автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.01, диссертация на тему:Технология извлечения металлов платиновой группы из производственных шламов

ХАРКШСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ П0Л1ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ

гГЗ -/.'i

1 6 f'.'j^p р>ГЛ Поморцева Олена Свгешвна

УДК 546.92

ТЕХНОЛОГ1Я ВИЛУЧЕННЯ МЕТАЛ1В ПЛАТИН0В01ГРУПИ 3 ПРОМИСЛОВИХ ШЛАМ1В

05.17.01 - технолопя неоргашчних речовин

Автореферат дисертацп на здобугтя наукового ступеня кандидата техшчних наук

Харгав -1998

Дисертащею е рукопис

Робота виконана на кафедр! тпчно1 технолога неоргашчних речовин, катализ та сколот Харювського державного полпехшчного ушверситету Мшстерств освгга УкраГни.

Науковий кepiвник: доктор техшчних наук, професор

Лобойко ОлексШ Якович, Харювський державний полггсхшчний ушверситет, зав. кафедрою эилпчно! технологи неоргашчних речовин, катал1зу та екологп.

Оф]щйгп опоненти: доктор техшчних наук, професор Шапка Олексш Васильович, Харивська державна академия зал1зничного транспорту, завщуючий кафедрою охорони пращ та навколишнього середовища

кандидат техшчних наук, Ткачук Наталя Михайл1вна, Украшс'ька шженерно-педагопчна академ1я, м.Харюв, доцент кафедри х1мп та х1м1ЧН01 технологи.

Провщна установа:

Украшський державний х1мшо-технолопчний ушверситет, Мппстерстпо

освгги Укршни, м. Дшпропетровськ.

Захист дисертацп вщбудеться "26" Ь-г/г&шЛ _1998 р. о 12.00 годш: на засщанш спещал1зовано1 вчено! ради Д 64.050.03 у Харювському державном полгтехшчному ушверситеп (310002, м. Харюв-2, вул. Фрунзе, 21).

3 дисертащею можна ознайомитися у бiблioтeцi Харивського державноп полпехшчного ушверситету.

Автореферат розюланий " " 1998 р.

Ичений секретар спещал1зовано'1 вчено! ради

Гринь ГЛ.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальтсть проблеми. В УкраГш немае промисловоГ технологи по вилученню металив платиновоГ групи з вцщдав виробництва. У зв'язку з тим, що дана сировина е стратепчною, лщензшна покупка технолопй по вилученню платиноГда надто проблематична. По тш же причин! неможливе створення такоГ технолопГ на гпдсташ наявних Л1тературпих джерел. Piвeнь споживання цих мeтaлiв зростае з кожним роком, а Гхшй середнш прирют знижусться. На Укради вщсутш родовища платинових метал1в 1 для потреб нашо? промисловосп Гх потребно закуповувати за кордоном (1 г платини коштуе близько 28; паладш -6; родно - 80 гривень).

Ршсння проблеми хоча б часткового повернення цих дорогоцшних мета;яв у виробничий цикл дозволяс зняти гостроту питания 1 тому е актуальною для нашоГ краТни. 4

Одним з основних промислових споживач^в цих металш е >ам1чпа галузь. Ип платанов! катал1затори, що застосовуються в процеа окисления ам1аку, птрачають платиноГди. На р1к втрачасться до 600 кшограм1в. Для Гх уловлювания використовуються поглинаюч! маси, яких може угворюватися до 8-12 тон на рж. Це основна фупа сировини, що мютить платиноГди в зв'язаному виглядь

Таким чином, виникае цшком актуальна проблема створення гнучкоГ технолопГ вилучення метал1в платиновоГ групи з р^зномаштноГ вторинноГ сировини.

Робота виконувалась зпдно з постанови ДКНТ УкраГни № 52 вщ 22. 03. 1994 р. та наказу Мипстерства осв1та УкраГни № 1ЗЗ-Ш вщ 03. 03. 1994 р.

Метою роботи е створення гнучкоГ технолопчноГ схеми, яка б надавала можливють проводити вилучення метал1в платиновоГ групи з сировини р1зномаштноГ як за складом, так 1 за станом платиноццв (у зв'язаному вид1 чи у вигляд1 метал1в) та розробка матсматичних моделей стадш (збагачення сировини, розчинення платиношв, осадження платиноццв металом, вилучення металу-осаджувача) для створення програми розрахунку техшко-економ1чних характеристик виробництва 1 техшчних параметр1в основних апарат1В.

Наукова новизна. Здобувачем теоретично обгрунтовано та експерименталыю доведена можливють роздтення процесу на окрем1 стада. Це падало можливють угашувати р1зномаштну сировину практично за одшею технолопчною схемою, не знижуючи ступень вилучення метал1в платиновоГ групи.

Запропоновано проведения процесу збагачення сировини розчином 1Ш03, створено математичну модель цього процесу.

