної кислот у співвідношенні 3:1), а і розчину цих кислот. Вивчено залежність швидкості розчинення металів платинової групи від концентрації кислот. Синтезовано основну хімічну сполуку уловлюючих мас - Ca₄PtO₆. Встановлено, що швидкість розчинення цієї сполуки менша ніж у незв`язаних платиноїдів.

6. Запропоновано проводити осадження МПГ металічним алюмінієм, який дозволяє одночасно вилучати усі платиноїди, переведені у розчинну форму. Доведено, що використання алюмінію у якості металу-осаджувача є найбільш технологічно доцільним, економічно вигідним та екологічно безпечним у порівнянні з іншими металами (Fe, Cu, Zn).

7. Вивчено вплив поверхні металу-осаджувача на процес осадження МПГ. Експериментально доведено, що кількість шарів алюмінію, які беруть участь у реакції, дорівнює 900-1500 атомів. Це у 2-3 рази більше цього показника для цинку, що дозволяє більш ефективно проводити процес осадження. Проведені експерименти показали, що для Al гранульованого з діаметром гранули 0,055 мм оптимальними є: відношення метала-осаджувача до металів платинової групи не менше ніж 5, температура реакції 373 К та час осадження 2-3 хвилини.

8. Встановлено, що на стадії осадження МПГ перебігає процес непродуктивного вилуження металу-осаджувача. Запропоновано проводити процес осадження при співвідношенні соляної кислоти до металу-осаджувача більше 1, що дозволяе найбільш повно проводити вилуження металу-осаджувача паралельно з проведенням основного процесу - осадженням МПГ.

9. Досліджено стадію вилуження металу-осаджувача. Встановлено, що вона принципово відрізняється від процесу непродуктивного вилуження металу. Показано, що процес з достатньою ефективністю можна проводити неконцентрованою соляною кислотою при температурах порядку 273-300 К.

10. Створено надійні математичні моделі всіх процесів: збагачення сировини, розчинення платиноїдів, осадження платиноїдів металом, непродуктивного вилуження металу-осаджувача на стадії осадження платиноїдів, вилучення металу-осаджувача, за допомогою яких проведено техніко-економічні розрахунки, які і показали доцільність використання розробленої технології.

Таким чином, проведений комплекс досліджень дозволяє закласти у проект майбутнього виробництва найбільш ефективні на сьогоднішній день рішення. Це гарантує загальну економічність технології утилізації МПГ.

ОСНОВНІ МАТЕРІАЛИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В ТАКИХ РОБОТАХ

1. Поморцева О.Е., Гринь Г.І., Лобойко О.Я. Дослідження методів вилучення платиноїдних металів з шламів хімічної промисловості // Хімічна промисловість України. - 1997. - N 3. - С. 17-21.

Автором проведено аналіз існуючих методів вилучення платиноїдів та розглянуто склад уловлюючих мас, як можливої сировини для вилучення металів платинової групи.

2. Поморцева Е.Е., Лобойко А.Я., Гринь Г.И. Разработка технологии извлечения металлов платиновой группы из производственных шламов // Сборник научных трудов "Вестник ХГПУ" - 1998. - Выпуск 21. - С. 70-73.

Автором проведено комплекс експериментальних робіт по розробці та обґрунтуванню найдоцільнішої та економічної технології вилучення дорогоцінних металів.

3. Поморцева Е.Е. Исследование процесса обогащения сырья, содержащего металлы платиновой группы // Сборник научных трудов "Вестник ХГПУ" - 1999. - Выпуск 32. - С. 60-62.

4. Поморцева Е.Е. Извлечение металлов платиновой группы из концентрата растворенных драгметаллов // Сборник научных трудов "Вестник ХГПУ" - 1999. - Выпуск 32. - С. 63-65.

5. Поморцева Е.Е., Козуб П.А., Лобойко А.Я., Гринь Г.И. Расчет активной поверхности металла-осадителя при осаждении металлов платиновой группы // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: Сборник научных трудов ХГПУ. Выпуск 6. В четырех частях. - Харьков: ХГПУ. - 1998. - Ч. III. - С. 146-148.

Автором проведені експериментальні дослідження та розрахунки поверхні метала-осадника при проведенні стадії осадження платинових металів.

6. Технология извлечения платины из улавливающих масс / Поморцева Е.Е., Трусов Н.В., Гринь Г.И., Лобойко А.Я. / Труды международной научно - технической конференции "Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье". - Харьков. - 1997. - Ч. IY. - С. 100-102.

Автором проведені експериментальні дослідження по вилученню металів платинової групи з уловлюючих мас у вигляді комплексних сполук солями амонію.

7. Кинетика растворения соединений платиновых металлов в процессе утилизации улавливающих масс / Е.Е. Поморцева, П.А. Козуб, Г.И. Гринь, А.Я. Лобойко / Сборник трудов 2 Международной научно - технической конференции "Развитие технической химии в Украине". - Киев. - 1997. - С. 163-165.

