§ 6. Получение металлов группы платины при переработке использованных катализаторов

Загрязнение атмосферы выхлопными газами из автомобилей может быть почти полностью устранено использованием бензина с низким содержанием свинца и установкой в выхлопной трубе двигателя каталитических устройств, обеспечивающих полное дожигание выхлопных газов автомобилей.

Каталитические устройства выполняются в виде пористых блоков, изго­товленных из кордиерита (2MgO, 2AI2O3, 5Si0₂), тонкого слоя глинозема с по­крытием металлами платиновой группы: платина, палладий, радий. Срок службы таких устройств ограничен, и, следовательно, через конкретный пери­од времени каталитические устройства оказываются в категории отходов. Проблема переработки этих отходов может успешно решаться с использова­нием плазменной техники.

В мировой практике катализаторы изготавливаются двух типов: двух- и трехсторонними. Обычное содержание металлов в таких устройствах оказыва­ется соизмеримым с их содержанием в первичной руде: для двухсторонних катализаторов, % мае: платины 0,1, палладия - 0,036; для трехсторонних, % мае: платины 0,23, радия - 0,045.

Извлечение этих металлов из использованных катализаторов осуществ­ляется путем переплава с добавлением железа для сбора металлической со­ставляющей расплава и отделения металлов от расплава шлака. Полученная смесь металлов (железо, платина, палладий, радий) в последующем разделяет­ся гидрометаллургическим способом.

Эксплуатация первой плазменной установки для переработки каталити­ческих устройств началась в 1984 году в Аннистоне (США, штат Алабама). Лицензионное соглашение было заключено между фирмами Texsgulf и Tetro­nics. В 1988 году процесс был передан фирме Multimetco, Inc.

Рис. 14.30. Плазменная печь Tetronics PGM фирмы Mul­timetco:

1 - футеровка; 2 - плазмотрон; 3 - механизм пространственного перемещения плазмотрона; 4 - токоподвод; 5 - загрузочное отверстие в своде; 6, 7 - летки для металла и шлака; 8 - анод; 9 - подина печи; 10 - шлак; 11 — металл; 12 - ковш для шлака

Конструктивная схема используемой плазменной печи приведена на рис. 14.30. Электропечь имеет диаметр 1,7 м и снабжена перемещающимся в пространстве печи плазмотроном мощностью 2 МВт, постоянного тока конст­рукции фирмы Tetronics.

Размельченные пористые катализаторы смешивают с известью и другими добавками и непрерывно загружают в печь со скоростью около 1 т/ч. Перио­дически после каждого слива металла в печь подают железный скрап.

Рис. 14.31. Плазменная система - прототип печи, использованной в процессе восстановления PGM Matthey:

/ - плазмотрон; 2 - охлаждение, газо- и энергоснабже­ние плазмотрона; 3 - загрузка шихты; 4 - система га­зоудаления, 5 - изоляционное покрытие; 6 - графито­вый экран и гарнисаж; 7 - анод; 8 - токопроводящий тигель; 9 - шлак; 10- металл; 11 - летка

Загружаемые материалы плавятся при температурах 1450... 1700 °С, рас­плавленный шлак непрерывно выпускается из печи в шлаковню, а металлы платиновой группы собираются в объеме расплавленного железа на угольном поде. При достижении концентрации металлов в железе 10... 15 % расплав ме­таллов сливается через летку.

Фирмой Johnson Matthey - изготовителем катализаторов для выхлопных газов автомобилей, в технологическом центре г. Редиге, Великобритания, создана плазменная печь мощностью 100 кВт, обеспечивающая производи­тельность 30 кг/ч. В разработке печи принимала участие фирма Plasma Sys­tem Ltd.

Конструктивная схема электропечи приведена на рис. 14.31. На печи ус­тановлено три плавильных плазмотрона симметрично относительно централь­ной оси графитового тигля емкостью 100 кг. В нормальном режиме работы три дуговых разряда имеют объединенное анодное пятно на поверхности шлака. Рабочий ток - 600 А, напряжение - 200 В, длина дуги - 400 мм, ток постоян­ный, плазмообразующий газ - аргон.

Графитовый экран, установленный внутри тигля, защищает анод от слу­чайных пробоев и обеспечивает направленный слив шлака и металлов.

Измельченные автокатализаторы смешиваются с известью и железной стружкой в пропорции, % мае: материал катализатора - 85, известь - 11, же­лезо - 4. Предварительно смесь подогревается до температуры 1200 °С, вво­дится в печь вибрационным питателем с производительностью 0,5 кг/мин. Пе­риодически печь отключается для слива расплавов путем наклона печи.

Введение извести позволило снизить рабочие температуры до 1500... 1600 °С.

Установлено, что при средней температуре 1550 °С в расплав железа пе­реносится 98,7 % платины и 97,2 % палладия. Удельный расход электроэнер­гии составляет 3200 кВт-ч/т.

1Разработка НГТУ, ИТПМ СО РАН и фирмы «Самсунг» (Южная Корея).

2Использованы материалы монографии «Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела» / М.Ф. Жуков, Е.И. Карпенко, B.C. Перегудов и др. - Новосибирск: Наука, 1995. - 304 с.

3Плазмотермическая переработка твердых отходов / В.П. Лукашев, СП. Ва-щенко и др. - Экология и промышленность России. Ноябрь 2005. - С. 4-9.

4Материал подготовлен совместно с Э.К. Урбахом.

5Работы выполнены Под руководством В.Г. Самусева.

6А.с. 89933 СССР/ Б.Р. Лазаренко.

7Пат. 1732561 РФ / В.А. Фалеев.

8Цветков Ю.В., Панфилов СЛ. Низкотемературная плазма в процессах вос­становления. - М.: Наука, 1980. - 359 с.

9Плазменная металлургия / Ю.В. Цветков, А.В. Николаев, С.А. Панфилов и др. - Новосибирск: Наука, 1992. - 265 с.

10Технологические особенности плавки стали в дуговой печи постоянного тока / Г.Н. Окороков, Ал.Г. Шалимов, А.И. Донец и др. // Материалы семинара «Урал - Эл-сталь 90». Ижевск, 24 - 28 мая 1993 г. - С. 26 - 71.

11Ас. 772243 СССР. Шахтная плазменно-дуговая электропечь / B.C. Чередни­ченко, А.В. Носиков и др.

12А.с. 375972 СССР. Способ комплексной переработки полиметаллического сырья / Ю.Ф. Фролов, Ю.Ф. Пилюков, B.C. Чередниченко и др.

13А.с. 575005 СССР. Устройство для комплексной переработки полиметалличе­ского сырья / Ю.Ф. Фролов, Ю.Ф. Пилюков, B.C. Чередниченко и др.

14А.с. 574478 СССР. Установка для комплексной переработки полиметалличе­ского сырья / Ю.Ф. Фролов, Ю.Ф. Пилюков, B.C. Чередниченко и др. - Опубл. 30.09.77.-БИ№ 36.

15А.с. 392744 СССР. Плазменная электропечь для переработки комплексных полиметаллических материалов / B.C. Чередниченко, К.М. Хасин и др.

16А.с. 963322 СССР. Способ получения титанового порошка / М.Ф. Жуков, А.К. Петрунько, B.C. Чередниченко и др.

17Plasma Technology for a better Environment / Ed. by R. Wolf - P.: UIE, 1992. -

144 p. ' .