Автоклавное растворение платиновых металлов в солянокислых окислительных средах

Представлены результаты исследования особенностей процессов растворения металлических платины, родия и иридия в растворах соляной кислоты в гидротермальных автоклавных условиях. В качестве окислителя использован пероксид водорода. Твердые и жидкие фазы приводили в контакт после достижения заданной температуры, что является критически важным при изучении кинетики растворения родиевой черни и платиновой пластинки ввиду высоких скоростей этих процессов. Концентрации металлов в растворах определяли методами атомно-абсорбционной спектроскопии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Формы нахождения хлорокомплексов родия, иридия и платины в растворах устанавливали
спектрофотометрически. В результате экспериментов определены режимы количественного растворения платиновой пластинки и родия (в виде аффинированного порошка и пластинки) и показано, что при t = 210 °С в среде 6М соляной кислоты с добавкой 5 об.% пероксида водорода иридий, взятый в виде аффинированного порошка, переходит в раствор на 50 % в течение более 50 ч, тогда как платиновая пластинка растворяется полностью при t = 130 °С примерно за 120 мин. Согласно анализу кинетических данных с использованием модели сжимающегося ядра, родиевая чернь и аффинированные порошки родия и иридия растворяются в автоклавных условиях в кинетическом режиме. Полученные результаты могут применяться как в аналитической химии для количественного определения инертных платиновых металлов, так и в аффинажном производстве для усовершенствования технологии переработки сырья, содержащего металлы платиновой группы (МПГ), и оптимизации подходов к синтезу чистых хлорокомплексных соединений МПГ.

1. Буслаева Т.М., Симанова С.А. Состояние платиновых металлов в солянокислых и хлоридных водных растворах. Палладий, платина, родий, иридий. Коорд. химия. 1999. Т. 25. No. 3. С. 165—176.

2. Mpinga C.N., Eksteen J.J., Aldrich C., Dyer L. Direct leach approaches to Platinum Group Metal (PGM) ores and concentrates: A review. Miner. Eng. 2015. No. 78. P. 93— 113. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2015.04.015.

3. Sahu P., Jena M.S., Mandre N.R., Venugopal R. Platinum group elements mineralogy, beneficiation, and extraction practices — An overview. Miner. Process. Extract. Metall. Rev. 2020. P. 1—14. https://doi.org/10.1080/08827508.2020.1795848.

4. Gökelma M., Birich A., Stopic S., Friedrich B. A review on alternative gold recovery re-agents to cyanide. J. Mater. Sci. Chem. Eng. 2016. Vol. 4. No. 8. P. 8—17. https://doi.org/10.4236/msce.2016.48002.

5. Yu L., Li S., Liu Q., Deng J., Luo B., Liang Yu., Zhao L., Lai H. Gold recovery from refractory gold concentrates by pressure oxidation pre-treatment and thiosulfate leaching. Physicochem. Probl. Miner. Process. 2019. Vol. 55. No. 2. P. 537—551. https://doi.org/10.5277/ppmp18166.

6. Zaytsev P.V., Fomenko I.V., Chugaev L.V., Shneerson Ya.M. Pressure oxidation of double refractory raw materials in the presence of limestone. Tsvetnye Metally. 2015. No. 8. P. 41—49. https://doi.org/10.17580/tsm.2015.08 .05.

7. Simmon G.L., Baughman D.R., Gathje J.C., Oberg K.C. Pressure oxidation problems and solutions: treating carbonaceous gold ores containing trace amounts of chlorine(halogens). Min. Eng. 1998. Vol. 50. No. 1 . P. 69—73.

8. Ding Y., Zhang S., Liu B., Zheng H., Chang C. C., Ekberg C. Recovery of precious metals from electronic waste and spent catalysts: A review. Resources, Conserv., Recycl. 2019. Vol. 141. P. 284—298. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2018.10.041.

9. Islam A., Ahmed T., Awual M.R., Rahman A., Sultana M., Abd Aziz A., Hasan M. Advances in sustainable approaches to recover metals from e-waste-A review. J. Clean. Product. 2020. Vol. 244. Art. 118815. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.118815.

10. Salman K., Yen-Peng T. Recycling pathways for platinum group metals from spent automotive catalyst: A review on conventional approaches and bio-processes. Resources, Conserv., Recycl. 2021. Vol. 170. Art. 105558. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2021.105588.

11. Padamata S.K., Yasinskiy A.S., Polyakov P.V., Pavlov E.A., Varyukhin, D.Y. Recovery of noble metals from spent catalysts: A review. Metall. Mater. Trans. B. 2020. Vol. 51. No. 5. P. 2413—2435. https://doi.org/10.1007/s11663020-01913-w.

12. Oraby E.A., Li H., Eksteen J.J. An alkaline glycine-based leach process of base and precious metals from powdered waste printed circuit boards. Waste Biomass Valoriz. 2020. Vol. 11. No. 8. P. 3897—3909. https://doi.org/10.1007/s12649-019-00780-0.

13. Batnasan A., Haga K., Shibayama A. Recovery of precious and base metals from waste printed circuit boards using a sequential leaching procedure. JOM. 2018. Vol. 70. No. 2. P. 124—128. https://doi.org/10.1007/s11837-017-2694-y.