Автором проведена теоретична обробка власних експериментальних даних процесу розчинення металів платинової групи розчинами кислот різної концентрації.

8. Комплексная математическая модель процесса перевода платины в растворимую форму и осаждения в виде хлорплатината аммония / Е.Е. Поморцева, П.А. Козуб, Г.И. Гринь, А.Я. Лобойко / Труды международной научно - технической конференции "Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье". - Ч. IY. - Харьков. - 1997. - С. 97-99.

Автором проведена теоретична обробка експериментальних даних процесу рафінування суміші металів платинової групи.

9. Поморцева Е.Е., Козуб П.А. Технология извлечения металлов платиновой группы из вторичного сырья и улавливающих масс // Сборник докладов научно-технической конференции "Актуальные проблемы современной науки в исследованиях молодых ученых Харькова". - Харьков. - 1997. - С. 85-87.

Автором проведено комплекс експериментальних робіт щодо процесу осадження металів платинової групи металом-осаджувачем, наведено технологічну схему процесу вилучення платиноїдів.

10. Поморцева Е.Е., Гринь Г.И., Лобойко А.Я. Извлечение платиноидных металлов из шламов химическим способом // Сборник материалов 2 Международной конференции "Благородные и редкие металлы". - Ч. I. - Донецк. - 1997. - С. 189-190.

Автором проведено експерименти щодо процесу рафінування платиноїдів.

11. Разработка способа уменьшения безвозвратных потерь платиноидных катализаторов в технологии связанного азота / Е.Е. Поморцева, П.А. Козуб, Г.И. Гринь, А.Я. Лобойко / Тезисы докладов I Украинской научно - технической конференции по катализу. - Северодонецк. - 1997. - С. 44-45.

Автором запропоновано гнучку технологічну схему вилучення платинових металів.

12. Поморцева О.Е., Лобойко О.Я., Гринь Г.І. Извлечение платины из вторичного сырья и природных руд, сильно загрязненных кремнеземом // Збірка доповідей всеукраїнської науково - методичної конф. "Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи утворення екологічно чистих технологій". - Дніпродзержинськ. - 1996. - С. 80.

Автором досліджено процес вилучення дорогоцінних металів з електронного лому, забрудненого кремнієвими сполуками.

13. Поморцева Е.Е., Лобойко А.Я., Гринь Г.И. Оптимизация процесса извлечения платиновых металлов из шламов производства связанного азота // Материалы международной научно - технической конференции " Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье ". - Ч. I. - Харьков. - 1996. - С. 149.

Автором проведено порівнювальний аналіз можливих осаджувачів металів платинової групи.

АНОТАЦІЇ

Поморцева О.Є. Технологія вилучення металів платинової групи з промислових шламів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.01 - технологія неорганічних речовин, Харківський державний політехнічний університет, Харків, 1999 р.

Дисертацію присвячено розробці технології утилізації уловлюючих мас та другої вторинної сировини, яка містить метали платинової групи. Були проаналізовані дві найбільш розповсюджені групи вторинної сировини: група що містить МПГ у вигляді металів і група, що містить платиноїди у зв`язаному вигляді. На підставі проведених досліджень було запропоновано проведення стадії збагачення сировини (процес вилучення баласту - сполучень, не що містять драгметали). Було вивчено процес розчинення платиноїдів сумішшю кислот-розчинників (соляной і азотної). У результат проведених досліджень було встановлено, що швидкість розчинення Ca₄PtO₆ (основне хімічне сполучення платини в уловлюючих масах) набагато менша, ніж швидкість розчинення хімічно не зв'язаних платиноїдів. За допомогою розробленої методики був з'ясований вплив на хід процесу розчинення МПГ і їхніх сполучень таких технологічних параметрів як: температура, час розчинення, концентрації кислот-розчинників, і їх співвідношення. Доведена доцільність використання на стадії осаждения МПГ такого осаджувача, що осаджує всі метали платинової групи водночас. Проаналізовано різноманітні метали-осаджувачі (з точки зору екології і економіки), підібрано оптимальний осаджувач - алюміній. Створені математичні моделі всіх стадій, виявлені основні технологічні чинники, впливаючі на ефективність процесу. Запропонована принципова технологічна схема на основі експериментальних даних і створених математичних моделей.

Ключові слова: метали платинової групи, вихідна сировина, баласт, розчинення, осадження, метал-осаджувач.

Pomortseva E.E. The technology of extraction of platinum group from industrial waste. - Manuscript.

The thesis for technical sciences candidate degree on specialty 05.17.01 - technology of inorganic substances, Kharkiv State Polytechnic University, Kharkiv, 1999.

