Коновалов, М. В. Поиск рационального варианта выделения платиновых металлов из отработанных автомобильных катализаторов / М. В. Коновалов, Л. В. Соколов, О. Б. Колмачихина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 47 (337). — С. 42-44. — URL: https://moluch.ru/archive/337/75513/ (дата обращения: 03.07.2023).
В работе рассмотрена и обоснована актуальность переработки автомобильных катализаторов как вторичного сырья, проведен сравнительный анализ существующих в настоящее время технологий по их переработке и выбрана принципиальная технологическая схема получения концентрата металлов платиновой группы (МПГ).
Ключевые слова: автомобильные катализаторы, переработка, металлы платиновой группы, концентрат
Каталитические преобразователи или автомобильные катализаторы были введены в эксплуатацию в 1975 году. Это устройства, которые находятся в выхлопной системе каждого современного автомобиля. В процессе их работы происходят химические реакции, которые нейтрализуют опасные для человека и окружающей среды продукты горения топлива:
Драгметаллы из автокатализаторов. Часть первая
Именно из-за наличия таких металлов как Pt, Pd, Rh отработанные катализаторы представляют большой интерес с точки зрения переработки вторичного сырья. Стоимость катализаторов, вышедших из употребления, в зависимости от марки автомобиля колеблется от 2 до 45 тысяч рублей за килограмм.
Основными отраслями, в которых используют платину и палладий, являются автомобилестроение, электроника и ювелирная отрасль. Самым ценным металлом в отработанных катализаторах является родий. Это один из самых редких металлов, мировая добыча которого составляет менее 30 тонн в год. Поэтому сейчас стоимость родия составляет около 36 тысяч рублей за один грамм. Основными потребителями родия является ювелирная и автомобильная отрасль.
Существует множество способов переработки автомобильных катализаторов, общая цель которых — максимально полное извлечение из них металлов платиновой группы. Все эти методы можно разделить на три группы: гидрометаллургические, гидро-пирометаллургические и комбинированные.
Гидрометаллургические методы предполагают дробление катализаторов и последующее выщелачивание их в различных реагентах. При этом, в зависимости от типа используемого реагента, в раствор переводят либо компоненты основы катализатора, а благородные металлы при этом преимущественно остаются в кеке, либо растворяют металлы платиновой группы, отделяя их таким образом от керамики.
Недостатками подобных способов переработки являются неизбежность потерь платиновых металлов на стадии выщелачивания, невысокая степень обогащения концентрата, необходимость тонкого измельчения исходного материала, сложность аппаратурного оформления и ограничения по модификации оксида алюминия.
Комбинированные или пиро-гидрометаллургические способы переработки автомобильных катализаторов классифицируют по величине температурного воздействия.
Первая группа способов предполагает использование обжига материала при температуре 400–550º С для удаления органики и продуктов горения топлива. Обжиг, например, применяют для повышения эффективности процесса при переработке катализаторов методом хлорирования.
Платина из Авто Катализатора.
Вторая группа способов предусматривает спекание исходного катализатора при температуре 900–950º С в присутствии различных реагентов (чаще всего гидроксида щелочного металла) в восстановительной атмосфере с целью перевода алюминия, который в виде оксида входит в состав основы катализатора, в растворимую форму алюмината натрия. Затем проводят щелочное или водное выщелачивание спека и получают концентрат платиновых металлов, который направляют в гидрометаллургическую ветку с целью более глубокого обогащения. [5]
Третья группа включает различные варианты плавки катализаторов на коллектор. Эти способы обеспечивают большее суммарное извлечение платиновых металлов в конечный продукт за счет дополнительной переработки шлаков по сравнению с другими способами переработки автомобильных катализаторов.
Сравнение эффективности технологий по переработке отработанных автомобильных катализаторов в зависимости от извлечения представлено в таблице 1.
Сравнение эффективности способов переработки катализаторов
Гидрометаллургические
Пирометаллургические
Комбинированные
Извлечение МПГ в концентрат
Поскольку главной целью переработки платиносодержащих катализаторов является максимально полное извлечение из них металлов платиновой группы, для переработки этого вида сырья наиболее целесообразно применение именно пирометаллургических методов, предполагающих плавку исходного материала на коллектор.
