способ селективного извлечения металлов платиновой группы из газовой фазы и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ селективного извлечения металлов платиновой группы, основанный на нагреве исходного сырья и осаждении металлов в сборники металлов, отличающийся тем, что из исходного сырья путем пропускания через него трифторфосфина синтезируют газообразные трифторфосфиновые комплексные соединения металлов платиновой группы, а затем выделяют из полученных комплексных соединений металлы платиновой группы путем пропускания газообразных трифторфосфиновых комплексов через, по меньшей мере, два последовательно расположенных реактора для пиролитического выделения металла, снабженных сборниками металлов, причем каждый реактор для пиролитического выделения металла платиновой группы имеет температуру нагрева, соответствующую температуре разложения трифторфосфинового соединения этого металла.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что синтез трифторфосфиновых комплексных соединений металлов платиновой группы проводят при температуре 20050^oС и давлении 90-110 атм, а газообразные трифторфосфиновые комплексные соединения после синтеза пропускают через низкотемпературную колонну, в которой поддерживается давление 90-110 атм и температура 242^oС.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что реакторы для пиролитического выделения металла имеют температуру соответственно: для палладия 20^oС, платины 90^oС, иридия 290^oС, рутения 320^oС, осмия 260^oС, родия 140^oС.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что фосфин, выделяющийся в реакторах пиролитического выделения металлов, возвращают в зону синтеза газообразных трифторфосфиновых соединений.

5. Устройство для селективного извлечения металлов платиновой группы, включающее реактор, насос, сборники металлов, отличающееся тем, что реактор выполнен в виде реактора синтеза с возможностью прокачивания при помощи насоса через исходное сырье, загруженное в реактор, трифторфосфина, реактор синтеза на выходе снабжен низкотемпературной колонной, выполненной с возможностью пропускания через нее газообразных трифторфосфиновых комплексов, на выходе низкотемпературной колонны размещены, по меньшей мере, два последовательно расположенных реактора для изотермического газофазного пиролитического выделения металлов, снабженные сборниками металлов, причем каждый реактор выполнен с возможностью нагрева и выдерживания температуры, соответствующей температуре разложения трифторфосфинового комплекса конкретного металла платиновой группы.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что реактор синтеза, низкотемпературная колонна и каждый реактор для изотермического газофазного пиролитического выделения металлов соединены в замкнутый контур при помощи трубопровода.

7. Устройство по п. 5 или 6, отличающееся тем, что реакторы для пиролитического выделения металла выполнены с возможностью нагрева и выдерживания температуры соответственно: для палладия 20^oС, платины 90^oС, иридия 290^oС, рутения 320^oС, осмия 360^oС, родия 140^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению металлов платиновой группы газофазным методом.

Известен способ получения металлов методом транспортных реакций. Способ включает синтез исходной шихты или загрязненного металла со свободным галогеном. Полученный галогенид металла транспортируется в зону разложения, где галогенид диссоциирует с образованием металла и выделением свободного галогена, который снова транспортируется в зону синтеза. ("Металлы высокой чистоты" / Под ред. Ч.В.Котецкого, Москва, "Наука", с. 124-127). Способ осуществляется в замкнутой системе с неоднородным температурным полем, содержащей реактор, линии транспортировки газообразных веществ и зону разложения, где галогенид диссоциирует на горячей поверхности подложки с образованием металла и выделением свободного галогена. Недостатком данного метода является то, что не предусмотрена возможность одновременного разделения металлов в процессе их извлечения. Известен способ селективного извлечения осмия и рутения из исходного сырья методом пиролиза, а именно путем электронно-лучевой плавки (патент US 5142549, кл. Н 01 J 37/305, 25.08.92). Способ основан на испарении летучих благородных металлов осмия и рутения с последующим их осаждением. Устройство для осуществления данного способа содержит нагревательную камеру, снабженную насосом, и сборники металлов.

Однако данная технология не рассчитана на селективное извлечение всех платиновых металлов, содержащихся в исходном сырье, а позволяет извлекать только летучие металлы. Кроме того, необходимы специальные меры для устранения испарения легирующих элементов.

Техническим результатом изобретения является обеспечение извлечения металлов с одновременным их разделением.

Поставленная задача решается тем, что в способе селективного извлечения металлов платиновой группы, основанном на нагреве исходного сырья и осаждении металлов в сборники металлов, из исходного сырья путем пропускания через него трифторфосфина синтезируют газообразные трифторфосфиновые комплексные соединения металлов платиновой группы, а затем выделяют из полученных комплексных соединений металлы платиновой группы путем пропускания газообразных трифторфосфиновых комплексов через по меньшей мере два последовательно расположенных реактора для пиролитического выделения металла, снабженных сборниками металлов, причем каждый реактор для пиролитического выделения металла платиновой группы имеет температуру нагрева, соответствующую температуре разложения трифтрофосфинового соединения этого металла.

При этом синтез трифторфосфиновых комплексных соединений металлов платиновой группы проводят при температуре 200^o50^oС и давлении 90-110 атм, а газообразные трифторфосфиновые комплексные соединения после синтеза пропускают через низкотемпературную колонну, в которой поддерживается давление 90-110 атм и температура 24^o2^oС.

В частности, при выделении из исходного сырья одновременно палладия, платины, иридия, рутения, осмия и родия реакторы для пиролитического выделения металла имеют температуру соответственно: для палладия 20^oС, платины 90^oС, иридия 290^oС, рутения 320^oС, осмия 360^oС, родия 140^oС.

