Эффективное извлечение и очистка некоторых металлов платиновой группы из ломов и отходов

В.А. Шипачев, с.н.с., к.х.н.
Институт неорганической химии
им. акад. А.В. Николаева СО РАН, г.Новосибирск

Драгметаллы из отходов

Хорошо известно, что если ранее извлечённые ценные материалы, которыми являются драгоценные металлы, вводятся в оборотное использование, то это полностью оправдывает любые затраты, вложенные в утилизацию. Вовлечение вторичных ресурсов, очевидно, обеспечивает значительную экономию сырья, трудозатрат, материалов и топливно-энергетических запасов. Высокие показатели экономической эффективности при выделении драгоценных металлов из отходов определяются увеличением выхода и степени извлечения металлов по сравнению с первичным рудным сырьём. Данные процессы имеют значительно меньшее число стадий, сокращённый расход энергии и требуют небольших производственных площадей.

Не сравнимы и уровни содержания драгоценных металлов в первичном или шлиховом сырье и вторичном сырье (лом, различные отходы). Например, содержание платиноидов суммарного количества в 2-3 г на тонну считается весьма рентабельным в переработке. Масса же драгметаллов во «вторичке» исчисляется килограммами и десятками килограмм на тонну, если не принимать во внимание ещё более богатую продукцию металлургического производства – контактные каталитические сетки, термопары, тигли, корпуса стеклоплавильных аппаратов и т.д.

Однако основные виды вторичного сырья, содержащие платиновые металлы и используемые в химической, нефтехимической, автомобильной промышленности, электронике, электротехнике и других сферах, характеризуются весьма обширной номенклатурой, которая со временем постоянно расширяется. Это приводит к ещё большему увеличению вещественного разнообразия изделий, в состав которых входят элементы платиновой группы (металлы и сплавы, пластмассы, различная керамика и их композиции).

В связи с этим возникает ситуация, когда известные в мире предприятия, которые традиционно работают с первичным сырьём и концентратами из него, не всегда способны перейти к переработке вторичного сырья. При этом где-то превалируют и развиваются гидрометаллургические способы и приёмы, которые доводятся почти до совершенства, но не всегда способны решить все поставленные задачи. Где-то идут по пути пирометаллургических технологий и успешно справляются с одной частью проблемы, но не способны решить все в комплексе.

Не всегда помогает и привлечение апробированных в течение многих лет стандартных электрохимических методов в приложении к аффинажу.

Нужно создавать мобильные предприятия

Поэтому для переработки широкого спектра вторичного сырья требуется создание небольших предприятий, которые будут специализироваться на определённом виде сырья. Преимуществом таких химических фирм станет использование производственных помещений модульного типа, небольшое количество хорошо обученного высококвалифицированного персонала, автономия в инженерном отношении и близкое расположение к местам сбора вторичных материалов.

Такие мобильные производственные предприятия малого и среднего бизнеса с большей технологической и экономической эффективностью будут извлекать, разделять, очищать и существенно расширять номенклатуру продукции, в состав которой входят благородные металлы. Это в первую очередь относится к расширению списка товаров не только в виде порошков, черней или слитков, но и более трудоёмких и наукоёмких продуктов или полупродуктов, например комплексных кислот этих металлов, солей различного состава, что определяется расширяющимися сферами их использования. Во многих случаях выведение из производства чистых растворов некоторых соединений, имеющих вторичное использование, впоследствии оказывается весьма эффективным, поскольку экономит число операций как переработчика, так и потребителя. Последний экономит не только технически на стадии растворения, например, порошка платины, но и на отсутствии многих проблем с экологической точки зрения, традиционно сопровождающих эту химическую операцию.

Качество – в чистоте

В подтверждение вышесказанного мы приведём некоторые результаты по усовершенствованию традиционно используемых в классическом аффинаже осадительных методов очистки как некоторых платиновых (Pt, Pd,Rh), так и редких и редкоземельных (Re, Ce) металлов в индивидуальном состоянии или в их смеси. Многие способы уже вошли в технологический регламент некоторых аффинажных предприятий страны. Ряд перспективных разработок, не имеющих мировых аналогов, проходят к настоящему времени промышленные испытания в применении к другим типам сырья. Планируется увеличение масштаба использования в технологической практике современных электромембранных методов для очистки платиноидов. К сожалению, эти пионерские работы, позволяющие существенно увеличить чистоту выпускаемых металлов, не находят пока нужного понимания их технической целесообразности.

