Спосіб добування платини з промислових відходів

Спосіб добування платини з промислових відходів, що включає обробку відходів розчином соляної і азотної кислот при нагріванні до темпера C2 2 (19) 1 3 Недоліком вказаного способу є значні енергетичні витрати на здійснення плавки і велика заборгованість платини в нецільових продуктах (шлак, футеровка плавильних печей, пилевозгін і ін.). Крім того, вказаний спосіб ефективний у вузькому діапазоні використовування, саме при переплавленні відходів скляного виробництва, а використання в якості металу-агенту свинцю створює певні екологічні проблеми. Частково вільний від вказаних недоліків спосіб добування платини з формувального алюмосилікатного адсорбенту, згідно якому алюмосилікатний адсорбент заздалегідь обробляють розчином солі алюмінію при pH = 0,5...0,7 протягом 5 годин при температурі 300-373 К, потім багато разів обробляють соляною кислотою до тих пір, поки концентрація не знизиться до мінімального значення (патент НДР № 263518, опубл. 1983 p.). Виключення заздалегідь пірометалургійного циклу (випалення, спікання у відновній плавці і т.п.) знижує енергетичні витрати, спосіб екологічно прийнятний, проте великий час виробничого циклу, великі втрати платини через багатостадійність процесу добування цільового продукту, необхідність попередньої обробки адсорбенту в строго визначених умовах істотно обмежують можливості широкого вживання способу. Найближчим по технічній суті і по результату, що досягається, до винаходу, що заявляється, технічним рішенням (прототипом) є спосіб добування платини з відпрацьованих каталізаторів на основі мінеральних оксидів, який включає попереднє прожарення субстрату, обробку розчином соляної і азотної кислот з сумарною концентрацією 0,1-1,0 моль/л і молярним співвідношенням від 3:1 до 7:1 при температурі 70-90 С протягом 1-3 годин з подальшим підвищенням температури до 150-300 С і витримкою при цій температурі в парах, що є продуктом випаровування соляної і азотної кислот з концентрацією 0,025-1,00 моль/л при температурі 30-90 С протягом 0,5-3 годин (пат. РФ № 2088522, опубл. 1997 p.). Така технологія добування благородних металів, яка іменується мокрим афінажем (Плаксин И.Н. Металлургия благородных металлов, М.: 1958 г.), є енергетично вигідною і екологічно прийнятною, проте має той істотний недолік, що ступінь добування благородних металів істотно нижче, ніж в пірометалургійних технологіях через частіше всього нерівномірний розподіл включень фаз благородних металів в початковій сировині, і виникає необхідність в двохтрьохкратній процедурі обробки, що приводить до зниження продуктивності в цілому і збільшенню витрати реагентів. Велика і тривалість технологічного циклу. Крім того, прототипний спосіб по суті є способом з низькою функціональною спрямованістю, тоді як існує широкий набір платиновмісних промислових відходів, переробку яких доцільно здійснювати зважаючи на різко збільшені потреби в платині. В основу винаходу, що заявляється, поставлена задача інтенсифікації добування платини з промислових відходів, в якому за рахунок реалізації оптимального часозалежного нагріву субстрату електромагнітним випромінюванням, помелу і ви 94826 4 бору оптимальних розмірів мікрочастинок оброблюваного субстрату, оптимізації компонент розчину по густині досягається ефективне добування платини з широкого класу платиновмісних середовищ, прискорення технологічного циклу, зниження енерговитрат з одночасним зниженням витрати реагентів. Поставлена задача розв'язується тим, що в способі добування платини з платиновмісної сировини, що включає обробку сировини розчином соляної і азотної кислот при нагріві при температурі 70-90 С з подальшим підвищенням температури до 150-300 С у відповідності з винаходом нагрів сировини, розмолотої до фракцій оптимальних для даного типу і обробленої розчином в співвідношенні 3:1 по вазі соляної кислоти з густиною 1,12... 1,198 і азотної кислоти з густиною 1,48... 