Для стадн розчинения МПГ (метгшв платиново! групи) запропоновано проведения процесу розчином кислот НС1 та ННОз при пщвищених температурах. Створено математичну модель процесу.

Запропоновано проводити стад по осадження МПГ алюмпием, який дозволяс практично повшстю та одночасно вилучати ва платиноади. Встановлено вплив поверхш металу-осаджувача на процес для р1зних метал1в (Ре, Си, Ъа., А1). Створено математичну модель процесу.

Дослцщено процес вилучення металу-осаджувача; створена його математична модель.

Розроблено технолопю процесу упшзаци МПГ з р1зномаштно1 сировини. Створена програма розрахунку техшко-економ1чних характеристик виробництва.

Практичне значення. Використовуючи розроблену гнучку технолопю вилучення МПГ з уловлюючих мае, вщпрацьованих катал1затор1в, електронного брухту та будь-яких шлакпв можна, yтилiзyвaти метали зi ступеней вилучення 95-98 % (в залежнос-п В1Д вмюту МПГ у сировиш) на стандартному обладнанш та при наймелцпй еколопчшй безпеш навколишньому середовищу.

: - Особистий внесок здобувача. Розроблено технолопю процесу, проведено експериментальну частину дано! робота, створено математичш модел! уах розглянутих стадШ. Дослщжено вплив технолопчних параметр1в на хщ процесу вилучення МПГ. Здобувачем розроблено програму розрахунку матер1ал1в, яю Використовуються для вилучення МПГ з одше! тони сировини. Ця програма падас можлив1сть проводити обчислювання для р1зно1 сировини, для р1зних умов проведения процесу.

На захист виносяться наступи! положения:

- гнучка технолопя проведения процесу вилучення МПГ;

'-'результата експериментальних дослщжень стадш: збагачення початково! 'сировини, розчинения МПГ, осадження МПГ металом-осаджувачем, вилучення оеаджувачу та отримання юнцевого продукту - концентрату МПГ;

- математична обробка експериментальних даних;

- технологтчш ранения по одержаншо концентрату МПГ з найб1льшим ступенем вилучення.

Апробащя результата диссртанп. Основп! результата дисертацшно! роботи доводились та обговорювались на М1жнародних науково-техшчних конференщях писгоСАЕ>'9б, т1сгоСА1У97 (м. Харюв, 1996-1997 рр.); на Всеукрашськш науково-методичшй конференци "Еколопя та шженер1я. Стан, наслщки, шляхи утворення еколопчно чистих технологий" (м. Дншродзержинськ, 1996 р.); на II м1жнародшй кoнфepeнцií "Благородш та piдкicнi метали" (м. Донецьк, 1997 р.); на I мюькш науково-техшчшй

конференци "Актуальш проблеми сучасноГ науки у дослщженнях молодих вчених Харкова" (м. Харюв, 1997 р.); на I Украшськш науково-техтчшй конференци з питань катал1зу (м. Ссверодонецьк, 1997 р.); на II м1жнародшй науково-техтчшй конференци "Розвиток техшчноГ xiMii в Украйи" (м. Харгав, 1997 р.). За результатами робота подано заявку на винахщ Украши.

Публ1каци. За темою дисертаци опублковано 9 po6iT: 5 статей та 4 тези.

Обсяг дисертацп. Дисертащя мае вступ, 4 розд1ли основного змюту та додатки: викладена на 125 сторшках машинописного тексту, мютить 124 найменування праць В1тчизняних та закордонних автор1в. Мае 15 1люстрац1й, 18 таблиць, додатки викладено на 15 сторшках.

ОСНОВНИЙ 3MICT РОБОТИ

У перппй niaBi зроблено анал1з лггературних джерел з проблем сноживання та використання МПГ у Х1м1чнш та шших галузях. Зроблено анал13 особливостей фiзичниx та xiMi4Hi{x властивостей метал ¡в платиновоГ групн, ризглянуто pi3Hl групи промислових BHpo6iB та Еториннсн сировини, яю вмшують платипош метали. Розглянуто причини втрат платино1д!в, що мгстятъся в ката^заторах, а також методи '¿хуловлювання.

Було розглянуто методи вилучення МПГ з pi3Hoi по складу (xiMi4HO зв'язаш та вшый драгметалл) та вмюту сировини (мала, середня та велика). Прсшшнзовано велику шльюсть реакпдав-осаджувачш щодо ix спроможносп вилучати окрем1 платинощи, та усю групу метал1в платиново? групи одночасно. Також було розглянуто реактиви, яю можуть осаджувати платинощи а сировини з малим та великим ix вмютом. Були вивчеш реактиви, як1 внаслщок створення комплексних сполук з окремими МПГ е специф1чними осададжувачами. Вщзначено, що розглянуп методи вилучення МПГ з р1зномаштно} сировини (як за походженням, так i за вмятом платижадв) спрямоваш на певну сировину i при н змий потребують повноГ замши всього технолопчного циклу, для досягнення надежного ступеня вилучення МПГ.

