способ попутного извлечения осмия из хромитов химического типа

Формула изобретения

Способ попутного извлечения осмия из хромитов химического типа путем их обжига с последующим улавливанием образующегося при этом тетраоксида осмия из газовой фазы щелочным раствором и выделения осмия из раствора известными приемами, отличающийся тем, что улавливание тетраоксида осмия осуществляют щелочным раствором с концентрацией щелочи 30 - 80 г/л в присутствии комплексующей добавки, представляющей вещество, переводящее анионные комплексы осмия типа [ОsO₄ (ОН)₂]^2-, [ОsO₂ (ОН)₂]^2- и [ОsO₃N]^- в катионные комплексы типа [ОsO₂ (NН)₃]₄²⁺, с концентрацией 20 - 50 г/л.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии редких металлов и может быть использовано при попутном извлечении осмия на предприятиях химической промышленности при переработке хромитов химического типа на монохромат по технологии спекания.

В настоящее время осмий при переработке хромитов химического типа не извлекается; хромиты рассматриваются исключительно как монометальное сырье для производства хрома и его соединений. В то же время, содержание осмия в хромитовых рудах в 3-5 раз превышает его содержание в промышленных минерально-сырьевых источниках платиновых металлов, что определяет необходимость изыскания эффективных способов его попутного извлечения (Грейвер Т.Н. Предупреждение техногенного рассеяния редких и платиновых металлов. Цветные металлы. 1994, N 2, С. 12-14).

Наличие в технологии производства монохромата операции окислительного обжига при 1200^oC приводит к переходу содержащегося в хромите осмия в форме летучего тетраоксида в газовую фазу и, соответственно, к безвозвратному техногенному рассеянию осмия с неутилизируемыми газами (Грейвер Т.Н., Андреев Ю. В., Петров Г.В. О поведении платиновых металлов при спекании хромитов. XV Черняевское совещание по химии, анализу и технологии платиновых металлов. Тезисы докладов, М., 1993).

Существующие способы извлечения осмия, ориентированные на традиционные виды руд - сульфидные медно-никелевые, молибденитовые и др., основаны на сочетании операций высокотемпературного обжига осмийсодержащего сырья, улавливания тетраоксида осмия поглотительными растворами из газовой фазы и последующего выделения осмия из раствора приемами сорбции, осаждения сульфидов или др. (Гинзбург С. И., Езерская Н.А., Прокофьева И.В. и др. // Аналитическая химия платиновых металлов. Сер. Аналитическая химия элементов. М. 1972).

Например, при улавливании тетраоксида осмия из сернистых конвертерных газов медно-никелевого производства используется промывная кислота с концентрацией H₂SO₄ 100-200 г/л (Синицын Н.М., Кунаев А.М., Пономарева Е.И. и др. // Металлургия осмия. Алма-Ата: Наука, 1981. С.109.). Применить такой способ улавливания при переработке хромитов невозможно ввиду отсутствия в обжиговых газах заметного количества серы и, соответственно, сложности получения необходимой концентрации промывной серной кислоты, а также высокого содержания в обжиговых газах углекислого газа, что будет препятствовать эффективному улавливанию осмия кислыми растворами.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения может быть выбран известный в аналитической и производственной практике способ извлечения осмия, включающий улавливание тетраоксида осмия из газовой фазы щелочными растворами. Процесс улавливания реализуется при концентрации щелочи 100-200 г/л (Синицын Н. М. , Кунаев А.М., Пономарева Е.И. и др. // Металлургия осмия. Алма-Ата: Наука, 1981. С. 154, 159).

Недостатками данного способа извлечения осмия применительно к переработке хромитов химического типа являются:

1. Низкое извлечение осмия в щелочной раствор, обусловленное образованием анионных комплексов осмия, склонных к повышенной сорбции твердой фазой, которая образуется в поглотительном растворе за счет улавливания обжиговой пыли, состоящей из минеральных фаз огарка хромита и обладающей высокими сорбционными способностями.

2. Получение растворов с низкой концентрацией осмия, что создает трудности при его последующем концентрировании из раствора известными приемами.

3. Значительные потери осмия за счет его рассеяния по технологическим продуктам: пылям, растворам и кекам, отсутствие его концентрирования в одном продукте и, соответственно, сложность создания попутного производства осмия.

4. Повышенная вредность и опасность концентрированных щелочных поглотительных растворов.

Задачей изобретения является создание способа попутного извлечения осмия, позволяющего повысить извлечение осмия из газовой фазы в поглотительный раствор, снизить щелочность раствора, ликвидировать безвозвратное техногенное рассеяние осмия с технологическими продуктами, создать попутное производство осмия при переработке хромитов химического типа, увеличить объем выпуска осмия за счет освоения нового вида осмийсодержащего сырья, повысить экологобезопасность и снизить вредность химического производства.

Задача достигается применением способа попутного извлечения осмия из хромитов химического типа путем их обжига с последующим улавливанием образующегося при этом тетраоксида осмия из газовой фазы щелочным раствором и выделения осмия из раствора известными приемами, отличающегося тем, что улавливание тетраоксида осмия осуществляют щелочным раствором с концентрацией щелочи 30-80 г/л в присутствии комплексующей добавки, представляющей вещество, переводящее анионные комплексы осмия типа [O_sO₄(OH)₂]^2-, [O_sO₂(OH)₂]^2- и [O_sO₃N]^- в катионные комплексы типа [O_sO₂(NH)₃]₄²⁺, с концентрацией 20-50 г/л.

