Тема: РАСТВОРЕНИЕ СЫРЬЯ, СОДЕРЖАЩЕГО МЕТАЛЛЫ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ, ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
📋 Содержание
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 12
1.1 Растворение родия под действием электрического тока в соляной
кислоте 12
1.2 Растворение полупродуктов, содержащих МИГ, под действием
электрического тока в соляной кислоте 18
1.3 Растворение родия под действием электрического тока в серной
кислоте 36
1.4 Конструктивные недостатки аппаратов для растворения полупродуктов,
содержащих МИГ, золото и серебро, под действием электрического тока в соляной кислоте 41
1.5 Выводы и постановка задач исследования 42
2 РАСТВОРЕНИЕ МИГ ИОД ДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА:
МЕХАНИЗМЫ, ИАССИВАЦИЯ И КИНЕТИКА 45
2.1 Механизмы растворения МИГ под действием электрического тока в
соляной кислоте 45
2.2 Определение влияния электрорастворения на скорость ионизации МИГ... 49
2.3 Оценка степени пассивации поверхности при растворении МИГ под
действием электрического тока в соляной кислоте 55
2.4 Кинетика процессов электрохлорирования сырья, содержащего МИГ 62
2.5 Выводы 79
3 ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОХЛОРИРОВАНИЯ ПОРОШКА РОДИЯ 82
3.1 Влияние переменного и периодического токов на показатели
электрохлорирования порошка родия 83
3.2 Промышленная реализация процесса электрохлорирования порошка
родия 88
3.3 Выводы 94
4 ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОХЛОРИРОВАНИЯ ПОЛУПРОДУКТОВ,
СОДЕРЖАЩИХ МПГ 96
4.1 Влияние периодического и постоянного токов на показатели
электрохлорирования шлиховой платины 97
4.2 Влияние постоянного тока на показатели электрохлорирования
концентрата платиновых металлов № 1 (КП-1) 113
4.3 Влияние периодического и постоянного токов на показатели электрохлорирования шламов предприятий азотной промышленности
и платинородиевых шламов 118
4.4 Промышленная реализация процесса электрохлорирования
полупродуктов, содержащих МИГ 123
4.5 Выводы 129
5 ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ 132
5.1 Технология электрохлорирования порошка родия в процессе получения
родий (III) нитрат раствора 132
5.2 Технология электрохлорирования сырья, содержащего МИГ 138
5.3 Выводы 140
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 141
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И ТЕРМИНОВ... 144
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 145
ПРИЛОЖЕНИЕ А (СПРАВОЧНОЕ) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА
ИСТОЧНИКА ПЕРИОДИЧЕСКОГО ТОКА 160
ПРИЛОЖЕНИЕ Б (СПРАВОЧНОЕ) КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРОХЛОРАТОРОВ 161
Б.1 Электрохлораторы для растворения порошка родия 161
Б.1.1 Лабораторный электрохлоратор 161
Б.1.2 Промышленный электрохлоратор 162
Б.2 Электрохлораторы для растворения полупродуктов, содержащих М11Г... 172
Б.2.1 Лабораторные электрохлораторы 172
Б.2.2 Промышленный электрохлоратор 174
ПРИЛОЖЕНИЕ В (СПРАВОЧНОЕ) АКТ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОХЛОРИРОВАНИЯ ПОРОШКА РОДИЯ 184
ПРИЛОЖЕНИЕ Г (СПРАВОЧНОЕ) АКТ О НАЛИЧИИ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ИНВЕСТИРОВАНИЯ 186
ПРИЛОЖЕНИЕ Д (СПРАВОЧНОЕ) ЭКСПЕРТНОЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ 187
📖 Введение
Большую часть полупродуктов, содержащих металлы платиновой группы (МИГ), перерабатывают на аффинажных предприятиях с использованием как пиро-, так и гидрометаллургических технологий, меньшую часть - на предприятиях по производству цветных металлов с использованием пирометаллургических технологий. На многих аффинажных предприятиях сырьё растворяют методами гидрохлорирования, высокотемпературного хлорирования в газовой фазе и расплаве хлоридов щелочных (щелочноземельных) металлов. На ряде предприятий сохраняют значение схемы царсководочного растворения и спекания (сплавления) с гидроксидами, солями, пероксидами щелочных (щелочноземельных) металлов.