Анал1з Л1тературних даних дозволив вибрати напрямок подалыпих дослщжень щодо створення такого гнучкого технолопчного процесу, який дозволив би з високим ступенем вилучення переробляти р^зномаштну за складом та bmictom МПГ сировину.

У друлй глав1 було проведено рентгено-фазов1 дослщження для вивчення складу сировини, з яко! буде проводитися вилучення МПГ. Описано основш характеристики двох найгтоширешших груп вторинно! сировини: групи, яка М1стить МПГ у вигляд1 метал1в та групи, яка мгстить платинощи в зв'язаному виглядк Для вивчення nepuioi групи були використаш зразки електронного

брухту, який е найб1льш складним - велику частину в ньому займають кольоров! метали. Вивчення другси проводилося на зразках уловлюючо! маси, де основна частка платини знаходиться у вигляш сполуки Са4РЮ6.

Для з'ясування впливу на хщ протжання окремих стадш основних технолопчних параметрт була розроблена методика проведения експерименту. Основними технолопчними операциями для цих стад1Й е: розчинення або осадження i розподш суспензп, що утворилася.

Також було розглянуто стадно збагачення сировини, яка представляс ироцес вилучення баласту (сполучень, не що мютять МПГ). Встановлено, що цей процес дощлыю проводите тими кислотами, що використовуються у иодальшому тсхнолопчному цикл! (HCl, HN03). 3 точки зору спрощення ]|"дальшо1 упшзацп вцредцв, що утворяться, була вибрана азотна кислота. Реакцн розчинення баласту поглинаючоГ маси та електронного брухту можна привести такими р^вняшими:

СаО + Н20 = Са(ОН)2, (1)

Са(ОН)2 + 2 HN03 - Ca(N03)2 + 2 Н20, (2)

Mg(OH)2 4 2 HN03 = Mg(N03)2 + 2 Н20, (3)

СаО + 2 HN03 = Ca(N03)2 + НА (4)

MgO + 2 HNO3 = Mg(N03)2 + НА (5)

СаС03 + 2 HN03 = Ca(N03)2 + НА + С02, (6)

CaMg(C03)2+ 4HN03 = Ca(N03)2 + Mg(N03)2 + 2H20 + 2C02. (7)

для електронного брухту по схемк

Ме + Ш03 Ме(М03) + Н20 + Шх, (8)

дс Ме - Си, Ъп, Бп, РЬ, 81...

На вщзнаку вщ хлоридов, штрати вс1х метал1в добре розчинт, що дозволяе уникнути втрат таких метал1в, як присутшх в електронному брухтт.

В ход) проведения експеримент був з'ясований вплив температури, часу реагування початковоГ сировини з розчином азотно! кислота р13номаштно! концентрацй.

3 одержаних експериментальних даних можна зробити висновок, що збагачення сировини при стехюметричному стввщношешн "кислота:баласт" 1

температур! порядку 320 К практично повшетю завершиться за час, р1вний 3-5 хвилинам. Також було виявлено, що кокцснтрац1я азотноГ кислоти не повинна перевищувати 40 % мае., тому що при бшьших концентращях утворюються оксиди азоту, а ступшь збагачення сировини не збьтынуеться. Кр1м того збьчьшення концеитрацп може призвести до часткового розчинення МПГ.

Основну увагу було придшено вивченню процесу розчинення МПГ сумшшю кислот-розчииниюв, осю'льки ця стад1я пщповщас за найбшлп "повне переведения МПГ у розчинний стан. Х1м1зм цього процесу можна вщобразити наступними реакщями (для основних МПГ):

3 Р1 + 4 НИОз + 18 НС1 = 3 Н2[РгС16] + 4 N0 + 8 Н20, (9)

3 Р<1 + 4 Ш03 + 18 НС1 = 3 Н2[РсЮ16] + 4 N0 + 8 Н20, (10) 2 Ю1 + 2 НШ3 ^ 10 НС1 = 2 Н2[ЯЬС15] + 2 N0 + 4 Н20. (11)

Для перев1рки швидкосп розчинення х1м1чних сполук МПГ та самих металш було синтезовано Х1м1чне сполучения платини. Умови синтезу изображали особливосп робота уловлюючих мае у промисловосп (температура 1173-1273 К, надлишок СаО). Реакцп синтезу цк; сполуки приведено нижче:

Р1 + 02 = РЮ2, (12) '

РЮ2 + 4 СаО = Са,РЮ6. (13)

У результат! проведених експерименпт встановлено (табл. 1), що швидюсть розчинення Са,РЮй набагато менша, шж швидюсть розчинення х1м!чно не зв'язаних платинодав, а швидюсть розчинення Р1 приблизно дор1внюс швидкосп розчинення Рс11 К.Ь. Саме тому в якосп основного об'екту для дослцнв було вибрано уловлюкта маси (бшьша частина МПГ в яких знаходиться у в иг л яд I Са4РЮ6).

