Поведение компонентов растворов финишной очистки аффинажного производства в автоклавных условиях

Автор: Белоусова Н.В., Кыласов Ф.А., Гризан Н.В., Солохов Д.А.

Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu

Статья в выпуске: 4 т.8, 2015 года.

Бесплатный доступ

В данной работе изучено поведение в гидротермальных условиях компонентов солевых растворов с низким содержанием металлов платиновой группы (

Автоклавные технологии, иридий, соли железа, гидролиз, осаждение платиновых металлов

Короткий адрес: https://sciup.org/146114977

IDR: 146114977

Текст научной статьи Поведение компонентов растворов финишной очистки аффинажного производства в автоклавных условиях

В настоящее время при разработке новых технологий металлургической переработки сырья, содержащего цветные металлы, и совершенствовании имеющихся технологических схем особое внимание уделяют вопросам наиболее полного извлечения ценных компонентов и, в частности, металлов платиновой группы (МПГ). Проблема заключается в том, что практически все технологические схемы (и пиро-, и гидрометаллургические), реализуемые на наших предприятиях, характеризуются наличием большого числа переделов, большим объемом незавершенного производства и ощутимыми суммарными потерями МПГ. Один из возможных вариантов совершенствования технологий предполагает использование автоклавов, которые позволяют не только интенсифицировать процессы, но и решить одновременно ряд экологических и экономических вопросов.

Цель данной работы - изучение поведения в гидротермальных условиях компонентов растворов с высоким солевым фоном, содержащих небольшие количества платиновых металлов (< 2 мг/л каждого). Для экспериментов применяли автоклавы, конструкция которых описана в работах [1, 2].

Концентрации компонентов в растворе определяли атомно-адсорбционным методом, для изучения твердой фазы использовали рентгенофазовый анализ и просвечивающую электронную микроскопию.

Объектами исследований были растворы финишной очистки аффинажного производства, исходный состав которых представлен в табл. 1.

Как следует из приведенных данных, из металлов платиновой группы в самых больших количествах в растворе присутствует иридий. Этот металл хуже всего извлекается из растворов, что объясняется кинетической заторможенностью процессов с его участием. Количественное восстановление иридия до металлического состояния в нормальных условиях практически невозможно. Гидротермальные (автоклавные) условия позволяют интенсифицировать подобного рода процессы и снять кинетические ограничения.

Первый этап исследований предполагал нагревание растворов в автоклавах до заданных температур (383-453 К) без добавления осадителей. В процессе нагревания шло образование соединений железа с их последующим гидролизом, что фиксировалось визуально по появлению осадка, цвет которого в зависимости от условий (температуры и времени эксперимента) изменялся от желтого до красно-бурого.

Условия экспериментов и результаты представлены в табл. 2 и на рис. 1, 2 (ввиду близости значений на рис. 1 показана только часть полученных данных).

Из полученных данных следует, что увеличение температуры приводит к увеличению массы осадка и уменьшению значений рН, т.е. к увеличению кислотности среды. Наибольшее изменение показателей осаждения при 453 К происходит в первые 90 мин.

Таблица 1. Состав солевых растворов, мг/л

Na	Fe	S	Mg	Cu	Cl	Ni	Zn	Se	Si	Ca	Mn
6400	5900	860	670	100	51	47	46	41	26	26	17
Al	K	Cd	Re	Co	As	Ag	Ir	Rh	Pt	Ru	Os
13	13	13	4,5	1,6	0,63	2,1	1,8	0,6	0,11	0,1	0,078