Способ реализуют следующим образом.

Сырье - шихта, состоящая из хромита химического типа, соды и известняка, подвергается окислительному обжигу в трубчатой печи с отводом образующейся газовой фазы в систему мокрой газоочистки, состоящей из жидкостных поглотителей, которые заполняются щелочным (30-80 г/л) раствором с комплексующей добавкой (20-50 г/л), например гидрокарбонатом аммония NH₄HCO₃. Введение гидрокарбоната аммония приводит к переходу от анионных комплексов осмия типа [O_sO₄(OH)₂] ^2- и [O_sO₂(OH)₂] ^2- либо [O_sO₃N]^- к катионным комплексам типа [O_sO₂(NH)₃]₄²⁺, которые менее подвержены сорбции твердой фазой поглотительного раствора, образующейся за счет улавливания обжиговой пыли. При этом достигается полное извлечение осмия в поглотительный раствор, из которого концентрирование осмия может быть эффективно осуществлено известными приемами. Введение в поглотительный раствор иных комплексующих добавок, например Na₂SO₃ или NaHCO₃. сопровождается образованием анионных комплексов осмия, соответственно, [O_sO₂(SO₃)₄] ^6- и (O_sO₂(OH)₂]^2-, что не способствует повышению извлечения осмия в раствор.

Оптимальность отличительных признаков состоит в следующем:

нижний предел (30 г/л) концентрации щелочи определяет тот минимум, при котором создается необходимая для улавливания осмия щелочная среда; верхний предел (80 г/л) определяется технологической (не повышает извлечение осмия в раствор) и экономической (высокая стоимость щелочи) целесообразностью;

нижний предел (20 г/л) концентрации комплексующей добавки определяет тот минимум, при котором происходит образование устойчивых к сорбции катионных комплексов осмия; верхний предел (50 г/л) определяется технологической и экономической целесообразностью;

вид комплексующей добавки определяется необходимостью формирования в поглотительном растворе катионных комплексов осмия типа [O_sO₃(NH)₃]₄²⁺, не подверженных сорбции твердой фазой раствора газоочистки.

Изложенное подтверждается следующими примерами:

Пример 1. 100 г шихты, состоящей из хромита (Cr₂O₃ - 48,73, Fe₂O₃ - 15,78, MgO - 11,49, SiO₂ - 0,94, Al₂O₃ - 15, осмий - 0,4 гт^-1), соды и известняка, подвергалось окислительному обжигу в трубчатой печи при температуре 1200^oC в течение 4 часов. Пылевынос при обжиге составлял не более 5% (вес. ) от исходной шихты. Газовая фаза улавливалась в жидкостном поглотителе, содержащем 20 мл раствора щелочи с вариантной концентрацией 20-90 г/л. В щелочной раствор вводился NH₄HCO₃ в концентрации 35 г/л. При оптимальной концентрации щелочи (50 г/л) извлечение осмия в раствор составляет 99,5%.

Пример 2. Улавливание газовой фазы, образовавшейся в аналогичных Примеру 1 условиях, осуществлялось раствором щелочи концентрацией 50 г/л. В щелочной раствор вводился комплексообразователь NH₄HCO₃ в вариантной концентрацией (10-60 г/л). Максимальное извлечение осмия в раствор достигается при концентрации NH₄HCO₃ - 35 г/л.

Пример 3. Улавливание газовой фазы, образовавшейся в аналогичных Примеру 1 условиях, осуществлялось раствором щелочи концентрацией 50 г/л. В щелочной раствор вводился комплексообразователь Na₂SO₃ в концентрации 35 г/л. Извлечение осмия в раствор составляет 22,8%.

Пример 4. Улавливание газовой фазы, образовавшейся в аналогичных Примеру 1 условиях, осуществлялось раствором щелочи концентрацией 50 г/л. В щелочной раствор вводился комплексообразователь NaHCO₃ в концентрации 35 г/л. Извлечение осмия в раствор составляет 23,3%.

Пример 5 - прототип. Улавливание газовой фазы, образовавшейся в аналогичных Примеру 1 и 2 условиях, осуществлялось раствором с концентрацией щелочи 100 г/л без введения комплексующей добавки. Извлечение осмия в раствор составляет 22,5%. Примеры, подтверждающие оптимальность признаков, представлены в таблице.

Полученные данные свидетельствуют о том, что осуществление предлагаемого способа попутного извлечения осмия из хромитов химического типа позволяет достичь следующих эффектов.

Технический - снизить сорбцию осмия твердой фазой поглотительного раствора; снизить щелочность раствора; получить концентрированный по осмию раствор, пригодный к переработке; создать попутное производство осмия при переработке хромитов химического типа.

Экономический - повышение рентабельности производства за счет комплексности использования хромитового сырья, увеличение общего объема выпуска дорогостоящего осмия за счет освоения нового вида осмийсодержащего сырья.

Экологический - ликвидация безвозвратного техногенного рассеяния осмия с технологическими газами и пылями, повышение экологобезопасности и снижение вредности химического производства.