За допомогою розроблено! методики було з'ясовано вплив на х!д процесу розчинення МПГ 1 1хшх сполучень таких технолопчних параметр1в як температура, час розчинення, концентраци кислот-розчинниюв та Гхш стввщношення. На пщстав1 сери експериментлв з примусовим перемпиуванням та перемшуванням конвективними потоками було зроблено висновок щодо тдобносп пдродинам1чних умов реакщй розчинення (1)-(3) у цих двох випадках та пщтверджено можливють використання результатов експеримен"пв для розрахунюв технолопчних параметр1в основних апара-пв.

Встановлено, що збшьшення температури з 358 до 373 К пщвищус сгупшь розчинення майже в 10 раз1в (при 50 с) (рис. 1), а час розчинення МПГ

Таблица 1 - Експериментальш даш по вивченню процесу розчинення МПГ

Юльк1с1ъ реагеш1В, мл Температура, К Час реакцп, с Логарифм константи швидкосп

НС1,36% ваг. НШ3, 60% ваг. НгО

15 5 0 347 408 -4,08

15 5 0 353 150 -3,08

15 5 0 356 31 -1,50

15 5 20 382 2 1,24

15 5 7 356 630 -4,51

5 10 0 353 317 -3,83

5 15 0 353 120 -2,85

15 15 0 363 96 -2,63

15 5 30 373 70 -2,32

10 5 0 353 61 -2,18

5 ■5 0 353 44 -1,85

знижуеться при зб1лыпенш екв1валентного вщношення НС1:Н20, ЬШ03:Н20 в розчиш. Встановлено принципову р1зницю впливу кислот-розчишпшв на хщ ироцесу. Так, знижсння еиивалентного вщношення НСШгО (при наявност! 11Ы0з) не призводить до повного припинення процесу розчинення МПГ. На вщзнаку вщ НС1, вщсутшсть ГШ03 у реакшйшй сушил призводить до повного припинення х1м1чного процесу.

На П1дстав1 експериментальних даних була отримана математична модель процесу розчинення МПГ, яка враховуе вплив основних технолопчних парам етр1в:

Час, с

Рис. 1 - Залежтсть стутня розчинення МПГ огс> часу проведения процесу (експериментальш дат - », та розрахунков1--)

с1а

"37

Эшо,

V Эн2о ;

•(1-а),

(14)

1п К = 124,06-

Я-Т

Е = 376744 - 68493■

ЧЭн2оУ

(15)

(16)

де а - ступшь розчинення МПГ, ч.о.; х - час розчинення, с; К - константа швидкосп реакцп, с-1; Э - юлыасть екв1валент1в в1дповщно! речовини, г-екв; Я - ушверсальна газова постшна; Е - енерпя активацн, кДж/моль; Т -температура проведения процесу, К.

Встановлено, що для кожно? температури юнус таке вщношення юлькосп соляноГ та азотно! кислот, при якому IX сумарна концентращя мнимальна (Рис.2). Таким чином, для досягнення одного й того ж часу розчинення можливо проведения процесу як при високих температурах та мал1Й вцдеосшй юлькосп

о п

н" о

« '5

0.8

% 06 о

я

к §

а 04

Е< §

о

X

а

»5

г ^

о

0.2

о- Вщюшення НСМЖС^ для "царско! водки" Оптимальне в^дношення

— Т=343 К

/ Т=363 к

Г—| Т=383 К 1

3 6 9 12

Екв1валентне в1дношення НС1:НЫОз

15

1

Рис. 2 - Залежтсть сумарноХ концентрацП кислот е:д Их ешвалентного в1дношення та температури для незмтному часу розчинення МПГ

соляноГ кислота, так 1 при низьких температурах та малш вщноснш юлькосп азотноГ кислота.

У третей глав1 розглянуто процес, який вщповщае за найбшьш повне вилучення МПГ з розчину платиноццв.

Запропоновано проводите осадження МПГ металом, який мае електродний потенщал бшьший, шж у платинових метатв. На вщм1ну вщ гaзiв та розчишв в цьому випадку вщбуваеться практично повне осадження вах МПГ, яга знаходяться у розчиш незалежно вщ ¡Гх концентраци. У якосп металу-осаджувача були випробоваш Ре, Си, Zn, А1.

Виб1р було зупинено на А1, бо Ре I Си не вщповщають технолопчним вимогам, а запаси Zn на УкраГш обмежеш. На вщм»гу вщ цих метал1в алюмшш виробляеться на Украйи 1 його цша за юлограм на 4-6 гривень нижче, шж у Ъп.

Н2[Р1С16] + 2 А1 -14 + 2 А1С13 + Н* (17)

Н2[Р<1СЭД + 2 А1 - Ра + 2 А1С13 + Н2, (18)

3 Н2[1И1С15] + 5 А1 = 3 Ш1 + 5 А1С13 + 3 Н2. (19)

Таким чином, виб1р А1 у якосп металу-осаджувача е одшею з основних вщзнак гнучкоГ технолопчио? схеми ,що пропонуеться, вщ вже юнуючих

Для вивчення основних чиннигав процесу було поставлено серио експерименпв (табл. 2) для р1зних за геометричними характеристиками осаджувач1в як з примусовим перемннуванням реакщйноТ рщини, так 1 з псрсмнпуванням за рахунок конвективних теплових потомв.

