способ получения аффинированного серебра

Формула изобретения

Способ получения аффинированного серебра, включающий растворение металлического серебра в азотнокислом электролите, отделение нерастворимого остатка, электролитическое выделение серебра из электролита и возврат электролита на растворение металлического серебра, отличающийся тем, что растворение проводят в присутствии пероксида водорода, при расходе металлического серебра 1,9-2,0 кг на килограмм азотной кислоты, содержащейся в электролите, в качестве металлического серебра используют порошок серебра, полученный из хлорида серебра путем его гидрохимического восстановления, а электролитическое выделение серебра осуществляют при содержании азотной кислоты в электролите 30-50 г/дм³ и температуре электролита не более 35°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии благородных металлов, в частности к способам получения аффинированного серебра.

Известен способ электролитического рафинирования серебра [И.Н.Масленицкий, Л.В.Чугаев, В.Ф.Борбат и др., Металлургия благородных металлов, М.: Металлургия, 1987, 432 с.], в котором рафинируемый серебряный сплав используют в качестве растворимого анода, электролитом служит водный раствор азотнокислого серебра с добавкой небольшого количества азотной кислоты - 10-20 г/дм³. Исходный электролит готовят растворением в азотной кислоте (1:1) серебряного сплава 990-й пробы по сумме серебра и золота, не содержащего платиновые металлы, селен и теллур. В анодах помимо серебра содержится значительное количество примесей: золото, металлы платиновой группы и неблагородные металлы - медь, свинец, теллур, висмут и другие. Примеси с более электроположительным потенциалом, чем потенциал серебра (золото, платина, палладий), выпадают в шлам. Во избежание загрязнения катодного серебра анодным шламом аноды помещают в диафрагмы. Примеси с потенциалом более электроотрицательным, чем потенциал серебра (медь, свинец, висмут, цинк, железо и др.), переходят в раствор. При накоплении примесей в электролите выше допустимого количества (Cu - 80-100 г/дм³, Pd - 0,1-0,2 г/дм³, Те - 16-30 мг/дм³) он выводится на переработку для извлечения из него благородных металлов. Выход по току при нормальном процессе равен 94-96%.

Недостатки способа:

1. При использовании данного способа необходима предшествующая электрорафинированию операция плавки серебра на аноды, которая является довольно сложным технологическим процессом, проводится при температуре 1100-1200°С и является неблагоприятной в экологическом отношении, так как сопровождается образованием пыли и газа, загрязняющими атмосферу в производственном помещении;

2. Использование для приготовления исходного электролита раствора азотной кислоты с высокой концентрацией сопровождается выделением большого количества окислов азота и полным извлечением в электролит примесей, содержащихся в исходном металлическом серебре.

3. Прямое извлечение серебра не выше 70% из-за образования анодных остатков и отработанных электролитов.

Известен также способ электролитического выделения серебра из азотнокислых растворов, полученных после выщелачивания анодных медных шламов азотной кислотой. Перед электролитическим выделением серебра избыточную кислотность растворов после выщелачивания понижают разбавлением раствора в отношении 2:1 и частичной нейтрализацией 5%-ными растворами гидроксида натрия и гидроксида аммония [РЖ «Металлургия» - 1981, 6г 372]. Способ позволяет получать серебро непосредственно из шламов, но имеет значительные недостатки:

1. Выщелачивание анодных шламов в азотной кислоте сопровождается выделением оксидов азота, образующихся при окислении элементов, входящих в состав шлама.

2. Способ не предусматривает оборот электролита, что снижает прямое извлечение серебра и приводит к получению большого количества растворов, которых необходимо направлять на переработку с целью извлечения благородных металлов.

3. Способ не гарантирует получения чистого серебра, что потребует дополнительной переработки серебра, получаемого этим способом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ получения серебра из его сплавов, включающий азотнокислое растворение исходного сплава, отделение нерастворимого остатка, нейтрализацию раствора с использованием гидроксида аммония и электролитическое выделение серебра из азотнокислого раствора [патент РФ №2100484, М.кл. С 25 С 1/20, С 22 В 11/00 - прототип]. Растворение исходного сплава в азотной кислоте ведут в присутствии ионов аммония до концентрации их в растворе 3-5 г/дм³, после чего раствор подвергают сорбционной очистке, затем проводят обработку фильтрата гидроксидом аммония и после отделения осадка осуществляют электролитическое выделение серебра с возвратом электролита на растворение исходного сплава.

Преимуществом данного изобретения является то, что оно решает задачу одностадийного рафинирования сплавов серебра с повышенным содержанием меди (до 2%), суммы платиноидов до 0,4%, теллура до 0,2%. Способ так же позволяет исключить образование растворов, требующих утилизации, анодных остатков и шлама, а прямое извлечение серебра повысить до 95%.

