Экологически безопасную технологию извлечения платины из отработанных катализаторов разработали исследователи из Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета. Новый подход позволяет выделять из вторсырья до 98% благородного металла, при этом сводит к нулю выбросы опасных газов.
Платина — ценное сырье для нефтепереработки, автомобилестроения, химической промышленности. Сейчас, когда легкодоступные месторождения этого металла постепенно иссякают, добывать новую руду приходится на все бóльших глубинах, что сопряжено с трудностями и финансовыми затратами. Перспективная альтернатива — извлечение платины из вторсырья, например, отслуживших свое автомобильных и нефтехимических катализаторов, в которых благородный металл нанесен на керамическую основу. Но и у этого подхода есть недостаток: обычно эта технология задействует ядовитые вещества (например, нитраты), а процесс сопровождается выбросами токсичных газов.
Экологичное решение задачи представили сибирские исследователи, заменив агрессивные реагенты на перекись водорода и соляную кислоту. Для извлечения металла из вторсырья ученые использовали автоклав — герметичный реактор, в котором растворы реагентов нагреваются под высоким давлением, предотвращающем их выкипание.
Сама по себе платина не растворяется в соляной кислоте, поэтому, чтобы запустить процесс, металл в составе вторсырья предварительно окисляется перекисью водорода. Параллельно в результате реакции перекиси с соляной кислотой образуется молекулярный хлор. Будучи сильным окислителем, этот газ легко добирается до частиц платины и быстро реагирует с ними, ускоряя растворение металла в соляной кислоте. При этом он постоянно регенерирует под действием перекиси. Несмотря на токсичность хлора, процесс остается безопасным для окружающей среды: газ полностью расходуется в изолированном пространстве автоклава.
Руководитель проекта, ведущий научный сотрудник ИХХТ СО РАН, доктор химических наук Олег Владиславович Белоусов держит кварцевый лабораторный автоклав.
Фото: Анастасия Тамаровская / ФИЦ КНЦ СО РАН
В результате платина под действием окислителей растворяется в соляной кислоте. При этом керамическая основа отработанного катализатора сохраняет целостность, благодаря чему раствор с ценным металлом легко отделяется от керамики посредством фильтрации. На заключительном этапе платина выделяется из раствора с помощью одного из распространенных методов — например, осаждения. На выходе технология позволяет получать благородный металл в удобной, термодинамически устойчивой форме.
Важное преимущество подхода — возможность управления процессом путем изменения концентрации соляной кислоты. Это позволяет быстро и полноценно растворять даже трудноизвлекаемые формы платины.
«Сложность извлечения платины из отработанных катализаторов заключается в ее природной химической инертности и способности образовывать труднодоступные формы, при использовании традиционных методов вскрываемые с помощью агрессивных и токсичных реагентов (“царской водки”, хлора), — объяснил корреспонденту «Научной России» старший научный сотрудник лаборатории гидрометаллургических процессов Института химии и химической технологии СО РАН (подразделения КНЦ СО РАН), кандидат химических наук Роман Владимирович Борисов. — Управляемость нашего процесса заключается в возможности варьировать концентрацию соляной кислоты: при повышении ее до 6 моль/л пероксид водорода генерирует молекулярный хлор прямо внутри реактора. Хлор работает как высокоэффективный промежуточный окислитель непосредственно на поверхности металла, постоянно регенерируя и гарантируя полный перевод даже трудноизвлекаемой платины в раствор без вредных выбросов в атмосферу».
Старший научный сотрудник ИХХТ СО РАН, кандидат химических наук Роман Владимирович Борисов на фоне стеклянного реактора и автоклава.
Фото: Анастасия Тамаровская / ФИЦ КНЦ СО РАН
Детали работы ученые представили в журнале «Цветные металлы». Исследование проведено при поддержке Российского научного фонда (проект №25–29–00159). В перспективе технологию можно будет масштабировать, адаптировав подход для комплексной переработки платиносодержащего вторсырья.
«Масштабирование технологии вполне осуществимо, так как она базируется на стандартном гидрометаллургическом оборудовании — автоклавах, надежно “запирающих” все газообразные реагенты внутри системы, — сказал Р.В. Борисов. — Ключевой технологический нюанс заключается в необходимости поддержания герметичности и заданных температурных параметров (до 160 °С), что позволяет полностью исключить дорогостоящие и сложные системы газоочистки, сделав процесс замкнутым и экологически безопасным. В ближайших планах — адаптация разработанной схемы для комплексной переработки реальных многокомпонентных промышленных отходов, в первую очередь отработанных автомобильных и нефтехимических катализаторов».
Новая технологическая схема также может пригодиться и в других областях — для аналитической пробоподготовки и получения высокочистых платиносодержащих прекурсоров (соединений-«предшественников», которые используются для синтеза различных целевых веществ).
«Для аналитической пробоподготовки и синтеза прекурсоров главное преимущество метода — полное исключение нитратов и токсичных газообразных отходов, что гарантирует высочайшую чистоту конечных растворов и отсутствие побочных примесей, — подчеркнул Р.В. Борисов. — Что касается адаптации технологии, то сам процесс лишь незначительно корректируется по времени и температуре в зависимости от дисперсности сырья, а получаемый термодинамически устойчивый гексахлороплатинат(IV)-ион идеально подходит для дальнейших химических синтезов. Это критически востребовано в лабораториях нефтеперерабатывающих и химических предприятий, а также при производстве новых катализаторов и материалов электронной промышленности».
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Фото на превью и на странице: Анастасия Тамаровская / ФИЦ КНЦ СО РАН.
