ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПЛАТИНОИДОВ ИЗ ШЛАКОВ ПЛАВКИ АФФИНАЖНЫХ ЦЕХОВ

АННОТАЦИЯ

В работе определена эффективность методов селективного извлечения платины, палладия, золота и серебра, а также уделено внимание способам двухстадийного растворения, восстановления платиновых металлов и методы их очистки от различных примесей. На основе изучения данной тематики и анализа результатов проведенных исследований авторы пришли выводу, что в качестве оптимальной технологии разработан комплексный способ извлечения золота, серебра, платины и палладия с применениеми селективных методов растворениями, подходящих по каждому металлу отдельно, с одновременным сочетанием гидрометаллургии и пирометаллургических технологий.

ABSTRACT

The paper determines the effectiveness of methods for the selective extraction of platinum, palladium and gold and silver, and also pays attention to the methods of two-stage dissolution, reduction of platinum metals and methods for their purification from various impurities. Based on the study of this topic and the analysis of the results of the studies, the authors came to the conclusion that an integrated method for the extraction of gold, silver, platinum and palladium using selective methods of dissolution, suitable for each metal separately with simultaneous combinations of hydrometallurgy and pyrometallurgical technologies, has been developed as an optimal technology.

Ключевые слова: платина, палладий, шлаки плавки цеха аффинажа, трехстадийное растворение, селективное осаждение, царско-водочное растворение, промывка от примесей, прокалка.

Keywords: platinum, palladium, refinery slag, three-stage dissolution, selective precipitation, aqua regia dissolution, washing to remove impurities, calcination.

Введение. Сегодня в условиях Узбекистана отсутствует комплексная технология переработки техногенных отходов и извлечения редких и драгоценных металлов в условиях АО «АГМК» с небольшими количествами редких металлов. Наличие в АО «АГМК» техногенных отходов, содержащих платину, палладий и родий, указывает на то, что завод может управлять производственной отраслью, перерабатывая отходы в течение нескольких лет без переработки руды [12]. В данной статье рассматривается технология извлечения платины и палладия из шлаков плавки, полученных в цеху аффинажа золота и серебра (ЦАЗИС АО «АГМК»). В работе определена эффективность методов селективного выщелачивания платины и палладия, а также уделено внимание способам растворения, восстановления платиновых металлов и методам их очистки из различных примесей. Разработана химическая комплексная технология извлечения платины и палладия с многоступенчатыми процессами рафинирования [13].

Методы исследования и результаты. Для изучения фазового состава исходного шлака, полученного из плавки ЦАЗиС, были анализированы пробы на сканирующем электронном микроскопе JSM-IT200 (рис. 1) [2].

Из снимка СЭМ видно, что драгоценные металлы в основном находятся в окисленном состоянии в качестве примесных соединений, так как при расплавлении железо, имеющее высокое сростко к кислороду окисленном виде переходит в фазе шлака.

Рисунок 1. Изображение шлака ЦАЗиС в электронном микроскопе JSM-IT200 110 кратном размере (по платине)

При этом палладий и платина обнаружены не во всех частицах. В изучаемой пробе содержание платины в отдельных частицах составляет 0,11%, и, соответственно, в примесях встречаются железо, сера и арсенопирит, обясняещие на минерал железа арсенопирита. Далее провели анализ EDS для изучения полной карты поверхности (рис. 2).

Рисунок 2. Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ-ЭДХ) марки Zeiss EVOMA 10/Aztee Energy Advanced X-Act, Zeiss SMT LTD/Oxford Instruments

Этим методом определяется, в какой части пробы находятся составляющие элементы [11]. Рисунок 3 утверждает, что проба в основном содержит кислород, а там, где есть кислород, просвечивают сигналы Fe и Si. Сигналы палладия и кислорода очень близки, поэтому картины L-линии палладия и K-линии кислорода почти одинаковы. Энергетическое разрешение энергодисперционного спектрометра составляет 130 эВ. Но разница между Lα-линией палладия и Kα-линией кислорода составляет почти 14 эВ.

Рисунок 3. Общий элементный анализ всей поверхности пробы шлака (ЭДС снимок соединение палладия с килородом)

Поэтому при анализах энергодисперционный спектрометр показывает палладий и кислород в одном пике (см. рис. 3).