Недостатками этого способа являются:

1. В процессе растворения серебра в растворе азотной кислоты происходит выделение оксидов азота, это приведет к ухудшению экологической обстановки при промышленном осуществлении способа.

2. В способе по прототипу растворение исходного серебряного сплава осуществляется при давлении выше атмосферного, что предъявляет дополнительные требования по герметизации используемого оборудования.

3. Выбранные условия растворения серебряного сплава способствуют переходу в раствор значительного количества сопутствующих примесей, вследствие этого, для гарантированного получения аффинированного серебра, отвечающего требованиям ГОСТа 28595-90, приготовленный серебряный электролит необходимо очищать от примесей. Эта проблема решена с помощью введения дополнительных операций - сорбционной очистки электролита от платиноидов и очистки от меди и теллура обработкой его гидроксидом аммония, что усложняет технологическую схему аффинажа серебра и увеличивает затраты на осуществление способа.

4. В процессе электроосаждения серебра из азотнокислого электролита на аноде образуется газообразный кислород, что приводит к образованию аэрозолей над поверхностью электролита и загрязнению ими рабочей зоны.

Задачей изобретения является упрощение технологической схемы получения аффинированного серебра и улучшение экологической чистоты производства.

Технический результат заключается в упрощении условий процесса растворения металлического серебра в азотнокислом электролите и сокращении до минимума количества выделяющихся оксидов азота, исключении из технологической схемы получения серебра операций очистки электролита от примесей платиноидов, меди и теллура, увеличении производительности электролизных ванн и снижении количества образующихся аэрозолей.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения аффинированного серебра, включающем растворение металлического серебра в азотнокислом электролите, отделение нерастворимого остатка, электролитическое выделение серебра из электролита и возврат электролита на растворение металлического серебра, согласно изобретению, растворение проводят в присутствии пероксида водорода при расходе металлического серебра 1,9-2,0 кг на килограмм азотной кислоты, содержащейся в электролите, в качестве металлического серебра используют порошок серебра, полученный из хлорида серебра путем его гидрометаллургического восстановления, а электролитическое выделение серебра осуществляют при содержании азотной кислоты в электролите 30-50 г/дм³ и температуре электролита не более 35°С.

Сопоставительный анализ известных технических решений и заявляемого изобретения позволяет сделать вывод о том, что изобретение неизвестно из уровня техники и соответствует критерию «новизна». От прототипа заявляемый способ отличается тем, что растворение серебра в отработанном электролите в присутствии пероксида водорода осуществляют при его расходе 1,9-2,0 кг на килограмм азотной кислоты, содержащейся в отработанном электролите, и в качестве металлического серебра используют порошок серебра, полученный из хлорида серебра, путем его гидрометаллургического восстановления, что позволяет получить электролит с низким содержанием примесей и устранить необходимость проведения следующей технологической операции - очистки электролита от примесей. Другим отличием от прототипа является то, что электроосаждение серебра проводят при концентрации азотной кислоты в электролите 30-50 г/дм ³ и температуре не более 35°С.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что выбранные условия растворения металлического серебра в азотнокислом электролите позволяют извлекать в электролит 95-99% серебра, одновременно устранить нежелательный переход в электролит сопутствующих примесей и получить в результате электролит с очень низким содержанием примесей, не требующий дополнительной очистки для гарантированного получения серебра, отвечающего требованиям ГОСТ 28595-90, и этим упростить технологическую схему получения аффинированного серебра. Способ при заявляемых условиях электроосаждения позволяет осаждать серебро одновременно на катодах и анодах с суммарным выходом серебра по току 157-170%, а также свести к минимуму процесс выделения на аноде газообразного кислорода, и тем самым устранить возможность образования аэрозолей в производственном помещении.

Экспериментально установлено, что заявляемая совокупность существенных признаков является оптимальной и обеспечивает достижение технического результата.

Нижний предел расхода металлического серебра - 1,9 кг на килограмм азотной кислоты, содержащейся в отработанном электролите, обусловлен тем, что при растворении серебра в растворе азотной кислоты в присутствии пероксида водорода, окисление серебра осуществляется перекисью водорода, а азотная кислота расходуется на образование нитрата серебра:

Стехиометрический расход серебра по этой реакции составляет - 1,712 кг/кг азотной кислоты, но так как исходное металлическое серебро в основном получают восстановлением серебра из хлорида серебра, в нем кроме металлического серебра присутствует некоторое количество хлорида серебра, а также примеси. Поэтому содержание серебра в форме элементарного серебра составляет около 95%, и избыточное количество серебра при растворении в отработанном электролите необходимо для полного расхода азотной кислоты и получения нейтрального электролита, что препятствует переходу в электролит сопутствующих примесей и гарантирует получение чистого серебра, отвечающего требованиям ГОСТ 28595-90. При уменьшении расхода исходного серебра менее 1,9 кг/кг азотной кислоты возможен неполный расход азотной кислоты на образование нитрата серебра, что приведет к повышенному содержанию азотной кислоты в электролите и, как следствие, к высокому содержанию примесей в оборотном электролите и осажденном из него серебре.