Two most widespread groups of secondary raw material were analyzed, the one containing platinum group metals in the form of metals and the other containing platinoids in the bound form. Based on the studies, the performing of the stage of starting material enrichment (the ballast elimination process, i.e. the removal of the compounds containing no precious metals) was proposed. The process woos investigated of the platinoids dissolution by a mixture of dissolving acids, the hydrochloric and nitric ones. As a result, it was found that the Ca₄PtO₆ (i.e. the main platinum chemical compound in the recovering mass) dissolving rate is far less than the dissolving rate of non-bonded platinoids. With the help of the developed technique, the impact on the platinum group metals and their compounds dissolving process was elucidate of such technological parameters as temperature, dissolution time as well as the dissolving acids concentrations and their relation. The expediency is demonstrated of the use, at the platinum group metals precipitation step, of a precipitator that extracts all platinum group metals simultaneously. Various precipitant metals were analyzed from the ecological and economic standpoint, and the optimal precipitant (aluminium) was selected. Mathematical models of all steps were created and the main technological factors influencing the process efficiency were revealed. Based on the experimental data and the created models, a basic technology diagram is proposed.

Key words: platinum group metals, initial raw materials, ballast, solubility, precipitation, metal-precipitator.

Поморцева Е.Е. Технология извлечения металлов платиновой группы из производственных шламов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.01 - технология неорганических веществ, Харьковский государственный политехнический университет, Харьков, 1999.

Диссертация посвящается разработке методики и технологии утилизации улавливающих масс из вторичного сырья, содержащего металлы платиновой группы. Были проанализированы две самые распространенные группы вторичного сырья: содержащая МПГ в виде металлов и группа, содержащая платиноиды в связанном виде. Проведены рентгенофазовые исследования для изучения состава этого сырья. При изучения первой группы был использован электронный лом, второй - улавливающие массы. На основании выполненных исследований было предложено проведения стадии обогащения исходного сырья (процесс удаления балласта - соединений, не содержащих драгметаллы). Установлено, что этот процесс наиболее разумно проводить теми кислотами, которые используются в дальнейшем технологическом цикле. С точки зрения упрощения дальнейшей утилизации отходов была выбрана азотная кислота. Также было установлено что концентрация азотной кислоты не должна превышать 40 % массовых, т.к. при больших концентрациях образуются оксиды азота, а степень обогащения сырья не увеличивается. Изучен процесс растворения платиноидов смесью кислот-растворителей (соляной и азотной). В результате проведенных исследований установлено, что скорость растворения Ca₄PtO₆ (основное химическое соединение платины в улавливающих массах) намного меньше, чем скорость растворения химически не связанных платиноидов. Установлена принципиальная разница влияния кислот-растворителей на ход процесса. Так, снижение эквивалентного отношения HCl:H₂O (в присутствии HNO₃) не приводит к полному прекращению процесса растворения МПГ. В отличие от соляной кислоты, отсутствие азотной кислоты в реакционной смеси приводит к полному прекращению химического процесса. С помощью разработанной методики было выяснено влияние на ход процесса растворения МПГ и их соединений таких технологических параметров как: температура, время растворения, концентрации кислот-растворителей, и их соотношение. Доказана целесообразность использования на стадии осаждения МПГ осадителя, извлекающего все металлы платиновой группы одновременно. Проанализированы различные металлы-осадители - Fe, Cu, Zn, Al. Подобран оптимальный осадитель (с точки зрения экологии и экономики) а также, исходя из количества слоев осаждающихся платиновых металлов на грануле осадителя, принимающего участие в реакции - алюминий. Установлена оптимальная температура проведения реакции осаждения МПГ на поверхности алюминия. Также в работе были проведены исследования влияния площади поверхности металла-осадителя на процесс осаждения платиноидов. Полученные данные показали, что количество слоев металла-осадителя, принимающих участие в реакции, для алюминия в 2-3 раза превышают эту величину для цинка, что еще раз подтверждает правильность выбора алюминия в качестве металла-осадителя. Также было установлено, что параллельно с осаждением платиновых металлов на поверхности металла-осадителя одновременно происходит непродуктивное растворение алюминия. Экспериментально подобраны такие технологические параметры, при которых наряду с осаждением МПГ наиболее полно растворяется и металл-осадитель на этой стадии. Последней стадией, предложенной гибкой технологической схемы является выщелачивание металла-осадителя. Выяснено, что температура проведения процесса выщелачивания металла-осадителя практически не влияет на его ход. В результате статистической обработки данных созданы математические модели всех стадий технологического процесса, выявлены основные технологические факторы, влияющие на эффективность процесса. Предложена принципиальная технологическая схема на основе экспериментальных данных и созданных математических моделей.

Ключевые слова: металлы платиновой группы, исходное сырье, балласт, растворение, осаждение, металл-осадитель.

Размещено на Allbest.ru