Встановлено, що при температур! 383 К реакщя практично повшстю припиняеться за 1-2 хвилини 1 зниження температури процесу осадження МПГ з 383 до 353 К не призводить до значного падшня ступеню осадження МПГ. Це дозволяе проводити реакщю у достатньо широкому штервалз температур -пижч1 вимагають у 2-3 рази б1Лыного часу осадження (рис. 3).

У ход1 проведених експерименпв було- виявлено, що зниження екв1валентного вщношення "метал-осаджувач:МПГ" менше шж до 5 при д1аметр! зерна 0,038-0,055 мм призводить до практично повного припинення реакци. Такий вплив галькосп металу-осаджувача на швидюсть процесу осадження МПГ вказуе на можшшсть протекания процесу на кордош розпод1лу фаз.

Тому у роботт були виконаш додатков1 дослщження по вивченню впливу плонй поверхш металу-осаджувача на процес осадження МПГ. Подалыш розрахунки грунтувались на припущенш, що при реакци твердо! фази (А1) з розчином вщбуваеться спрацьовування верхнього шару 1 утворення на ньому шару МПГ товщиною 5. При накопичуванш мономолекулярних шар1в бшьше певно! юлькосте, швидюсть дифузи реагентев знижуеться 1 процес осадження

аблиця 2 - Експериментальш даш по вивченню процесу осадження МПГ (д1аметр ерна = 0,055 мм)

Час Склад розчину. мл Маса А1 шсля осаджен- Маса осадження платиноГ-

эсад-сення, с Маса А1, мг HNOj, 60% НС1, 36% HjO Ступшь розчинен-ня А1, д.е. Ступшь вилучен-ня, ч.о.

ваг. ваг. ня, мг Д1В, мг

2 250 1,5 2,1 22 76 0,71 18 0,18

2 300 0,3 1,3 21 199 0,35 27 0,26

4 600 0,5 0,6 22 587 0,03 41 0,40

10 500 2 4 24 86 0,85 • 50 0,48

24 300 0,3 2,9 16 57 0,85 58 0,56

30 200 0,8 0,2 29 126 0,38 11 0,11

72 400 2,9 2,0 17 28 0,96 62 0,61

118 746 0,6 0,9 20 546 0,29 93 0,91

128 1000 1 ■ - 30 937 0,08 98 0,96

144 676 0,8 1,5 21 467 0,34 99 0,96

177 416 2,8 0,2 29 367 0,16 99 0,97

195 806 0,8 2,1 20 504 0,40 94 0,92

240 1000 1 1 20 906 0,11 64 0,62

248 1000 1 - 30 921 0,10 100 0,98

практично припиняеться.

3 р1вняння (17) осадження хлорплатината на А1 можна розрахувати теоретичну ктьюсть молей осаджувача, необхщних для осадження одного моля МПГ (гос). Розрахувавши цей параметр, можна знайти юлыас"гь uiapiB металу-

Час, с

Рис. 3 - Залежшстъ ступеня осадження МПГ eid температури та часу реагувапня з металом-осаджувачем при emieaneyunnoMy вгдношент Me:Pt=13

осаджувача (к), необхщного для повного осадження МПГ.

_ Ш^-Ми-Пос

Пи -Мос-(пи +2-Пн)'

Х = 1/(^-0), (21)

0 = 8ш/8то1, (22)

= ^а (24)

5 = Л-2-11а, (25)

де гос - кшыасть мол1в металу-осаджувача для осадження одного молю МПГ ш - маса осаджувача або Рг, г; п - ступшь окисления осаджувача або Р1; М молярна маса осаджувача або Р1:, г; - загальна поверхня одного мол! металу-осаджувача, м2; 8то1 - площа, яка зайнята одним молем метал} осаджувача, м2 ^ - площа поверх!» одше! гранули, м2; п^ - юлыаст гранул у одному молю; 8а - площа, яку займае один атом метал} осаджувача, м2; 6 - доля заповнення поверхш, ч.о.; X - юлыасть шар1в, Я1 приймають участь у реакцн; 8 - товща реагуючого шару, м; N3 - числ Авогадро; - середня м1жатомна вщстань, м.

По отриманим даним, яи зведеш у таблицю 3, було встановлено, щ кшыасть шар1в, що приймають участь у реакцп, для А1 практично у 2-3 раз: перевищус цю величину для Ъп. Це ще раз тдтверджуе правилъшсгь вибору А у якосп металу-осаджувача.

