При использовании метода хлорирования отработанный катализатор обжигают на воздухе при температурах до 870°С и обрабатывают при той же температуре хлорирующим агентом, таким как хлорид алюминия, четыреххлористый кремний, кар-бонил хлорид и т.п. Образующиеся соединения платины абсорбируют водой и из полученного раствора выделяют платину путем восстановления алюминием, цинком и т.п.
Метод выщелачивания может быть основан на использовании как кислых, так и щелочных растворов. При использовании кислоты отработанный катализатор также обжигают при температуре >800°С для .удаления органических веществ, а затем в течение нескольких часов выщелачивают 20-60 % раствором серной кислоты или 20-50 % раствором соляной кислоты при 100-140 °С. Часто эту реакцию проводят при повышенных давлениях - до 5,0 МПа. Из полученного шлама выделяют платину.
В щелочном процессе отработанный катализатор, отожженный либо необожженный, подвергают плавлению с избытком гидроксида натрия, образующийся расплав выщелачивают водой и из платинового концентрата выделяют платину. Растворение необожженного катализатора обычно проводят в 40 % растворе гидроксида натрия при температурах 120-145°С.
К сожалению каждый из описанных процессов связан со значительными ограничениями. Удаление органических соединений из катализатора проводится при температурах 800-1200°С, что требует значительных расходов энергии и усложняет проведение процесса. Вследствие наличия большого числа стадий процесса, таких как обжиг, плавление, осаждение, декантация, фильтрование и др. потери платины достигают 3-5%. При проведении щелочного процесса возникает необходимость в переработке образующегося раствора алюмината, а в случае кислого процесса требуется применение больших количеств кислоты. Наличие указанных недостатков требует дальнейшего усовершенствования процессов.
При использовании катализаторов на основе драгоценных или платиновых металлов металлы на носитель могут быть нанесены т. н. методом покрытия тонким слоем. Обычно в катализаторе количество металла составляет относительно незначительную часть от общей массы катализатора. Например, в катализаторах для очистки выхлопных газов автомобилей содержание металлов составляет всего 0,1-0,4 % от общей массы катализатора. Выделение металлов, находящихся на носителе в таких малых концентрациях, химическими методами, например кислотным выщелачиванием, требует очень высоких расходов, обусловленных размерами установки и количествами используемых реагентов.
Один из методов нанесения металла на катализатор включает покрытие носителя кордиерита тонким слоем оксида алюминия, импрегнированного или последовательно покрытого слоями платиновых металлов или сплавов, например платиновой, родием или сплавами.
А процесс, разработанный И. Пекой предназначен для извлечения платины из отработанного катализатора и заключается в фторировании катализатора элементарным фтором или его смесью с фтористым водородом при температурах 100-600°С. Образующийся фторид платины затем превращают в элементарную платину.
2.3 Способ пирометаллургического рафинирования платиновых сплавов
Проводят вакуумную электронно-лучевую зонную плавку в кристаллизаторе не менее чем двумя электронными лучами, путем выставления на поверхность металла в кристаллизаторе первого луча и удерживания его неподвижно до расплавления металла в зоне его фокального пятна, перемещения луча вдоль протяженного водоохлаждаемого кристаллизатора и остановку, включение второго луча, установку его в начальное положение первого и затем одновременное последовательное перемещение обоих лучей вдоль кристаллизатора. Расстояние между лучами и скорость их одновременного перемещения выбирают из условий обеспечения между фокальными пятнами температуры металла между точками ликвидус и солидус платинового сплава. При создании и поддержании в зоне между лучами твердо-жидкого состояния фаз ценный компонент извлекается более полно испарением из расплава, а примеси - при перекристаллизации сплава. Осуществляется переработка платиновых сплавов с глубоким извлечением данного компонента при низких безвозвратных потерях основы.
несмотря на сокращение длительности процесса рафинирования палладия, степень извлечения такого ценного компонента, как, например платины, при осуществлении данного способа находится только на уровне степени извлечения других малоценных примесей.
Известен способ рафинирования от металлических примесей другого металла группы платины - иридия, при индукционной окислительной плавке (ж. "Высокочистые вещества", 1990, N 1, с. 143-146). Способ включает не только индукционную окислительную плавку, направленную на рафинирование от палладия, но и электронно-лучевую вакуумную плавку, проводимую для дополнительного рафинирования от платины и родия.