1,502, безперервним мікрохвильовим випромінюванням під динамічним контролем температури оброблюваного субстрату, розміщеного в касеті з радіопрозорого матеріалу, здійснюють з темпом нагріву: від початкового значення температури 20 С до 30 °С (2,9...3,1) °С/хвил., до 100 °С з темпом (0,9... 1,1) °С/хвил., до температури 150 °С з темпом (0,4...0,6) °С/хвил. і до температури 300 °С з темпом (0,9...1,1) °С/хвил., при цьому оптимальний розмір фракцій в помелі визначають, виходячи з умови максимального поглинання мікрохвильового випромінювання в діапазоні частот 2330...2570 МГц. Особливістю розчинника, що є сумішшю соляної і азотної кислот в певних співвідношеннях, є те, що він здатний розчинити більшість металів, включаючи золото (тому він іноді іменується «царською горілкою») і платину. Проте швидкість розчинення і ступінь добування компонентів сировини, що розчиняються, залежить як від виду сировини і співвідношення складових розчинника і їх початкових концентрацій (густини), так і від температури субстрату - сировини і розчинника, і у винаході, що заявляється, для вирішення конкретної задачі ці параметри визначені. В практичних вживаннях технологічний процес планують, виходячи з домінуючих критеріїв: швидкості розчинення, енергетичних витрат на нагрів або ступені добування необхідного продукту (а.с. СРСР №№ 1575092, 1611959, а.с. ЧССР № 225406, пат. ПНР № 143512, пат. РФ №2121517 і ін.). При цьому в переважному числі відомих технологій необхідність помелу і початкові параметри порошку по крупності не мотивуються, не забезпечується об'ємна рівномірність нагріву. Параметри компонент розчинника не оптимізовані ні з погляду часу обробки, ні з погляду ступеня добування металу, що виділяється з сировини, тоді як всі зазначені параметри взаємозв'язані. В технічному рішенні, що заявляється, цей взаємозв'язок встановлений. Мікрохвильове електромагнітне випромінювання володіє тією властивістю, що дозволяє забезпечити рівномірний і легко керований нагрів значного об'єму оброблюваної сировини, при цьому в технічному рішенні, що заявляється, виникає можливість досягнення синергізму в оптимальній крупності помелу і в частотних параметрах елект 5 ромагнітного випромінювання для оптимального поглинання випромінювання, досягнення економного часозалежного нагріву, що дозволяє інтенсифікувати технологічний цикл, а саме підвищити швидкість обробки і ступінь добування, а також спростити подальші процедури афінажу металу, що здобувається. Задекларований контрольований темп нагріву в широкому інтервалі температур важливий і в тому відношенні, що запобігає мікрохвильовому електролізу водної компоненти субстрату з інтенсивним виділенням водню і кисню (ефект Канціуса - http://community.livejournal.com/new_science) і самозагорання водню, що виділяється, в середовищі кисню. Сутність винаходу, що заявляється, не витікає для фахівця явно з відомого рівня технологій добування благородних металів з вторинної сировини. Сукупність ознак, які характеризують відомі способи, не забезпечує отримання нових властивостей і лише наявність істотних ознак, декларованих даним винаходом, дозволяє одержати новий результат. Отже, пропонований винахід відповідає критерію "рівень винахідництва". Типова схема реалізації способу добування платини, що заявляється, полягає в тому, що розмолота (в молотковій дробарці або кульовому млині) до заданої крупності (для конкретної сировини оптимальну крупність визначають в спеціальних лабораторних дослідженнях) сировина, просіяна через сито (крупні фракції піддаються додатковому дробленню), розділена у водному середовищі на легку і важку фракції з виділенням і просушуванням важкої фракції, зачиненої розчином кислот, завантажується в контейнер з радіопрозорого і хімічно стійкого матеріалу (оптимальний матеріал - фторопласт 4-Д з питомим об'ємним 14 електричним опором не менше 1,0·10 Ом·м), який розміщують в мікрохвильовій камері, виконаній у вигляді напівкруглого металевого резервуару, що є багатомодовим квазісферичним порожнистим резонатором, структура електричної і магнітної компонент поля в якому сприятлива для ефективної взаємодії з речовиною (В.