Тем не менее, к настоящему времени проблема повышения чистоты производимых платиновых металлов не утратила своей актуальности. Необходимость развития этих работ диктуется многими причинами, но главная состоит в достижении существенного повышения показателей качества данных металлов, поскольку на внешнем рынке их чистота регламентируется действием стандартов ASTM (American Society of Testing Materials), которые приняты в США и многих других странах мира.

Включение России в международную систему рынков обязывает её придерживаться правил этого рынка, и наши ГОСТы там не котируются в виду малого числа нормируемых примесей и, как следствие, искусственного завышения чистоты наших платиновых металлов.

Она получается как результат вычитания из 100-процентной суммы нормируемых примесей. Для подтверждения этих слов, например, в ГОСТе на палладий в порошке 14836 – 82 у самого чистого марки ПлАП-0 нормируется 12 примесей, а в американском АSTM B589-82 их 20, для платины их 24.

Надо отметить, что только создание научных основ координационной теории, которое происходило с немаловажным вкладом представителей русской школы химиков и, в первую очередь, академика И.И.Черняева и его коллег из ИОНХ им. Н.С.Курнакова и других институтов РАН, а также научно-педагогических организаций, позволило применить данные фундаментального характера по изучению химии платиноидов к прикладным задачам.

В подтверждение этому приведём примеры нескольких схем аффинажа, которые уже многие годы используются нами при проведении глубокой очистки платины от широкой гаммы загрязняющих примесей [1,2]. Основы способа и примеры исполнения промышленных испытаний приведены в [3].

Владение такими способами позволяет не только получать металлы заведомо нужной чистоты, но и проводить операции с обоими металлами в общей аппаратной схеме без разделения на платиновую или палладиевую ветки.

Автокатализа торы – кладезь драгметаллов

Проводя анализ перспективных и пока нетрадиционных источников платиносодержащего сырья, мы обратились к возможности использования в качестве сырья автокатализаторов. Катализаторы и автокатализаторы являются наиболее металлоёмкими по драгметаллам. Способ выделения из них платины, палладия, родия и попутно церия описан в материалах [4,5].

Невысокая себестоимость производства и высокие проценты извлечения металлов Pt-98,1 Pd-98,2 Rh-94,4 позволяют считать способ достаточно перспективным среди тех, которые используются в мире в настоящее время. В процессе выполнения данной работы удалось создать некоторые химические аппараты весьма оригинальной конструкции, которые могут быть легко адаптированы к проведению известных стандартных химических процедур.

Нужна государственная поддержка российским технологиям

К сожалению, сейчас никто не задумывается о том, чтобы уже подготавливать производства для последующей переработки катализаторов и автокатализаторов . В наших СМИ делается очень много заявлений об инновациях, но на практике никто и не думает испытывать и анализировать применение отечественных технологий извлечения драгметаллов из отходов , которые уже проверены нами за границей! На государственном уровне, к сожалению, вообще не занимаются платиновыми металлами, ориентируясь только на золото! А ведь у нас в стране есть завод. Однако на флагмане российского аффинажа – заводе «Красцветмет» – этим будет заниматься английская фирма, которая, как известно из истории, ещё в царское время извлекла почти всю Уральскую платину. Плохо помнят у нас историю.

Наверное, пока в наших больших городах не станут падать на мостовую без движения от отравления автомобильными выбросами (бензапереном, например), эта проблема не сдвинется с места.

Я понимаю, что это звучит несколько кощунственно, но это так (честные медики это не скрывают) [6]. И это не мои эмоции учёного, который вынужден продавать за границу установки по переработке автокатализаторов, а реальное понимание того вреда, который наносит автотранспорт. Этот вывод основан на реальных химических анализах придорожного снега, почвы, воды у нас в Академгородке [7,8].

Но мы-то в лесу живём, а не на Невском или Ленинском проспектах.

В заключение я приглашаю специалистов, работающих в этой области производства, к различным формам сотрудничества, которые могут стать весьма плодотворными.

Источники информации

1. Патент RU №2083704 C1 от 10.07.97.
2. Патент RU №2087564 С1от 20.08.97.
3. Патент RU № 2110591 от 10.05.98.
4. Патент RU N2209843 от 10.08.2003.
5. Патент WO03010346 от 06.02.2003.
6. Загрязнение воздуха как фактор смертности в городах России // Население и общество. №22, октябрь. 1997.
7. Рапута В.Ф. Коковкин В.В. Методы интерпретации данных мониторинга загрязнения снежного покрова // Химия в интересах устойчивого развития № 10. 2002 . С. 669-682.
8. Рапута В.Ф., Коковкин В.В. и др. Контроль аэрозольных выбросов в окрестности автотрасс // Химия в интересах устойчивого развития № 10.2002. С. 683 – 689.