Методы хлорирования и спекания (сплавления) отличаются высокой интенсивностью, но требуют больших затрат на обеспечение работы хлорного хозяйства и громоздкого оборудования. При царсководочном растворении значительные средства расходуются на закупку азотной кислоты и денитрование раствора. Указанные технологии не обеспечивают полного растворения сырья за одну стадию, что предполагает дополнительные операции растворения и/или сплавления - растворения существенных количеств нерастворённого остатка.
Актуальными вопросами являются научное обоснование и разработка универсальных технологий растворения сырья, содержащего МИГ, под действием электрического тока в соляной кислоте. Технологии позволяют перерабатывать порошок родия с получением прекурсора (родиевой хлористоводородной кислоты), пригодного для производства высокочистых соединений родия, и полупродукты, содержащие МИГ, с получением солянокислых растворов, пригодных для последующего аффинажа. Технологии лишены недостатков, присущих традиционным процессам, что определяет к ним интерес со стороны как аффинажных предприятий, так и производителей изделий, содержащих МИГ.
Диссертация направлена на разработку, научное обоснование и внедрение на АО «ЕЗ ОЦМ» универсальных технологий переработки порошка родия и полупродуктов, содержащих МИГ, предусматривающих их растворение под действием электрического тока в соляной кислоте.
Степень разработанности темы исследования
Исследованиями по растворению сырья, содержащего МИГ, под действием электрического тока занимались известные российские и зарубежные учёные. Среди них необходимо выделить работы Л. И. Каданера, I. Морхз, З. Херрманна, У. Ландау. Однако недостаточно изученными остаются вопросы влияния механизмов растворения, степени пассивации, лимитирующих стадий и типов электрического тока на показатели растворения МИГ. Научная проработка этих вопросов позволит устранить ограничения на промышленное применение новых технологий.
Цель работы
Разработать, научно обосновать и внедрить на АО «ЕЗ ОЦМ» универсальные технологии растворения сырья, содержащего МИГ, под действием электрического тока, которые позволяют получать пригодные для производства химических соединений или последующей переработки солянокислые растворы за приемлемое время и с минимальными затратами (в сравнении с технологиями спекания с окислителями, гидрохлорирования и царсководочного растворения).
Задачи исследования
1 Определить механизмы растворения МИГ под действием электрического тока в соляной кислоте.
2 Определить значения степени заполнения поверхности МИГ атомами кислорода при растворении под действием постоянного тока в соляной кислоте.
3 Определить лимитирующие стадии и способы интенсификации процессов растворения сырья, содержащего МИГ, под действием электрического тока в соляной кислоте.
4 Определить влияние различных типов электрического тока на показатели растворения МИГ в соляной кислоте (включая обеспечение депассивирующего эффекта).
5 Определить оптимальные параметры аппаратов (электрохлораторов) для растворения порошка родия и полупродуктов, содержащих МИГ, под действием электрического тока в соляной кислоте с промышленно значимыми скоростями и суммарным извлечением металлов в раствор не менее 99 %.
Научная новизна
1 Впервые установлено, что явление пассивации в процессе электрохлорировании порошка родия можно устранить при использовании периодического тока с длительностью прохождения его в прямом и обратном импульсах 1/1 мин/мин.
2 Предложен механизм растворения МИГ под действием электрического тока в соляной кислоте - электрохлорирование. Механизм реализуется за счёт взаимодействия МИГ с атомарным хлором, выделяющимся непосредственно на поверхности частиц растворяемого сырья.
3 Определена степень заполнения поверхности платинового электрода атомами кислорода при растворении под действием постоянного тока - 100 % - при потенциале +0,68 В относительно водородного электрода сравнения и скорости его увеличения 10-90 мВ/с, в 12 М растворе соляной кислоты, за время 11-94 с. Для родия и иридия получены аналогичные данные. Причины пассивации связаны с хемосорбцией атомов кислорода.