14. Miller J.D., Wan R.Y., Díaz X. Preg-robbing gold ores. In: Gold ore processing. Amsterdam, The Netherlands: Elsevier, 2016. Р. 885—907. https://doi.org/10.1016/B978-0444-63658-4.00049-9.

15. Liu G., Wu Y., Tang A., Li B. Recovery of scattered and precious metals from copper anode slime by hydrometallurgy: A review. Hydrometallurgy. 2020. Vol. 197. Art. 105460. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2020.105460.

16. Upadhyay A., Lee J.-C., Kim E., Kim M.S., Kim B.Su., Kumar V. Leaching of platinum group metals (PGMs) from spent automotive catalyst using electro-generated chlorine in HCl solution. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2013. Vol. 88. P. 1991—1999. https://doi.org/10.1002/jctb.4057.

17. Lobko S.V., Kuzas E.A., Naboychenko S.S., Voinov V.N. Electrochlorination of secondary raw materials containing precious metals using a volumetric current supply. Tsvetnye Metally. 2017. No. 3. P. 45—49. https://doi.org/10.17580/tsm.2017.03.07.

18. Belousov O.V., Belousova N.V., Borisov R.V., Ryumin A.I. Extraction of trace elements from platinum group metal concentrates in hydrothermal conditions. Tsvetnye Metally. 2021. No. 6. P. 23—30. https://doi.org/10.17580/tsm.2021.06.03.

19. Belousov O.V., Ryumin A.I., Belousova N.V., Borisov R.V., Grizan N.V., Lobanova O.N. Leaching of impurities from poor intermediate products of refining production in autoclave conditions. Russ. J. Appl. Chem. 2020. Vol. 93. No 7. P. 1054—1058. https://doi.org/10.1134/S1070427220070162.

20. Xingxiang F., Yunan Y., Lin T., Yongjia L., Sen Y., Songyuan Z., Zhihong Y., Ni Y., Fabin Z. Kinetics research on rhenium of the waste platinum-rhenium catalyst under pressure oxygen leaching. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2018. Vol. 439. No. 2. Art. 022009. https://doi.org/10.1088/1757-899X/439/2/022009.

21. Hodgson A.P.J., Jarvis K.E., Grimes R.W., Marsden O.J. Development of an iridium dissolution method for the evaluation of potential radiological device materials. J. Radioanal. Nucl. Chem. 2016. Vol. 307. No. 3. P. 2181—2186. https://doi.org/10.1007/s10967-015-4381-1.

22. Mohanty U.S., Kalliomäki T., Seisko S., Peng C., Rintala L., Halli P., Aroma J., Taskinen P., Lundström M. Dissolution of copper and nickel from nickel-rich anode slimes under oxidized pressure leaching. Miner. Process. Extract. Metall. 2019. P. 1—10. https://doi.org/10.1080/25726641.2019.1670008.

23. Yang Y., Gao W., Xu B., Li Q., Jiang T. Study on oxygen pressure thiosulfate leaching of gold without the catalysis of copper and ammonia. Hydrometallurgy. 2019. Vol. 187. P. 71—80. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2019.05.006.

24. Ubaldini S. Leaching kinetics of valuable metals. Metals. 2021. Vol. 11. No. 1. P. 173. https://doi.org/10.3390/met11010173.

25. Belousova N.V., Belousov O.V., Borisov R.V., Grizan N.V. Specific features of dissolution of metallic rhodium in acid oxidative media under hydrothermal conditions. Russ. J. Appl. Chem. 2019. Vol. 92. No. 8. P. 1102—1106. https://doi.org/10.1134/S107042721908007X.

26. Borisov R.V., Belousov O.V., Dorokhova L.I., Zhizhaev A.M. Features of fine iridium powders dissolution in acidic media. J. Sib. Federal Univ. Chemistry. 2017. Vol. 3. No. 10. P. 325—332. https://doi.org/10.17516/1998-2836-0029.

27. Борисов Р.В., Белоусов О.В., Иртюго Л.А. Термостимулированные превращения высокодисперсных порошков металлов платиновой группы в атмосфере аргона. Журн. физ. химии. 2014. Т. 88. No. 10. С. 1542— 1548.

28. Levenspiel O. Chemical reaction engineering. 2nd ed. N.Y.: John Wiley & Sons, 1972.

29. Hidalgoa T., Kuharb L., Beinlicha A., Putnisa A. Kinetics and mineralogical analysis of copper dissolution from a bornite/chalcopyrite composite sample in ferric-chloride and methanesulfonic-acid solutions. Hydrometallurgy. 2019. Vol. 188. P. 140—156. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2019.06.009.

30. Li M., Wei Ch., Qiu Sh., Zhou X., Li C., Deng Zh. Kinetics of vanadium dissolution from black shale in pressure acid leaching. Hydrometallurgy. 2010. Vol. 104. P. 193—200. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2010.06.001.

31. Ju Zh.-J., Wang Ch.-Y., Yin F. Dissolution kinetics of vanadium from black shale by activated sulfuric acid leaching in atmosphere pressure. Int. J. Min. Process. 2015. Vol. 138. P. 1—5. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2015.03.005.