Верхний предел расхода металлического серебра - 2,0 кг/кг азотной кислоты, содержащейся в отработанном электролите, ограничен тем, что при большем расходе серебра сокращения концентрации примесей в электролите не происходит, но возрастает выход осадка после растворения и уменьшается степень растворения серебра, то есть, снижается прямое извлечение серебра в электролит и для его увеличения возникает необходимость повторного растворения металлического серебра, что увеличит затраты на осуществление способа.

Нижний предел концентрации азотной кислоты в электролите 30 г/дм³ обусловлен тем, что при ее уменьшении значительно снижается доля серебра, осаждающаяся с единицы объема электролита за один его оборот, то есть, возрастает количество серебра, находящееся в незавершенном производстве.

Верхний предел концентрации азотной кислоты в электролите - 50 г/дм³ ограничен тем, что при ее увеличении выше этого значения, возрастает скорость растворения осажденного серебра в электролите, что уменьшает выход серебра по току.

Верхний предел температуры электролита в ванне при электроосаждении серебра, равный 35°С, ограничен тем, что при большем ее значении возрастает скорость растворения осажденного серебра и, на аноде начинается процесс окисления кислорода, что приводит к уменьшению выхода серебра по току и способствует образованию аэрозолей, то есть снижается эффективность технологии и осложняется экологическая обстановка в производственном помещении.

Способ электролитического рафинирования серебра осуществляется следующим образом. Растворение металлического серебра проводят в реакторе с мешалкой при атмосферном давлении. В отработанный электролит с концентрацией азотной кислоты 30-50 г/дм³ при перемешивании добавляют эквивалентное количество пероксида водорода и исходное металлическое серебро. После перемешивания в течение 20-30 минут пульпу фильтруют, нерастворимый остаток, содержащий в основном хлорид серебра, направляют в оборот: на очистку от примесей и получение металлического серебра, которое вновь возвращают на растворение. Из полученного электролита осаждают серебро в ванне с анодами из платинированного титана при плотности тока 600-700 А/м² и температуре электролита не более 40°С. Поток оборотного электролита рассчитывают исходя из силы тока таким образом, чтобы концентрация азотной кислоты в рабочем электролите находилась в пределах 30-50 г/дм³ . На катоде осаждается металлическое серебро, на аноде комплексное соединение серебра Ag₇O₈NO₃. С помощью механических скребков осадки снимаются с поверхности электродов и оседают на дне ванны, откуда их периодически выгружают и направляют на сушку и плавку аффинированного серебра.

Ниже описаны конкретные примеры осуществления способа, результаты которых приведены в таблицах.

Пример 1 (таблица 1).

Растворение металлического серебра проводили в реакторе с мешалкой. Исходный порошок металлического серебра, полученный из хлорида серебра восстановлением гидразин-гидратом, содержал, %: Pd - 0,2; Ag - 97,5; Ni - 0,68; Cu - 0,28; Fe - 0,047; Те - 0,014; Pb - 0,024, Cl - 1,0; влаги - 24. В реактор залили 2 дм³ электролита, содержащего 30 г/дм³ HNO ₃ и 85 г/дм³ серебра, добавили 54 см³ 30%-ного пероксида водорода. В полученный раствор загрузили 67,6 г/дм³ влажного порошка металлического серебра, и при перемешивании растворяли в течение 30 мин, затем для определения кислотности электролита в полученной пульпе измерили рН, который составил 1,27 единиц рН, что указывает на избыток азотной кислоты в электролите.

Таблица 1
Примеры растворения металлического серебра в отработанном электролите
№ примера	Навеска серебра, г/дм, (масса сухого)	Расход серебра, кг/кг HNO3	рН электролита	Нерастворимый остаток		Содержание в электролите, г/дм 3			Соответствие серебра требованиям ГОСТ 28595-90 для марки Ср-А1
				Масса, г	Выход, %	Pd	Те	Cu
1	51,4	1,71	1,27	2,25	4,38	0,029	0,020	0,13	Не соответствует
2	54,0	1,80	2,54	2,65	4,91	0,013	0,008	0,13	Не соответствует
3	57,0	1,90	3,67	4,2	7,37	0,001	0,005	0,12	Соответствует
4	60,0	2,0	4,57	6,75	11,25	0,001	0,001	0,12	Соответствует
5	61,7	2,05	5,04	9,25	15,00	0,001	0,001	0,12	Соответствует
6	64,3	2,14	5,33	11,05	17,20	0,001	0,001	0,12	Соответствует

Осадок, полученный после фильтрования пульпы, взвесили. Выход нерастворимого остатка составил 4,38%. Полученный электролит содержал, г/дм³: палладия - 0,029, меди - 0,13, теллура - 0,02. Электролит залили в электролизную ванну и осадили серебро при плотности тока 700 А/м². Осажденное серебро выгрузили из ванны, промыли, высушили, переплавили и анализировали на содержание примесей. Содержание примесей (палладия) в полученном серебре превысило предельное содержание по ГОСТ 28595-90 для марки Ср-А1.