И. Калинин и др. Введение в радиофизику. М.: ГИТТЛ, 1957. - С. 296-297), одна із стінок камери виконана у вигляді розкриву рупора, підключеного вузьким кінцем відрізком хвилеводу номінального перетину - до другого по напряму циркуляції плеча феритового циркулятора (типу ФЦВ-01Д), перше плече якого підключено до виходу мікрохвильового генератора (магнетрона типа М149). До третього плеча циркулятора при підборі режиму функціонування установки підключається вимірник електромагнітної потужності, а в режимі функціонування - баластне навантаження, охолоджуване водою. Рівень мікрохвильової потужності, що генерується, регулюється струмом магнетрона в діапазоні потужностей 0,5-5,0 кВт. За допомогою трьох штирів, встановлених на певній відстані один від одного у верхній широкій стінці хвилеводу, що сполучає магнетрон і циркулятор, паралельно вузьким стінкам з можливістю зміни глибини занурення (Будурис Ж., Шеневье П. Цепи свехвысоких частот. М: Сов. радио, 1979. С. 118, 131) вдається 94826 6 здійснити перестроювання частоти генерації магнетрону ("затягування частоти") в діапазоні частот 2330...2570 МГц і узгодження магнетрона з мікрохвильовою камерою з коефіцієнтом відбиття не більше 0,05. Для досягнення рівномірного нагріву і щоб уникнути локального перегріву субстрат в контейнері (об'ємом 25 л, 75 л) перемішується за допомогою спеціального приводу механічною мішалкою, виготовленою з матеріалу з малим поглинанням мікрохвильового випромінювання, переважно з матеріалу на основі склотканини і фторопласту 4-Д з питомим об'ємним електричним 13 опором 10 Ом·м. Оскільки реакція розчинника - суміші соляної (НСl) і азотної (HNO3) кислот - з платиною відбувається по схемі: 3Pt+18HCl+4HNO3→3H2[PtCl6]+4NO↑+8H2O, тобто з виділенням води, то щоб уникнути ефекту мікрохвильового "спалаху" води і з метою повного добування платини нагрів ведуть в чотири етапи і з різним темпом нагріву на різних етапах. При цьому відповідальним є перший етап, оскільки в цей період реакція розчинення протікає вельми енергійно, що зажадає від системи управління нагрівом і газовиділенням (оксиду азоту NO) високої оперативності. Протягом останніх 30-35 хвилин нагріву перемішування субстрату припиняють з метою забезпечення умов для розшарування і подальшого розділення шарів. Мікрохвильове випромінювання вказане розшарування суттєво прискорює. При недостатньо швидкому розшаруванні субстрату в робочій мікрохвильовій камері процедуру відділення повільноосідальних дрібних частинок напівдисперсної суспензії, що таким чином утворилася, від швидкоосідальних важких частинок, що містять цільовий продукт, здійснюють шляхом зливання рідини, що містить частинки, що ще не осіли, з осаду, що відстоявся (процес відмучування). Легку фракцію після просушування додають в порошок, одержуваний при первинному помелі початкової сировини, і надалі піддають розділенню на фракції у водному середовищі. Потім процедуру виділення цільового продукту з важкої фракції після відмучування здійснюють по традиційній схемі: одержаний субстрат обробляють послідовно 5-, 12,5- і 25 %-ним розчином хлористого амонію: H2[PtCl6]+2NH4Cl=(NH4)2[PtCl6]+2HCl фільтрують і промивають на фільтрі 5 %-ним розчином хлористого амонію. Обробку осаду гексахлорплатинату амонію (NH4)2[PtCl6], що утворився, здійснюють на спеціальних афінажних заводах, що мають в своєму розпорядженні пірометалургійне устаткування. Важливим і необхідним аспектом в успішній реалізації способу, що заявляється, є вибір оптимального розміру частинок оброблюваної сировини (крупність помелу). В ретельно проведених настільних радіотехнічних експериментах, в яких досягалася методологічна і масштабна інваріантність реальному технологічному процесу, з використанням промислових сировин - попілошлакових відходів від спалювання 7 94826 вугілля, шлаків металургійного залізорудного виробництва і мідно-нікелевого шламу як побічного продукту при електролітичному рафінуванні міді і нікелю, основними фазовими складовими якого є сульфіди -Cu2S, -Cu2S, Ni3S2, оксиди NiO, CuO, Fe2O3, Fe3O4, ферити NiFe2O4, CuFeO2 і в яких платинові метали представлені рентгеноаморфними металевими формами (аналогом розчинника в реальному технологічному циклі - суміші соляної і азотної кислот - по тангенсу кута втрат служив октанол (А.