Способ получения раствора нитрата родия

Способ получения раствора нитрата родия

Реферат

Изобретение относится к области гидрометаллургии благородных металлов, а именно к способам изготовления солей платиновых металлов, и может быть использовано для получения раствора нитрата родия на металлургических и химических производствах.

При изготовлении нейтрализаторов выхлопных газов для автомобильной промышленности используются соединения, содержащие металлы платиновой группы, в частности нитрат родия (Rh(NO₃)₃).

Известен способ получения раствора нитрата родия, включающий вскрытие металлического родия гидрохлорированием, осаждение триодида родия и растворение его в азотной кислоте в присутствии перекиси водорода (патент США №4983372, опубл. 08.01.1991 г.).

Указанный способ требует проведения операций многократного промывания осадка триодида родия водой с целью удаления хлорид-иона, что приводит к снижению выхода целевого продукта и необходимости проведения дополнительных технологических операций по переработке промывных растворов.

Известен способ получения раствора нитрата родия, включающий вскрытие металлического порошка родия хлорированием при температуре 700°С, осаждение триодида родия и его последующее растворение в азотной кислоте в присутствии пероксида водорода (патент РФ №2208586, заявл. 12.19.2000 г., опубл. 20.07.2003 г.).

Однако указанный способ характеризуется значительным количеством высокотемпературных операций, что сопровождается потерями металлического родия и снижает выход целевого продукта. Кроме того, процесс высокотемпературного хлорирования является экологически небезопасным и требует специального аппаратурного оформления из-за высокой агрессивности среды, разрушающей оборудование.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому объекту изобретения является способ получения раствора нитрата родия (И.А.Федоров. «Родий», Наука, М., 1966, с.212-213).

По этому способу металлический порошок родия спекают с перекисью бария (BaO₂), спëк выщелачивают в соляной кислоте, фильтруют, из раствора осаждают сульфат бария, а затем осаждают гидраты родия с их последующим растворением в азотной кислоте.

Однако для этой технологии характерны значительные объемы:

- промывных растворов, образующихся при многократной промывке осадка гидратов родия с целью удаления примесных ионов щелочных, щелочноземельных металлов и хлорид-иона, вследствие чего снижается выход годного в готовый продукт и возникают дополнительные технологические операции по переработке данных растворов;

- маточных растворов, содержащих родий, образующихся при осаждении гидратов родия, вследствие чего снижается выход целевого продукта и возникают дополнительные технологические операции по переработке растворов.

Применение заявляемого способа устраняет вышеуказанные недостатки, обеспечивает получение сразу азотнокислого раствора с дополнительной очисткой от сопутствующих примесей и возвратом реагентов в технологический цикл производства нитрата родия.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка эффективной технологии получения раствора нитрата родия.

Техническим результатом при осуществлении предлагаемой технологии является повышение выхода целевого продукта, а также улучшение экологии процесса получения раствора нитрата родия.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения раствора нитрата родия, включающего спекание металлического родня (Rh) с пероксидом бария, кислотное выщелачивание спека, фильтрацию пульпы. осаждение бария из раствора серной кислотой (H₂SO₄) с получением нерастворимого осадка соединений бария (BaSO₄), согласно изобретению спекание осуществляют при температуре 950-1050°С продолжительностью не менее 12 часов и соотношением металлического родия к пероксиду бария, равным 1:3,5, спек выщелачивают 25%-ным раствором азотной кислоты (HNO₃) при температуре 70-80°С фильтруют с получением нерастворимого осадка, содержащего нитрат бария (Ва(NO₃)₂) и оксиды родия и азотнокислого раствора нитрата родия, содержащего барий, из которого удаляют барий и другие примеси путем осаждения серной кислотой, затем раствор фильтруют и получают готовый раствор нитрата родия, а нерастворимый осадок, полученный от выщелачивания опека, промывают водой от нитрата бария с получением осадка оксидов родия (Rh₂О₃) и раствора нитрата бария, который концентрируют с получением кристаллического нитрата бария, с последующим термическим разложением с получением оксида бария (ВаО), который затем направляют на получение пероксида бария.

При этом процесс выщелачивания спека раствором азотной кислоты осуществляют при соотношении Ж:Т=3:1.

Удаление бария и других сопутствующих неблагородных примесей из азотнокислого раствора нитрата родия путем осаждения серной кислотой ведут при комнатной температуре 48%-ным раствором серной кислоты с последующим концентрированием раствора путем упаривания.

Термическое разложение кристаллического нитрата бария осуществляют при температуре 800°С.

Нерастворимый осадок оксидов родия возвращают на операцию спекания с пероксидом бария.

Разработанный режим спекания (температура, продолжительность, количество пероксида бария) является оптимальным, при котором достигается практически полная степень перехода родия в кислоторастворимую форму.