Таблиця 3 - Розрахунков! дат активно! поверхш металу-осаджувача

Метал а, мм Шос, г Шрь г 8аИ> м2/ моль е, ч.о. Г(> Сз моль/ моль X, СЛ01В б, мкм

А1, .. фольга 0,17 1,4849 0,0771 0,34 0,93-10'3 69,54 1546 0,199

А1 гранули 0,055 2,0000 0,0201 1,09 2,84-10"'' 359,31 980 0,126

2п гранули 0,038 3,0100 0,0603 1,44 3,9910"5 49,87 503 0,062

Ъа. гранули 0,076 2,0000 0,0175 0,73 2,43-10'' 113,14 363 0,043

Кшыасть сло1в платано1Д1В на зерн1 метала-осаджувача

Рис. 4 - Залежтсть ступеня осадження вгд к1чъкост1 шар1в МПГ на зерш металу-осаджувача

Отримаш даш дозволили створити математичну модель даного процесу. У вщповщносп з якою при збьтыненш шар1в осаджених МПГ на зерш металу-эсаджувача бьтыпе 1500, процес осадження на даному зерш практично повшстю ирипиняеться (рис. 4).

dal

ос

--К-О-а^)2, (26)

Ах

.6

Я-Т VI700.

1пК = 11,86-^-Ш6, ^

И-Т VI700/

[е Оос - ступшь осадження МПГ, ч.о.; х - час осадження, с; К - константа швидкосп реакци, с-1.

Таким чином, отримаш даш дозволяють проводите розрахунки 1еобхщного технолопчного обладнання та його режим1в (температура, час каджування), юлыасть металу-осаджувача при заданому ступеню дисперсности.

При проведенш експеримент1В гакож було встановлено, що разом з >садженням МПГ на поверхш металу-осаджувача на цш стадм вщбуваеться ¡епродуктивне розчинення алюмипю, яке переб1гае паралельно з основним фоцесом.

Як було з'ясоване в ход1 проведених дослщжень, швидюстъ розчинення !еталу-осаджувача сильно залежить вщ еквталентного вщношення "НС1:Ме". 1айб1лып ¡стотно вплив еюивалентного вщношення "НС1:метал-осаджувач" (иявлясться при значениях менших 1. При зниженш цього вщношення менш шж

0.2 реакцш практично повшстю припинясться. При значениях бшьших 1. ступшь розчинення наближаеться до 1. Слщ вданачити, що в середньом швидюсть непродуктивного розчинення металу-осаджувача менша, ш: швидюсть осадження МПГ. Це дозволяе пццбрати таю технолопчш параметр! щоб поряд з осадженням МПГ найбшьш иовно розчиняти метал-осаджувач.

Осташпм процесом запропоновано! гнучко? технолопчно1 схеми с стад] вилужсння металу-осаджувача, яка дае можливють отримати юнцевий продукт концентрат уых МПГ, яю знаходилися у вихщнш сировиш. Експерименталы Даш, яю було отримано на пщстав1 розробленоГ методики, дозволили з'ясуват вилив технолопчних параметр1в на хщ процесу вилуження. Встановлено, щ температура проведения майже не впливае на хщ цього процесу.

У результат! статистично! обробки даних були створеш математич! модел1 процес1в непродуктивного розчинення алюмшно та його вилуження.

У четвертей глав1 запропоновано принципову технолопчну схему (рис. 5 що отримана на основ! експериментальних даних та створених математични

Рис. 5 - Принципова технологгчна схема вилучення МПГз вторинно/ сировини

юделей.

Вихвдна сировина, яка мктить МПГ, подаеться у реактор I, де ¿дбуваеться п збагачення по МПГ за рахунок розчинення у HN03 речовин, як! ie мютять платино1Ди. Дал! суспенз1Я направляеться в реактор 1а для повного :щдшення осадку в!д ф1льтрату. Пшля цього сировина подаеться послщовно в >еактори II та IIa, де МПГ переводяться у розчинний стан кислотами-юзчинниками (HCl та HN03). ФЬтътрат з розчиненими МПГ подаеться в реактор I, де осаджуються yci метали платиново! групи на метал1-осаджувачь У peaicropi V алюмшШ * вилужуеться в результат! розчинення його у HCl i отримуеться шцевий продукт - концентрат МПГ.

Реактори II, IIa та III мають niflirpie для бкьш ефективного проведения [роцесу. При цьому, в зв'язку з малою юльюстю газових викид1в i рэдких стокш, ютоки з peaKTopiB I, Ia, II, IIa, III та IV спрямовуютъся в загальш колектора азових i рщких в1дход1в.

Запропонована схема та CTiiopeni математичш модел1 npoueciß стали сновою програми розрахунгав техшко-економ!чних характеристик виробництва ,ля р1зноман1ТИОГО складу сировини. Проведен! розрахунки вказують на ощльшсть упшзаци МПГ по розроблен!й технологи на баз! цех!в азотно-укових завод!в Украши. При цьому варттсть 1 г концентрату платинових [етал!в, яю отриман! по запропонован!й технологи, нав!ть при остаточному аф!нувашп концентрату в Pociü, а не на УкраГш, буде набагато менша юж ßiTOBi закуп!вельн! ц!ни (рис. 6). Оч!куваний економ!чний ефект при ути-тзацп ¡льки уловлюючих мае буде дор1внювати приблизно 8 м!лн. грн. на piK.