Пример 2 (таблица 1).

Способ осуществляют, как в примере 1, но при расходе серебра - 1,80 кг/кг HNO₃. При этом рН пульпы был равен - 2,54. Выход нерастворимого остатка составил 4,91%, содержание примесей в электролите, г/дм³: палладия - 0,013, меди - 0,13, теллура - 0,008. Полученное серебро также не соответствовало требованиям ГОСТ 28595-90 для марки Ср-А1 и, следовательно, для получения чистого серебра необходима очистка электролита.

Примеры 3-6.

Способ осуществляют, как в примере 1, но при расходе серебра от 1,9 до 2,14 кг/кг HNO ₃. Результаты приведены в таблице 1. рН пульпы после растворения серебра во всех примерах находился в пределах от 4,0 до 5,3 единиц, содержание в электролите примесей палладия и теллура составило менее 1 мг/дм³, меди - 0,12 г/дм³. Полученное серебро по содержанию примесей соответствует требованиям ГОСТ 28595-90 для марки Ср-А1, что доказывает, что способ позволяет получать аффинированное серебро без дополнительной очистки получаемого электролита.

В примерах 5 и 6 увеличение расхода серебряного порошка более 2,0 кг/кг HNO₃ (примеры 5 и 6) не привело к уменьшению содержания примесей в электролите, но вызвало повышение выхода нерастворимого остатка, то есть уменьшение прямого извлечения серебра в электролит и необходимость повторного растворения полученного осадка для повышения степени его извлечения.

Пример 7 (таблица 2).

Электроосаждение серебра проводили в ванне объемом 3 дм³ с тремя катодами из нержавеющей стали и двумя анодами из платинированного титана при плотности тока 670 А/м ². В ванну залили электролит с концентрацией азотной кислоты 30 г/дм³ и температурой 30°С. С помощью перистальтического насоса в ванну подавали оборотный электролит, полученный при растворении металлического серебра в отработанном электролите, и не содержащий свободную азотную кислоту. Поток электролита, необходимый для поддержания постоянной концентрации HNO₃ в рабочем электролите (30 г/дм³), составил 2,5 дм ³/ч. Температуру электролита в ванне поддерживали с помощью циркуляции электролита через водоохлаждаемый холодильник. Серебро осаждали в течение 1 часа. Количество электричества, прошедшее через ванну, измеряли с помощью кулонометра. По окончании процесса осажденное серебро выгрузили из ванны, промыли, высушили, прокалили при 500°С с целью разрушения анодного осадка и получения металлического серебра. Затем полученное серебро взвесили и рассчитали выход по току, который составил 170%.

Таблица 2
Примеры электроосаждения серебра
№ примера	Температура электролита в ванне, °С	Концентрация HNO 3 в электролите, г/дм3	Выход серебра по току, %
7	30±1	30	170
8	30±1	50	162
9	30±1	60	154
10	35±1	30	167
11	35±1	50	157
12	35±1	60	146
13	40±1	30	161
14	40±1	50	147
15	40±1	60	130

Примеры 8-15 (таблица 2).

Способ осуществляли, как в примере 7, но при других значениях концентрации азотной кислоты, либо температуры электролита. Полученные результаты приведены в таблице 2. Во всех приведенных примерах полученное значение выхода серебра по току меньше, чем в примере 7. В примерах 8, 10, 11, которые проводились при значениях параметров (концентрации азотной кислоты и температуры), ограниченных формулой изобретения, выход серебра по току по сравнению с примером 7 уменьшился незначительно - на 3-13 абсолютных процентов что указывает на то, что проведение процесса электроосаждения серебра при указанных параметрах концентрации азотной кислоты и температуры позволяет достигать высокого выхода серебра по току от 157 до 170%. Это доказывает, что использование способа позволяет проводить электроосаждение серебра с большой производительностью.

Таким образом, совокупность признаков заявляемого способа является оптимальной и обеспечивает возможность гарантированного получения аффинированного серебра, удовлетворяющего требования ГОСТ 28595-90 для марки Ср-А1, с высоким выходом серебра по току и соблюдением экологических требований.