Для обеспечения 100% регенерации рабочего газа и обеспечения высокой экономичности и эффективности фосфин, выделяющийся в реакторах пиролитического выделения металлов, возвращают в зону синтеза газообразных трифторфосфиновых соединений.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для селективного извлечения металлов платиновой группы, включающем реактор, насос, сборники металлов, реактор выполнен в виде реактора синтеза с возможностью прокачивания при помощи насоса через исходное сырье, загруженное в реактор, трифторфосфина, реактор синтеза на выходе снабжен низкотемпературной колонной, выполненной с возможностью пропускания через нее газообразных трифторфосфиновых комплексов, на выходе низкотемпературной колонны размещены по меньшей мере два последовательно расположенных реактора для изотермического газофазного пиролитического выделения металлов, снабженные сборниками металлов, причем каждый реактор выполнен с возможностью нагрева и выдерживания температуры, соответствующей температуре разложения трифторфосфинового комплекса конкретного металла платиновой группы.

Для обеспечения 100% регенерации рабочего газа и обеспечения высокой экономичности и эффективности реактор синтеза, низкотемпературная колонна и каждый реактор для изотермического газофазного пиролитического выделения металлов соединены в замкнутый контур при помощи трубопровода.

Для обеспечения 100% регенерации рабочего газа и обеспечения высокой экономичности и эффективности реакторы для пиролитического выделения металла выполнены с возможностью нагрева и выдерживания температуры соответственно: для палладия 20^oС, платины 90^oС, иридия 290^oС, рутения 320^oС, осмия 360^oС, родия 140^oС.

Изобретение поясняется схемой процесса газофазного разделения металлов, представленной на чертеже.

Способ основан на способности платиновых элементов в определенных условиях образовывать летучие соединения (комплексы) с трифторфосфином. Трифторфосфиновые комплексы имеют состав Pd (РF₃)₄, Pt(РF₃)₄, и т.д. и представляют собой жидкости, летучие при нормальных условиях.

Принципиальным для обеспечения возможности разделения металлов является очень сильное различие в физико-химических свойствах указанных комплексов, в зависимости от металла (температура кипения, температура плавления и температура разложения).

Способ заключается в синтезе трифторфосфиновых комплексов при взаимодействии исходного сырья (шихты сложного состава) с трифторфосфином в реакторе 1 синтеза при повышенном давлении около 100 атм и температуре около 200^oС и последующем изотермическом газофазном пиролитическом разложении указанных комплексов с образованием металлов платиновой группы и трифторфосфина. При этом разложение комплексов производится в нескольких отдельных реакторах 2-7, в каждом из которых подобраны условия (температура разложения) для получения конкретного металла. Получаемые металлы представляют собой порошок и имеют чистоту более 99,99%.

Рабочий газ (трифторфосфин), выделяемый в реакторах разложения, может быть использован повторно и направляется при помощи циркуляционного насоса 8 с выходов реактора разложения на вход реактора 1 синтеза.

Образуемые в процессе синтеза летучие и нелетучие оксихлориды удаляются из ректора синтеза.

После синтеза трифторфосфиновых комплексов производится охлаждение смеси трифторфосфиновых комплексов в низкотемпературной колонне 9 до температуры около 24^oС при сохранении давления около 100 атм. Температура, до которой охлаждается смесь, определяется, с одной стороны, температурой разложения самого температурно нестойкого соединения смеси - трифторфосфина палладия (20^oС), а с другой стороны, поддержанием соединений в газообразном состоянии при повышенном давлении.

Устройство содержит реактор 1 синтеза, имеющий вход 10 для подачи трифторфосфина, подключенный к выходам 2-7 реакторов выделения металлов через циркулярный насос 8, и выход 11, подключенный ко входу низкотемпературной колонны. Выход колонны 9 связан со входами реакторов 2-7 выделения металлов, каждый из которых имеет температуру нагрева, определяемую температурой разложения каждого извлекаемого металла.

В соответствии с этими температурами реакторы выделения расположены по направлению движения газообразных трифторфосфиновых комплексов в следующем порядке: реактор для выделения палладия (температура кипения 0^oС, температура разложения 20^oС), платины (91^o, 90^oС соответственно), иридия (98^o, 290^oС), рутения (68^o, 320^oС), осмия (120^o, 360^oС), родия (89^o, 140^oС). Каждый реактор 2-7 выделения снабжен сборником 14-19 металла.

Устройство содержит также отдельно установленный после реактора выделения рения сборник 20 примесей.

Все элементы устройства связаны трубопроводами для транспортировки газообразных материалов, образуя замкнутые контуры.

Газофазный метод применим к очень широкому классу исходных материалов и малочувствителен к изменениям в составе, что позволяет использовать и высокообогащенные и низкообогащенные исходные материалы.

Метод исключает образование химически и экологически опасных отходов (растворы кислот, солей, шлаков, пылей и т.д.), т.к. является практически безотходной технологией.

Метод основан на практически 100% регенерации рабочего газа и поэтому является высокоэффективным и экономичным, практически исключает потери платиновых металлов.

Метод может быть легко автоматизирован, при этом трифторфосфиновые комплексы платиновых металлов, образующиеся в качестве полупродуктов, могут использоваться для нанесения покрытий из платиновых металлов и заменить сложные гальванические процессы. Характеристики газофазных покрытий превосходят характеристики гальванических покрытий по всем параметрам - адгезия, пористость, чистота, получены в любом виде (порошок, гранулы, слиток) с практически любой степенью чистоты (на экспериментальной установке были получены металлы 99,9999%).

Метод позволяет осуществить комплексную обработку сырья с выделением всех ценных продуктов.