Таблица 2. Гидролитическое осаждение солей железа*

Материал автоклава	Температура, К	Время, ч	Масса осадка, г	рН	Е, мV
кварц	373	2	0,047	1,6	396,1
PTFE	383	0,5	Не фиксировали	1,49	397
PTFE	383	1	0,092	1,65	423,5
PTFE	383	1	0,055	1,56	422,2
PTFE	383	2	Не фиксировали	1,22	370,6
PTFE	383	4	0,01	-	-
кварц	403	2	0,1	1,02	438,2
кварц	423	0,5	0,046	1,09	408
PTFE	423	1	0,087	1,04	406,7
кварц	423	2	0,3	0,99	474,3
PTFE	423	2	0,1	0,94	431
PTFE	423	4	Не фиксировали	0,85	496,6
PTFE	453	0,5	Не фиксировали	1,07	391,9
PTFE	453	1	0,111	0,75	497
PTFE	453	1	0,14	0,8	492,4
PTFE	453	4	0,2	0,6	513
PTFE	453	4	0,2	0,63	514,8
* Исходный раствор	298	-	-	2,08	394,6

Кроме того, можно отметить, что увеличение температуры сопровождается увеличением крупности осадка, что позволяет осуществлять разделение фаз даже декантацией. Это очень важный результат, свидетельствующий в пользу автоклавных технологий, поскольку одним из серьезных, осложняющих моментов гидрометаллургии является фильтрация растворов с мелкодисперсными осадками.

На рис. 3 и 4 представлены фотографии осадков, полученные методом электронной просвечивающей микроскопии. Осадок, сформировавшийся при 423 К, имел оранжевый цвет, а составлявшие его призматические кристаллы, согласно данным РФА, представляли собой ги-дроксохлорид железа.

Совсем иная картина наблюдается при 453 К: осадок имеет темно-коричневый цвет, образован частицами сферической и игольчатой формы (гематит и гетит).

Хотя считается, что соединения железа являются хорошими сорбентами металлов платиновой группы, анализ показал, что платиновые металлы на осадках не сорбировались.

После гидролитического осаждения железа содержание родия и иридия в растворе не меняется. Полученный вывод подтверждают данные полного растворения образующихся гидролитических осадков (благородные металлы не обнаружены).

Рис. 1. Зависимость рН раствора от температуры

т, к

Рис. 2. Кинетические кривые изменения концентрации ионов водорода в процессе гидролиза

Осаждение иридия и родия из исходных растворов проводили сульфитом и тиосульфатом натрия. Результаты экспериментов представлены в табл. 3.

Они показывают, что тиосульфат натрия является более эффективным осадителем иридия, при этом увеличение времени осаждения с 4 до 8 ч не приводит к изменению степени осаждения иридия и родия.

На основании полученных данных можно сделать вывод, что принципиально глубокое обезблагораживание растворов с низкими концентрациями металлов платиновой группы возможно, но поиск оптимальных условий требует продолжения исследований как в направлении выбора осадителя, так и с точки зрения таких параметров осаждения, как концентрация осадителя и температура.

Рис. 4. Изображение частиц осадка, полученного при 453 К (4 ч)

Рис. 3. Изображение частиц осадка, полученного при 423 К (2 ч)

Таблица 3. Результаты экспериментов по осаждению родия и иридия

Осаждение сульфитом натрия при 423 К
Концентрация осадителя, г/л	Время, ч	Осаждение, %
Концентрация осадителя, г/л	Время, ч	иридий	родий
13,4	1	5	40
55,5	1	15	52
Осаждение сульфитом натрия при 453 К
Концентрация осадителя, г/л	Время, ч	Осаждение, %
Концентрация осадителя, г/л	Время, ч	иридий	родий
25,5	₄	20	66,7
Осаждение тиосульфатом натрия при 453 К
Концентрация осадителя, г/л	Время, ч	Осаждение, %
Концентрация осадителя, г/л	Время, ч	иридий	родий
10	1	⁵	30
10	4	40	33,3
12	8	40	33,3

Список литературы Поведение компонентов растворов финишной очистки аффинажного производства в автоклавных условиях

Коваленко Н.Л., Белоусов О.В., Дорохова Л.И. и др.//ЖНХ. 1995. № 4. С. 678.
Belousov O., Belousova N., Sirotina A. el al.//Langmuir. 2011. 18. Р. 11697.

Статья научная