Предлагаемая принципиальная схема по переработке катализаторов представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Принципиальная схема переработки отработанных катализаторов
Содержание основных компонентов в сплаве на основе железа
Источник: moluch.ru
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПЛАТИНЫ И РЕНИЯ ИЗ ОТРАБОТАННЫХ ПЛАТИНОРЕНИЕВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ Российский патент 1997 года по МПК B01J23/96 C01G47/00 C01G55/00
Изобретение относится к области переработки отработанных платинорениевых катализаторов и может быть использовано для утилизации платины и рения путем возврата их в производство новых партий катализаторов.
Известно, что одним из основных способов переработки Pt-содержащих катализаторов является щелочное выщелачивание с предварительным обжигом или без него. В этом способе [1] платиновый катализатор на основе Al2O3 подвергают плавлению с избытком гидроксида натрия. Образующийся расплав выщелачивают водой, при этом основа катализатора растворяется, а платина концентрируется в шламе, из которого ее выделяют. Этот способ применим к платинорениевым катализаторам, при этом рений будет переходить в раствор в виде перрената натрия совместно с основой катализатора, т.е. будет осуществлено раздельное извлечение платины и рения с отработанного катализатора.
Известен также способ извлечения рения из платинорениевого катализатора обработкой едким натром (можно в жестких условиях концентрированным раствором при повышенной температуре в автоклаве) [2] Платина остается в осадке, а перренат сорбируют из раствора на макропористом анионите. Способ обеспечивает раздельное извлечение рения и платины из отработанного катализатора, что не всегда целесообразно.
Наиболее близким к предлагаемому является способ [3] который заключается в обработке отработанного платинорениевого катализатора на носителе Al2O3, сначала нагреванием в токе воздуха, что способствует окислению рения и более полному переводу его в раствор при последующем выщелачивании, а затем обрабатывают при перемешивании серной кислотой. В образующийся раствор Al2(SO4)3 переходит рений из катализатора, а платина остается в шламе. Из растворов Re извлекается с помощью сильноосновного анионита. Способ обеспечивает извлечение > 92% Re.
Эти способы кислотного и щелочного выщелачивания, описанные в литературе, всегда обеспечивают раздельное выделение платины и рения, при этом платина концентрируется в шламе, а рений переходит в раствор, затем следуют многостадийные операции извлечения этих металлов, их очистки, которые, как правило, сопровождаются большими потерями этих дорогостоящих металлов. В то же время, на практике в некоторых случаях нет необходимости раздельного выделения платины и рения из отработанного катализатора, например, для совместного их использования при приготовлении пропиточных растворов в производстве платинорениевых катализаторов.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа, в котором платина и рений извлекаются совместно и при этом концентрируются в небольших объемах твердой фазы значительно меньших по сравнению с объемами исходного отработанного катализатора. Последующее совместное извлечение платины и рения из концентрата потребует значительно меньших объемов растворов и приведет к сокращению числа операций по их выделению и очистке, по сравнению с существующими способами кислотного и щелочного выщелачивания.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе извлечения платины и рения из отработанного катализатора, основанном на нагреве катализатора и последующем выщелачивании раствором серной кислоты, перед выщелачиванием катализатор нагревают с щелочью NaOH до спекания в восстановительной среде. При этом катализатор и щелочь берут в соотношении 1:1,2-1,4. В качестве агента для создания восстановительной среды берется углеродсодержащий материал, например, активированный уголь, низковольтный каменный уголь, древесные опилки в количестве, достаточном для предотвращения окисления рения во время процесса спекания катализатора с щелочью. Спекание проводится при нагревании до температуры 900-950 o C.
Последующее выщелачивание спека проводят разбавленными растворами серной кислоты. Кислотное выщелачивание выбрано, чтобы предотвратить окисление Re на стадии растворения спека, так как рений окисляется в щелочной среде (Φ (ReO4/Re) -0,58 мВ) значительно сильнее, чем в кислой (v (ReO4/Re) 0,37 мВ).
Выщелачивание серной кислотой проводят при температуре 80-90 o C в течение 1,5-2 ч. В результате основа катализатора Al2O3 переходит при спекании в алюминат натрия, который затем растворяется в серной кислоте, а платина и рений концентрируются в шламе. При этом в шламе концентрируется практически вся платина и 99,0-99,1% Re.