Однако возможность использования материала индукционной плавки в качестве шихты для электронно-лучевой плавки отмечается без указания конкретных температурно-временных режимов осуществления способа.
Однако данный способ позволяет извлекать только летучие металлы, такие как осмий и рутений, которые возгоняются и конденсируются в выносном холодильнике. Этот способ не позволяет избавиться от всего комплекса присутствующих в сырье примесей.
Известен также способ очистки от примесей, в том числе от палладия, платиновых металлов - платины и иридия, путем электронно-лучевой плавки либо совместного применения электронно-лучевой и бестигельной зонной плавки (книга "Процессы цветной металлургии при низких давлениях", М.: Наука, 1983, с. 195-200).
При электронно-лучевой плавке известным способом примерно на порядок снижается содержание ряда цветных металлов. Последовательное проведение электронно-лучевой и бестигельной зонной плавки позволяет осуществлять раздельную очистку за счет испарения примесей и зонной перекристаллизации.
Однако эти способы дают незначительную степень очистки от примесей и для получения платины высокой чистоты необходимо совершенствование методов плавки, например режима нагрева сплавов.
Известен также способ пирометаллургического рафинирования платины (Г.Г. Девятых, "Высокочистые тугоплавкие и редкие металлы", М.: Наука, 1993, с. 57). В известном способе электронно-лучевая зонная плавка платины позволяет снизить на один-два порядка содержание многих примесей.
Рафинирование от примесей других платиноидов - рутения и осмия, в две стадии: первой - электронно-лучевым переплавом порошков, второй - зонной перекристаллизацией полученных поликристаллических слитков, приводит к снижению концентрации примесей, однако содержание, например, палладия изменяется незначительно, т.е. выделение такого ценного компонента невелико.
Известен также наиболее близкий аналог - способ пирометаллургического рафинирования платиновых сплавов ("Благородные металлы", справочник под ред. В.М. Савицкого, М.: Металлургия, 1984, с. 32-33).
Известный способ включает электронно-лучевую зонную плавку в кристаллизаторе в вакууме не менее 10-3 мм. рт. ст.
Однако известный способ направлен на рафинирование всех платиновых металлов и их сплавов и из-за неопределенности режимов не позволяет очищать конкретные платиноиды от определенной группы примесей. Поэтому необходимо подбирать для рафинирования каждого конкретного платинового сплава соответствующий комплекс методов очистки.
В случае реализации данного пирометаллургического рафинирования платинового сплава, например, с ценным компонентом, понижающим температуру плавления основы сплава, следует признать недостаточно высокую степень очистки от примесей и извлечения ценного компонента, а также значительные потери платиноидов.
Отличие от других процессов обработки металлов - именно электронным лучом, обусловлено высокими скоростями ввода энергии источника и, как следствие, высокими скоростями нагрева зоны воздействия (до 1010 к/с) и ее последующего охлаждения (до 108 к/с). Высокие скорости обработки заметно снижают размер зоны термического влияния, уменьшают объем удаляемого примесного элемента, как за счет оттеснения его расплавленной зоной, так и за счет улетучивания. Из-за большого переохлаждения расплава его кристаллизация происходит очень быстро, все примеси, как ценные, не успевшие улетучиться, так и малоценные, не успевшие перераспределиться и переместиться на край жидкой зоны, подвергаются совместной перекристаллизации. Для их извлечения требуется новое расплавление металла. И даже многократные операции зонной плавки, при которых, как отмечается (В.Пфанн, "Зонная плавка", Мир, М., 1970, с. 16), степень очистки тем выше, чем больше число проходов - единичных зон, прошедших через образец, не позволяют достичь высокой степени очистки, особенно от испаряющихся примесей. Совместное нахождение ценных примесей с другими легкоплавкими примесями в малой по размерам зоне термического влияния луча не позволяет создать их достаточно высокую концентрацию в какой- либо локальной области зоны расплава для полного и глубокого рафинирования. Металл основы сплава в результате многократных расплавлений и перекристаллизаций (в случае обычной электронно-лучевой зонной плавки одним лучом при большом числе проходов) частично безвозвратно теряется за счет испарения в зоне термического влияния луча, а длительность осуществления способа достаточно велика.
При многократных кристаллизациях (в результате многократных отдельных зонных плавок) состав сплава в отношении его основы остается примерно таким же, как и состав исходного расплава.
Так, при вторичном расплавлении состав расплава повторно имеет концентрацию тугоплавкой основы, как и в закристаллизовавшемся после первого прохода слитке.