Вм!ст платиноццв у початков!й сировиш, кг/т

°ис. 6 - Залежтсть coöieapmocmi одного грому отриианого концентрату eid vuicmy МПГ у початковШ сировиш

висновки

1. Розроблена технология угишзацн метал!в платиново! групи з вщход1 виробництва. Запропоновано вилучатн МПГ у вигляд1 концентрату цих метали Одержання концентрату платинодав, на вщмшу вщ послщовного вщокремленн кожного металу, дозволяе найбпьш повно ix упшзувати (cryniHb вилученн дор1внюе 95-98 % ваг., в залежностс вщ вмюту МПГ у еировиш).

2. У xofli проведених досл!цжень проанал1зовано ocnoBni технологии процеси. Запропоновано розподш технологичного циклу на OKpeMi стада, щ дозволило розробити гнучку технолопчну схему, придатну перероблят pi3HOMaHiTHy сировину як по яюсному, так i по юльисному складу.

3. Встановлено, що в результа-ri проведения вилуження азотно! кислотою баласта з сировини знижуються витрати HCl, HN03 на наступни стадшх процесу. Це пщвищус еколопчну безпечн1сть виробництва внаслщо зниження об'ем1в пшв, що видьтяються на наступит стада.

4. Запропоновано проводити цей процес при температур! близько 320 1 та стехюметричному еюавалентпому вщношенн! "НЫ03:баласт", час вилуженн при цьому буде Д0р1внювати 3-5 хвилин. Встановлено, що концснтращ азотно! кислоти не повинна перевищувати 40 % ваг., тому що при бшьши концентр ащях створюються оксиди азоту, а стушнь збагачування сировини н зб1льшуеться. KpiM того зб1льшення концентраци кислоти може призвести д часткового розчинення МПГ.

5. Експериментально доведено, що на стада розчинення МПГ можлив використання не -ильки "царсько! водки" (cyMiiui концентрованих соляно! т азотно! кислот у сшввщношенш 1:3), а i розчину цих кислот. Вивчено залежшст швидкост1 розчинення метатв платиново! групи вш концентраци кислот Синтезовано основну xiMi4iiy сполуку уловлюючих мае - CatPtOfj. Встановленс що швидюсть розчинення nie! сполуки менша шж у незв'язаних платиноццв.

6. Запропоновано проводити осадження МПГ метал1чним алюманек: який дозволяе одночасно вилучати yci платино£ди, переведен! у розчинну форм) Доведено, що використання алюмшю у якосп металу-осаджувача е найбьты технолопчно дощльним, економ1чно вигщним та еколопчно безпечним ; пор1внянш з шшими металами (Fe, Си, Zn).

7. Вивчено вплив поверхш металу-осаджувача на процес осадженн МПГ. Експериментально доведено, що юльюсть uiapiB алюмш^ю, ям берут участь у реакца, дор1вшос 900-1500 атом1в. Це у 2-3 рази б1льше цьог ноказника для цинку, що дозволяе бшьш ефективно проводити проце осадження. Проведен! експерименти показали, що для AI гранульованого д1аметром гранули 0,055 мм оптимальними е: вадношення метала-осаджувача д мегал1в платиново! групи не менше шж 5, температура реакца 373 К та ча

садження 2-3 хвнлини.

8. Встановлено, що на стада осадження МПГ nepe6irae процес [епродукгивного вилуження металу-осаджувача. Запропоновано проводите [роцес осадження при сшвшдношенш соляно! кислота до металу-осаджувача Ильше 1, що дозволяе найбьтыи повно проводите вилуження металу-осаджувача 1аралельно з проведениям основного процесу - осадженням МПГ.

9. Дослщжено стадно вилуження металу-осаджувача. Встановлено, що она принципово вщр1зняеться вщ процесу непродуктивного вилуження металу. ¡оказано, що процес з достатньою ефектившстю можна проводите еконцентрованою соляною кислотою при температурах порядку 273-300 К.

10. Створено надшт математечш моде;п Bcix процеив: збагачення ировини, розчинення платинощв, осадження платиношв металом, епродуктивного вилуження металу-осаджувача на стади осадження латиноуйв, вилучення металу-осаджувача, за допомогою яких створено ринципову технолопчну схему та проведено техшко-економ1чш розрахунки, яш показали доцшьшсть використання розробленоГ технологи.

Таким чином, проведений комплекс дослщжень дозволяе закласти у роект майбутнього виробництва найбшьш ефективгй на сьогод!пш1нй день ¡шення. Це гарантуе загальну економ1чн1сп. технологи утил1зацн МПГ.