Дальнейшие опыты направлены на исследование технологии извлечения платиноидов из шлака. С этой целью выбрано первоначальное дробление шлака с ситовым анализом, полученный надрешеточный продукт возвращается на процесс дробления, а подрешеточный продукт поступает на процесс измельчения. Полученный готовый класс измельченного шлака поступает на первой стадии азотнокислого выщелачивания для селективного растворения серебра и палладия, нерастворенная часть кека разделяется с помощью фильтрации. Раствор серебра и палладия поступает на селективное осаждение серебра с применением солянокислого раствора, и полученный осадок хлорида серебра направляется на извлечение серебра. Палладийсодержащий раствор направляется на осаждение палладия с применением тиомочевинного раствора, полученный осадок очищается от примеси, и получается чистейший порошок палладия по инструкции [4].

Кек после азотнокислого выщелачивания содержится в составе нерастворенных платины и золота, его разделяют фильтрацией, и перед царско-водочным выщелачиванием продукт обжигается при температуре 300–350 °С для раскрытия поверхности металлов. Химия процессов царско-водочного растворения приведен в реакциях (1), (2):

Au + HNO₃ + 3HCl = AuCl₃ + NO + 2H₂O;                                                      (1)

3Pt + 4HNO₃ + 18HCl = 3H₂[PtCl₆] + 4NO + 8H₂O.                                           (2)

С целью удаления нерастворенной части продукта производится процесс фильтрации, удаляется кек и направляется на участок металлургического цеха МПЗ, а ценные компоненты находятся в растворе. Из растворов отдельно осаждается золото и направляется в аффинажный цех, а оставшаяся платина сохраняется в растворе, который в дальнейшем направляется на селективное осаждение платины и очистку от примесей, технологическая схема приведена на рисунке 2. По описываемой технологии разработана опытная технологическая схема переработки шлаков плавки в условиях ЦАЗИС МПЗ АО «АГМК» и проведена серия опытов по комплексному извлечению благородных и платиновых металлов [3].

3Н₂PtCl₆ + 2NH₄Cl = ↓(NH₄)₂PtCl₆ + 2HCl.                                                (3)

Для селективного выделения платины раствор обрабатывают малым количеством хлорида аммония с целью отделения платины от палладийсодержащего раствора, процесс производится в реакторе при механическом перемешивании [5].

Осажденную платину отделяют от раствора через фильтрацию, и осадок идет на дальнейшую переработку (комплекс платины прокаливаем, обрабатываем азотнокислым раствором, промываем и получим чистейший платиновый порошок, таблица 2), раствор, содержащий палладий, идет на нейтрализацию и осаждение раствора от примеси [6].

Рисунок 4. Предлагаемая технологическая схема переработки шлаков плавки аффинажа с извлечением благородных металлов

Согласно результатам, полученным экспериментальным путем, из раствора соляной кислотой осаждают нерастворимый хлорпалладозамин. Расход HCl составляет 1 л на 100 г порошка палладия [10].

Pd(NH₃)₄Cl₂ + 2HCl = Pd(NH₃)₂Cl₂ + 2NH₄Cl.                                       (4)

После фильтрации и промывки хлорпалладозамин прокаливают при повышенных температурах и разлагают для получения металлического палладия [7].

Таблица 1.

Результаты химического анализа царско-водочного выщелачивания шлаков плавки

После прокалки палладиевый порошок подвергается ручному истиранию. Восстановление муравьиной и лимонной кислотами, отмывка и сушка. В полученном составе порошка в очень малом количестве содержатся Pb, Sn и другие примеси металлов. Для очистки от примеси обрабатываем лимонной кислотой, после удаления примесей порошок отмываем дистиллированной водой и сушим продукт, образуется чистейший Pd порошок [8].

Pd(NH₃)₂Cl₂ → Pd + 2HCl↑ + N₂↑ + 2H₂↑.                                                 (5)

В результате обширных исследований, включающих ряд опытов и экспериментов, была разработана новая технологическая схема [1].

Преимуществами рекомендуемой технологии являются: высокая чистота получаемого палладиевого и платинового порошка меньшими энергетическими затратами, высокая производительность, экономия реагентов и высокая степень извлечения благородных металлов. Способ пригоден и с экологической точки зрения, так как образующиеся кислые фильтраты нейтрализуются раствором щелочи или щелочными фильтратами, полученными при восстановлении палладия до металла муравьиной кислотой или солянокислым гидразином [9].