4 Установлено, что скорость процессов электрохлорирования сырья, содержащего МИГ, лимитируется стадиями электроокисления хлорид-ионов и/или хемосорбции атомарного хлора, на что во всех рассмотренных случаях указывает определённый порядок реакции, равный единице.
Теоретическая и практическая значимость работы
1 Определены оптимальные типы тока для процессов электрохлорирования сырья, содержащего МПГ, обеспечивающие промышленно значимые скорости растворения, суммарное извлечение металлов в раствор не менее 99 % и отсутствие пассивации: порошок родия - периодический ток с длительностью прохождения его в прямом и обратном импульсах 1/1 мин/мин; полупродукты, содержащие МПГ, - постоянный ток.
2 Установлено, что процесс электрохлорирования порошка родия под действием периодического тока с длительностью прохождения его в прямом и обратном импульсах 1/1 мин/мин реализуется в смешанном режиме. Интенсификация процесса возможна за счёт увеличения плотности тока.
Установлено, что процессы электрохлорирования дисперсных полупродуктов, содержащих МИГ, при использовании постоянного тока, катионообменной мембраны Nafion N117 и перемешивающего устройства проходят в смешанном режиме. Интенсификация процессов возможна за счёт увеличения плотности тока и использования электрохлоратора, работающего под избыточным давлением. При этом должны быть увеличены площадь поверхности мембраны и скорость перемешивания анолита, а также использовано перемешивающее устройство турбинного типа.
3 Разработана, научно обоснована и внедрена в аффинажном цехе АО «ЕЗ ОЦМ» технология электрохлорирования порошка родия. Спроектирован и введён в эксплуатацию промышленный электрохлоратор. С 2014 г. переработано свыше 135 кг порошка родия. Из раствора родиевой кислоты произведено более 1,3 т раствора нитрата родия.
4 Разработаны эскиз и техническое задание на проектирование промышленного электрохлоратора для растворения полупродуктов, содержащих МИГ.
Методология и методы исследования
Исследования выполнены в лабораторных и промышленных условиях с применением методов планирования эксперимента и компьютерных программ обработки информации пакета Microsoft Office.
Анализ исходного сырья и полупродуктов проводили с использованием аттестованных методов: атомно-эмиссионный спектральный (МАЭС компании «ВМК-Оптоэлектроника»), атомно-абсорбционный спектрометрический (Perkin-Elmer AAnalyst 100 и 400), масс-спектрометрический с индуктивно-связанной плазмой (Perkin-Elmer ELAN DRC-e), микрорентгеноспектральный (электронный микроскоп Philips XL-30 с энергодисперсионным спектрометром EDAX) и других методов. Поляризационные кривые сняты на потенцио-гальваностате AUTOLAB PGSTAT302N.
Положения, выносимые на защиту
1 Механизмы растворения МИГ' под действием электрического тока в соляной кислоте.
2 Значения степени заполнения поверхности МИГ' атомами кислорода при растворении под действием постоянного тока в соляной кислоте.
3 Лимитирующие стадии и способы интенсификации процессов растворения сырья, содержащего МИГ', под действием электрического тока в соляной кислоте.
4 Влияние различных типов электрического тока на показатели растворения МГГГ' в соляной кислоте. Оптимальные типы тока для процессов электрохлорирования сырья, содержащего МГГГ', обеспечивающие промышленно значимые скорости растворения, суммарное извлечение металлов в раствор не менее 99 % и отсутствие пассивации.
5 Результаты разработки и внедрения технологий электрохлорирования сырья, содержащего МГГГ', в аффинажном цехе АО «ЕЗ ОЦМ».
Степень достоверности и апробация результатов
Достоверность результатов обеспечивается надёжностью исходных данных, применением современных средств и методик проведения эксперимента, аттестованных методик выполнения измерений и ответственным подходом автора к обработке результатов. Результаты исследований подтверждаются их воспроизводимостью. Технология электрохлорирования порошка родия внедрена в аффинажном цехе АО «ЕЗ ОЦМ» в 2014 г.