QcHOBHi матер1али дисертацп опубл1ковано в таких роботах:

1. Поморцева O.E., Гринь Г.1., Лобойко О.Я. Дослщження метод1в илучення платанощних метал1в з шлам1в xiMi4H0i промисловосп // XiMi4Ha ромислов1сть УкраГни. - 1997. - N 3. - С. 17-21.

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

3. Кинетика растворения соединений платиновых металлов в процессе гилизации улавливающих масс / Е.Е. Поморцева, П.А. Козуб, Г.И. Гринь, А.Я. [обойко / Сборник трудов 2 Международной научно - технической онференции "Развитие технической химии в Украине". - Харьков. - 1997. - С. 63-165.

4. Комплексная математическая модель процесса перевода платины в астворимую форму и "осаждения в виде хлорплатината аммония / Е.Е. [оморцева, П.А. Козуб, Г.И. Гринь, А.Я. Лобойко / Труды международной аучно - технической конференции "Информационные технологии: наука, гхника, технология, образование, здоровье". - Ч. IY. - Харьков. - 1997. - С. 97 -9.

5. Поморцева Е.Е., Козуб П.А. Технология извлечения металле платиновой группы из вторичного сырья и улавливающих масс II Сборни докладов научно-технической конференции "Актуальные проблем] современной науки в исследованиях молодых ученых Харькова". - Харьков. 1997.-С. 85-87.

6. Поморцева O.E., Лобойко О.Я., Гринь ГЛ. Извлечение платины и вторичного сырья и природных руд, сильно загрязненных кремнеземом // 36ipK доповщей всеукрашсько! науково - методично!" конф. "Скологтя та ¡нженерЬ Стан, наслади, шляхи утворення еколопчно чистих технолопй". Дншродзержинськ. - 1996. - С. 80.

7. Поморцева Е.Е., Лобойко А.Я., Гринь Г.И. Технология извлечени металлов платиновой группы из вторичного сырья и улавливающих масс Материалы международной научно - технической конференции Информационные технологии: наука, техника, технология, образовани« здоровье". - Ч. I. - Харьков. - 1996. - С. 149.

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

9. Разработка способа уменьшения безвозвратных потерь платиноидны катализаторов в технологии связанного азота / Е.Е. Поморцева, П.А. Козуб, ГТ Гринь, А.Я. Лобойко / Тезисы докладов I Украинской научно - техническо конференции по катализу. - Северодонецк. -1997. - С. 44-45.

Поморцева O.G. Технолопя вилучення метал1в платиново! групи промислових шламов. - Рукопис.

Дисертацш на здобутга вченого ступеню кандидата техшчних наук з спец1алыпстю 05.17.01 - технолопя неоргашчних речовин, Харювськи державний поляехшчний ушверситет, Харюв, 1998 р.

Дисертащю присвячено розробщ технологи упшзацй уловлюючих мае т друго! вторинно'1 сировини, яка м1стить метали платиново! грут Запропоновано розд1лення технолопчного процесу на oicpeMi стадй. Створе! математичн1 модел1 цих стадй, виявлен1 основш технолопчн! чшшии впливаюч! на ефектившеть процесу. Пдабрано оптимальний осаджува1 виходячи з юлькосп шар1в на гранул1 металу, приймаючого на участь у реакц осадження платинощв. Запропонована принципова технолопчна схема.

Ключов1 слова: метали платиново! групи, початкова сировина, балас: розчинення, осадження, метал-осаджувач.

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, 1997.

Диссертация посвящается разработке методики и технологии утилизации улавливающих масс и вторичного сырья, содержащего металлы платиновой группы. Предложено разделение всего технологического процесса на отдельные стадии. Созданы математические модели этих стадий, выявлены основные технологические факторы, влияющие на эффективность процесса. Подобран оптимальный осадитель исходя из количества слоев на грануле металла, принимающего участие в реакции осаждения платиноидов. Предложена принципиальная технологическая схема.

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

Pomortseva Е.Е. The tecnology of extraction of platinum group from industrial waste. - Manuscript.

The thesis for technical sciences candidate degree on speciality 05.17.01 -technology of inorganik substances, Kharkiv State Polytechnic University, Kharkiv, 1998.

The thesis is devoted to technology of utilization of catching masses and secondary raw materials which contain platinum group metals. The subdivision of the whole technological process into individual stages is suggested. Mathematical models of all stages are made, main technological factors which influence on the process eaffectivity are determined. Optimum precipitator for given quantity of layers on metal grains which take part in the reaction of precipitation of platinum group metals is selected. The principal technological scheme is proposed.

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

Шдп. до друку 03.C2.1998р. Формат 60x84/16. Ilanip друк. Ум. друк. арк. 1.0. Тираж 100. Зам. 65-10.

Харшвсышй державний по.птехшчний ушверситет, редакцШпо-видавничий В1дд1л.

Надруковано на ризограф! ХДПУ. . t'\

310002, M.XapKiB, вул. Фрунзе, 21. , l^p ^