Масса шлама составляет 2,0-2,2% от исходной массы катализатора. Заявляемый способ позволяет извлекать платину и рений совместно. Этот способ может быть развит в двух направлениях. Во-первых, это может быть получение чистых Pt и Re по существующим способам переработки Pt-содержащих шламов с утилизацией Re. Или же получение платинорениевых растворов, которые могут быть использованы в качестве пропиточных при получении новых партий катализаторов, что приведет к созданию замкнутого цикла: производство катализаторов использование — переработка отработанных катализаторов производство катализаторов, и исключит многостадийные операции выделения Pt и Re и их очистки, для получения в виде товарного продукта.
Результаты опыта: платина концентрируется в шлам полностью, рений на 99,0-99,1% Степень растворения катализатора составляет 97,8-98,0%
Пример 3. Условия проведения спекания с щелочью те же, за исключением того, что не вводился в зону спекания углеродсодержащий агент, создающий восстановительную среду. После спекания выщелачивание спека проводилось серной кислотой концентрацией 50 г/л при комнатной температуре в течение 1 ч.
Результаты опыта: степень извлечения рения в раствор 24-25% т.е. в шламе концентрируется 75-76% Re, степень растворения основы катализатора 81-84% т. е. мы видим из сравнения примеров 1 и 3, что восстановительная среда значительно препятствует окислению рения и переходу его в раствор на стадии кислотного выщелачивания, а повышение температуры выщелачивания способствует более полному растворению спека.
Источники, принятые во внимание:
1. Ситтич М. Извлечение металлов и неорганических соединений из отходов: Справочник, М. Металлургия, 1985, с. 408.
2. ГДР, патент, 143363, 1980.
3. CPP, патент, 87632, кл. C 01 G 47/00.
Похожие патенты RU2100072C1
- Борбат В.Ф.
- Адеева Л.Н.
- Корнеева И.Н.
- Шипачев Владимир Алексеевич
- Горнева Галина Александровна
- Лобанов Владимир Геннадьевич
- Семина Ирина Николаевна
- Кузас Евгений Александрович
- Егиазарьян Антон Константинович
- Соловьев Максим Викторович
- Евдокимов Андрей Александрович
- Теляков Алексей Наильевич
- Рубис Станислав Александрович
- Темеров Сергей Анатольевич
- Плечкина Светлана Ивановна
- Мазитов Леонид Асхатович
- Финатов Алексей Николаевич
- Финатова Ирина Леонидовна
- Годжиев С.Е.(Ru)
- Ковтун В.А.(Ru)
- Парецкий В.М.(Ru)
- Грегори Ф.Горбульский
- Ари Е.Михельсон
- Ефим Л.Фишкин
- Дробот Наталия Федоровна
- Кренев Владимир Александрович
- Носкова Ольга Анатольевна
- Печенкина Елена Николаевна
- Ковтун В.А.
- Силаев Ю.Н.
- Бару В.Е.
- Важенин И.С.
- Сонькин Владимир Семенович
- Ковалев Сергей Васильевич
- Сидин Евгений Геннадьевич
- Гельман Геннадий Ефимович
- Муралеев Адиль Ринатович
- Маганов Дмитрий Дмитриевич
Реферат патента 1997 года СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПЛАТИНЫ И РЕНИЯ ИЗ ОТРАБОТАННЫХ ПЛАТИНОРЕНИЕВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ
Изобретение относится к области переработки отработанных платинорениевых катализаторов на Al2O3-основе. Сущность изобретения: платинорениевый катализатор спекают с щелочью NaOH в восстановительной среде, которая создается углеродсодержащим агентом, например активированным углем.
Температура спекания 900-950 o C. Затем спек растворяют в разбавленной серной кислоте при повышенной температуре в течение 1,5-2 ч. Платина и рений концентрируются в шламе, который отделяют от раствора, полученного при растворении спека. Способ обеспечивает практически полное совместное выделение платины и рения из отработанного платинорениевого катализатора. Изобретение может быть использовано для приготовления из извлеченных металлов пропиточных растворов в производстве катализаторов и позволит исключить многостадийные операции раздельного выделения платины и рения и их очистки. 4 з.п. ф-лы.