Результаты исследований доложены на четырёх международных конференциях. По теме диссертации опубликованы три статьи в рецензируемых научных изданиях, определённых ВАК. Тезисы доклада одной конференции и три статьи индексированы базой данных Scopus.
Личный вклад автора
Научно-теоретическое обоснование, формирование цели и направлений исследований, непосредственное участие в проведении лабораторных, промышленных исследований и в проектировании, обработка, анализ, обобщение и внедрение результатов исследований, подготовка научных публикаций.
✅ Заключение
2 Предложен механизм растворения МПГ под действием электрического тока в соляной кислоте - электрохлорирование. Механизм реализуется за счёт взаимодействия МИГ с атомарным хлором, выделяющимся непосредственно на поверхности частиц растворяемого сырья.
3 Определена степень заполнения поверхности платинового электрода атомами кислорода при растворении под действием постоянного тока - 100 % - при потенциале +0,68 В относительно водородного электрода сравнения и скорости его увеличения 10-90 мВ/с, в 12 М растворе соляной кислоты, за время 11-94 с. Для родия и иридия получены аналогичные данные. Причины пассивации связаны с хемосорбцией атомов кислорода.
4 Установлено, что скорость процессов электрохлорирования сырья, содержащего МИГ, лимитируется стадиями электроокисления хлорид-ионов и/или хемосорбции атомарного хлора, на что во всех рассмотренных случаях указывает определённый порядок реакции, равный единице.
5 Определены оптимальные типы тока для процессов электрохлорирования сырья, содержащего МПГ, обеспечивающие промышленно значимые скорости растворения, суммарное извлечение металлов в раствор не менее 99 % и отсутствие пассивации: порошок родия - периодический ток с длительностью прохождения его в прямом и обратном импульсах 1/1 мин/мин; полупродукты, содержащие МПГ, - постоянный ток.
6 Установлено, что процесс электрохлорирования порошка родия под действием периодического тока с длительностью прохождения его в прямом и обратном импульсах 1/1 мин/мин реализуется в смешанном режиме. Интенсификация процесса возможна за счёт увеличения плотности тока.
Установлено, что процессы электрохлорирования дисперсных полупродуктов, содержащих МИГ, при использовании постоянного тока, катионообменной мембраны Nafion N117 и перемешивающего устройства проходят в смешанном режиме. Интенсификация процессов возможна за счёт увеличения плотности тока и использования электрохлоратора, работающего под избыточным давлением. При этом должны быть увеличены площадь поверхности мембраны и скорость перемешивания анолита, а также использовано перемешивающее устройство турбинного типа.
7 Разработана, научно обоснована и внедрена в аффинажном цехе АО «ЕЗ ОЦМ» технология электрохлорирования порошка родия. Спроектирован и введён в эксплуатацию промышленный электрохлоратор. С 2014 г. переработано свыше 135 кг порошка родия. Из раствора родиевой кислоты произведено более 1,3 т раствора нитрата родия. Получен акт внедрения.
8 Разработаны эскиз и техническое задание на проектирование промышленного электрохлоратора для растворения полупродуктов, содержащих МИГ.
Актуальность и практическая ценность результатов диссертационной работы подтверждена экспертным заключением АО «ЕЗ ОЦМ», приведённым в приложении Д.
Направления дальнейших исследований
1 Технология электрохлорирования порошка родия:
- внедрение системы автоматического дозирования соляной кислоты;
- использование мешков из иглопробивного фторопластового материала (увеличение плотности тока);
- замена электродов из высокоплотного графита марки «УМГ-И» на танталовые электроды (увеличение срока службы и плотности тока);
- внедрение системы циркуляции электролита (снижение диффузионных затруднений);
- использование электрохлоратора для получения хлорсодержащих кислот других МИГ: предварительные эксперименты показали, что в сравнении со скоростью электрохлорирования родия (сила тока 100 А), скорость электрохлорирования иридия меньше в 4 раза (сила тока 100 А), рутения - в 6,3 раза (сила тока 50 А).
2 Технология электрохлорирования полупродуктов, содержащих МИГ:
- проектирование и внедрение на участке аффинажа платины АО «ЕЗ ОЦМ».