Таблица 2.

Результаты химического анализа полученного платинового и палладиевого порошка

В лабораторных условиях проведены несколько экспериментов по извлечению палладиевого и платинового порошка из концентратов ЧРУ в МПЗ АО «АГМК» Опыты провели в разных концентрациях растворителя для определения оптимального режима технологического цикла. Результаты опытов представлены в таблице 1, и результаты полученных чистых металлов приведены в таблице 2. Внедрение данной технологии даст несомненный экономический эффект благодаря дополнительному извлечению ценных компонентов и улучшит экологическую обстановку в местах скопления техногенных отходов.

Список литературы:

1. Вохидов Б.Р. Development and improvement of technology for extraction of precious metals from technogenic raw materials // Universum: технические науки. – 2021. – № 12 (93). – C. 11–15.
2. Вохидов Б.Р. Исследование повышения степени извлечения аффинированного палладиевого порошка из сбросных растворов // Литье и металлургия. – 2020. – № 1. – C. 78–86.
3. Вохидов Б.Р. Разработка технологии получения платиновых металлов из техногенных отходов // Научно-методический журнал Евразийский союз ученых (ЕСУ). – М., 2020. – № 6 (75). – C. 38–46.
4. Вохидов Б.Р., Хасанов А.С. Creation of technology for the extraction of palladium from waste electrolytes by aqua regia leaching // «Integrated innovative development of Zarafshan region: achievements, challenges and prospects». International conference on (Uzbekistan, 26–28 October 2019y.). – Navoi, 2019. – P. 35–39.
5. Вохидов Б.Р., Хасанов А.С. Исследование и разработка технологии извлечения металлов платиновых групп из техногенного сырья АО «АГМК» // Металлургия цветных, редких и благородных металлов: тезисы докл. XIV Международная научно-практическая конференция (Красноярск, 6–9 сентября 2021 г.). – Красноярск, 2021. – С. 29–32.
6. Технология платиноидов : монография / А.Х. Хурсанов, А.С. Хасанов, А.А. Абдукадиров, Б.Р. Вохидов.  – Ташкент : Муҳаррир, 2021. – С. 29–33.
7. Хасанов А.С., Вохидов Б.Р. Исследование технологии очистки аффинированного палладиевого порошка, полученного из отходов «АГМК» // «Ресурсо- и энергосберегающие, экологически безвредные композиционные и нанокомпозиционные материалы»: тезисы докл. Республиканская научно-техническая конференция. – Ташкент, 2019. – С. 324–326.
8. Хасанов А.С., Вохидов Б.Р. Қайта ишлатилган электролитдан соф палладий кукунини ажратиб олиш усулини илмий тадқиқ этиш // Научно-технический журнал «Композиционные материалы при ГУП «Фан ва Тараққиёт». – Ташкент, 2019. – № 2. – С. 63–66.
9. Хасанов А.С., Вохидов Б.Р. Қайта ишлатилган электролитдан соф палладий кукунини ажратиб олиш усулини илмий тадқиқ этиш // Композиционные материалы. – Ташкент, 2019. – № 2. – C. 63–66.
10. Хасанов А.С., Вохидов Б.Р., Мамараимов Г.Ф. Изучение возможности извлечения ванадия из техногенных отходов // Научно-технический журнал. Ферганский политехнический институт. – 2020. – № 3, Т. 24. – С. 97–102.
11. Хасанов А.С., Вохидов Б.Р., Хамидов Р.А. Исследование повышения степени извлечения и чистоты аффинированного палладиевого порошка из сбросных растворов // Universum: технические науки. – 2019. – № 9. – C. 20–30.
12. Химия и технология платиновых металлов : монография / Х.Т. Шарипов, В.Ф. Борбат, Ш.Ш. Даминова, З.Ч. Кадирова.  – Ташкент, 2018. – С. 14–28.
13. Хурсанов А.Х., Хасанов А.С., Вохидов Б.Р. Разработка технологии получения аффинированного палладиевого порошка из отработанных электролитов // Горный вестник Узбекистана. – 2019. – № 1 (76). – C. 58–61.