Формула изобретения RU 2 100 072 C1
1. Способ извлечения платины и рения из отработанных платинорениевых катализаторов, основанный на нагреве катализатора и последующем выщелачивании раствором серной кислоты, отличающийся тем, что перед выщелачиванием катализатор предварительно нагревают до спекания с щелочью NaOH в восстановительной среде. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что катализатор и щелочь берут в соотношении 1 1,2 1,4 по массе. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что восстановительную среду создают введением в зону спекания углеродсодержащего агента в количестве, достаточном для предотвращения окисления рения. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что спекание проводят при нагревании до 900 950 o С. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что выщелачивание проводят разбавленными растворами серной кислоты при повышенной температуре 80 — 90 o С в течение 1,5 2,0 ч.
Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1997 года RU2100072C1
- Настюков А.М.
- Настюков К.И.
- Гордон И.Д.
- Настюков А.М.
- Настюков К.И.
- Богач Б.И.
- Настюков А.М.
- Настюков К.И.
Источник: patenton.ru
Как получить драгоценные металлы из автокатализатора?
Старые катализаторы стоят дорого из-за содержащихся в них драгоценных металлов: платина, палладий и родий. Автовладельцу, столкнувшемуся с поломкой катализатора, остается лишь понять, как правильно сдать катализатор, чтобы заработать на этом.
Катализаторы, особенно импортного происхождения, состоят из сот, щедро покрытых сплавом из драгоценных металлов. В основном это платина, палладий и родий. Если отечественный автопром экономит на количестве благородных металлов, то немецкие и американские заводы не скупятся на драгоценное покрытие, из-за чего увеличивается стоимость автомобиля, а даже вышедшие из строя катализаторы могут принести доход владельцу.
Сегодня на рынке появляется всё больше компаний, занимающихся удалением и скупкой старых катализаторов. Почему такой бизнес стал успешным?
Катализаторы имеют относительно короткий срок службы, они подвержены многим факторам, которые разрушают их. В итоге каждый второй автомобилист сталкивается с проблемами в катализаторе и вынужден удалять его.
Не все знают о том, что в составе катализатора есть драгоценные металлы.
Драгоценные металлы почти невозможно извлечь самостоятельно, так как для этого нужно специальное дорогостоящее оборудование.
Этапы переработки катализаторов
После механического удаления катализатора начинаются сложные процессы. Катализаторы должны пройти этап переработки, чтобы извлечь драгметаллы. Есть несколько способов.
А) Аффинаж
Процесс, при котором в емкость наливают концентрированную азотную кислоту, погружают катализатор и оставляют на время, пока кислота не разъест всё, кроме платины.
Б) Гидрохлорирование
Такой способ используют крупные предприятия, так как он более сложный, чем аффинаж, и требует большего масштаба. Для гидрохлорирования нужно поместить катализатор в раствор, при взаимодействии с которым останется только платина.
В) Электрохимическая обработка
Промышленный способ извлечения драгоценных металлов путем воздействия на катализатор электрическим током в электролитическом растворе.
Следующий этап: подсчет количества драгоценных металлов, которые содержались в старом автомобильном катализаторе. Нужно точно знать, сколько осталось, чтобы провести грамотный расчет.
Если вы обладаете достаточными знаниями и оборудованием, то можете самостоятельно переработать катализатор, но на такое мало кто способен.
Для тех, кто не готов устраивать лабораторию по переработке катализаторов, есть вариант доступнее.
Компания Sdaykat работает для того, чтобы автовладельцам было проще получить выгоду от удаления старого катализатора. Sdaykat решил проблемы автомобилистов, предлагая бесплатный выезд специалиста с мобильной лабораторией в назначенное вами время и место для проведения анализа катализатора. В тот же день вы можете получить ответ на вопрос, сколько стоит ваш катализатор.
Продать катализатор в Sdaykat можно дорого, так как компания не работает с фиксированными ценами, а проводит тщательную диагностику и производит расчет, исходя из стоимости драгоценных металлов на Лондонской бирже в день приёма катализатора.
Чтобы получить выгоду от поломки катализатора, вам нужно лишь позвонить или оставить заявку на сайте, чтобы наш менеджер сам связался с вами.
Удаление и сдача катализатора не отнимет у вас много времени, но принесет вам дополнительный доход, который вы можете вложить на покупку нового катализатора взамен старого, и убережет планету от вредного воздействия катализатора на окружающую среду.
Источник: sdaykat.ru