Ю. Ахадов. Диэлектрические свойства чистых жидкостей. М.: Изд-во стандартов, 1972)) вдається встановити оптимальний розмір частинок - від 30 до 100 мкм, при якому поглинання мікрохвильової енергії є максимальним, а, отже, використовування електромагнітного випромінювання якнайповнішим в діапазоні частот мікрохвильового випромінювання від 2330 до 2570 МГц. Вказане співвідношення між частотами мікрохвильового випромінювання і розміром частинок оброблюваної сировини виявилося справедливим для більш широкого класу оброблюваних речовин - піротиновий концентрат, сульфідні мідно-нікелеві і хромітові руди (для яких вдалося встановити фазовий склад і знайти довідкові дані по їх електропровідності (Хиппель А.Р. Диэлектрики и волны. М.: ИЛ, 1960; Ахадов А.Ю. Диэлектрические свойства чистых жидкостей. М.: Изд-во стандартов, 1972, Дж. Кэй, Т. Лэби. Таблицы физических и химических постоянных. М.: ГИТМЛ, 1962 и др.)), які по своему складу з'явилися системами з достатньою провідністю, здібними до активної взаємодії з мікрохвильовим випромінюванням - ефективного поглинання енергії мікрохвильового випромінювання, що підводиться, в заданому діапазоні частот. Важливим результатом досліджень є і те, що оптимальний розмір частинок виявився близьким (у ряді випадків рівним) величині скин-шару для домінуючих включень оброблюваних речовин на частотах мікрохвильового випромінювання, що підводиться, що раніше передбачалося теорією (Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М: Гостехиздат, 1957) і, можливо, виявлена закономірність виявилася першим експериментальним підтвердженням вказаного теоретичного висновку. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 8 Мікрохвильова обробка таким чином приготованого субстрату, що складається з дрібних частинок в розчині кислот, виявилася ефективною не тільки унаслідок рівномірного за об'ємом нагріву, але і унаслідок специфічного впливу мікрохвильового поля на електрокінетичні властивості субстрату. З погляду колоїдної хімії - фізико-хімії дисперсних систем i поверхневих явищ - субстрат має особливі властивості, які визначаються не тільки силами міжмолекулярних взаємодій, які компенсуються неповністю, і макроскопічними властивостями дисперсного середовища, але і фізико-хімією контактних взаємодій (Вестник АН СССР, 1982, № 10, С. 123-135; Мир опознанных величин. М.: Знание, 1979). Контактні зв'язки, у свою чергу, визначаються силами притягання ван-дерваальсовими, водневими зв'язками, притяганням різнойменних іонів, що забезпечує стійкість такої дисперсної системи і перешкоджає осадженню важких частинок, які містять важкі метали. При дії електричної компоненти електромагнітного поля відбувається орієнтація частинок по їх геометричних і молекулярних осях, змінюються їх реологічні властивості, так що у відсутність перемішування осадження швидшає. В цілому розроблена технологія добування платини з промислової платиновмісної сировини різноманітного походження дозволяє на 30-40 % прискорити процес добування, збільшити частку цільового продукту в проміжній сировині, що направляється на афінажні заводи, прискорити оборотність сировини в циклі і понизити енерговитрати, тобто, в цілому підвищити інтенсифікацію виробництва. Практична реалізація способу з використанням цілеспрямовано виготовленої установки «Прометей» (БУ 93-Э1754-00РЭ) дозволила продемонструвати переваги розробленого способу перед відомими, при цьому ретельно проведені вимірювання рівня густини потоку мікрохвильової енергії, випромінюваної за межі установки по методиці № 2666-83 від 16.02.83 «Гранично допустимі рівні густини потоку енергії, створюваної мікрохвильовими печами» і відповідно до ГОСТ 12.1.00684 вимірником густини потоку енергії типа ПЗ-18 показали, що рівень потужності по периметру установки на відстані 0,5 м не перевищує 25 2 мкВт/см , що істотно нижче за допустимий рівень. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601