Снижение температуры спекания ниже 950°С и продолжительности процесса менее 12 часов не обеспечивает достаточного окисления металлического родия и образования кислоторастворимой формы, а увеличение температуры свыше 1050°С может привести к значительному спеканию шихты, что снижает степень растворения родия при выщелачивании опека в азотной кислоте.

Как показали эксперименты, заявляемое соотношение металлического родия и пероксида бария (1:3,5) является необходимым и достаточным: увеличение соотношения пероксида бария к металлу повышает расход реагента при тех же значениях степени растворения металлического родия, а при уменьшении данного соотношения снижает степень растворения, что приводит к уменьшению выхода целевого продукта.

Полученный спек выщелачивают в азотной кислоте с получением раствора нитрата родия и нитрата бария. Процесс осуществляется следующим образом:

Rh₂O₃+6HNO₃=2Рh(NO₃)₃+3Н₂О

ВаО+H₂О=Ва(ОН)₂

Ва(ОН)₂+2HNO₃=Ba(NO₃)₂+H₂O

Исследования показали, что максимальный переход родия в раствор достигается при заявленных параметрах выщелачивания. Повышение температуры более 80°С приводит к значительному испарению выщелачивающего раствора. Концентрация кислоты в растворе является оптимальной и увеличение ее также нецелесообразно, так как не оказывает влияния на степень растворения родия.

Разделение родия и бария в растворе проводили путем выделения бария в осадок серной кислотой с получением сульфата бария:

Ba(NO₃)₂+H₂SO₄=BaSO₂↓+2HNO₃

Нерастворимый осадок после вскрытия спека, содержащий оксиды родия и нитрат бария, промывают водой от нитрата бария с получением осадка оксидов родия и раствора нитрата бария, который концентрируют с получением кристаллического нитрата бария, с последующим термическим разложением с получением оксида бария по реакции

Ba(NO₃)₂=Ba(NO₂)₂+O₂

Ba(NO₂)₂+1/2О₂=ВаО+2NO₂

Полученный оксид бария использовали для изготовления пероксида бария, который направляли в голову процесса - на спекание.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Исходным материалом для получения нитрата родия служил металлический родий с содержанием 99,95%. Спекание с пероксидом бария осуществляли в алундовых тиглях объемом 5,5 дм³ в муфельной печи при температуре 1000°С в течение 12 часов. Исходная шихта имела следующий состав: металлический родий - 3000 г, пероксид бария - 10 500 г. После охлаждения спека его выгружали из тиглей и проводили выщелачивание при температуре 70°С в 25% азотной кислоте объемом 40,5 дм³. После выщелачивания полученную пульпу охлаждали до комнатной температуры, отфильтровывали и подсушивали осадок на фильтре под вакуумом.

Для выведения бария из родиевого раствора проводили осаждение сульфата бария. Родиевый раствор заливали в фарфоровый котел объемом 100 дм³ и доливали 500 см³ серной кислоты квалификации «о.с.ч.», отстаивали в течение 3 часов и проводили упаривание раствора до 13 дм³ с последующей фильтрацией.

Полученный раствор нитрата родия является готовой продукцией. Выход целевого продукта составил 99,1%.

Нерастворимый остаток от вскрытия (выщелачивания) спека, представляющий собой смесь выкристаллизованного нитрата бария и оксидов родия, обрабатывали водой в количестве 180 дм³ при температуре 70°С до полного растворения нитрата бария. После охлаждения осадок оксидов родия отфильтровывали, а раствор нитрата бария упаривали до кристаллизации солей нитрата бария, которые прокаливали при температуре 800°С в муфельной печи в графитовых тиглях. Полученный оксид бария направляли на изготовление пероксида бария, являющегося исходным продуктом для получения нитрата родия.

Были проведены испытания известного способа (наиболее близкого аналога) с использованием того же исходного материала, что и в заявляемом способе.

Результаты сравнительных показателей известного и заявляемого способов представлены в таблице.

Суммарное содержание родия в маточных и промывных растворах, а также потери родия приведены в процентах к содержанию родия в исходном материале.

Технологическая схема получения раствора нитрата родия представлена на чертеже.

Таким образом, заявляемый способ обеспечивает получение раствора нитрата родия и выгодно отличается от известных способов сокращением количества операций, продолжительностью проведения всего технологического цикла, снижением количества промывных и маточных растворов, увеличением выхода целевого продукта - до 99,1%, возвращением реагентов в технологический цикл производства. Предлагаемый способ прост в осуществлении и может быть реализован в стандартных аппаратах.

ТАБЛИЦАСравнительные данные по заявляемому и известному способам
№ п/п	Показатель	Заявляемый способ	Наиболее близкий аналог
1	Выход целевого продукта, %	99,1	94,3
2	Суммарное содержание родия в маточных и промывных растворах (% к исх.)	0,7	5,1
3	Потери родия (% к исх.)	0,2	0,6

1. Способ получения раствора нитрата родия, включающий спекание металлического родия с пероксидом бария, кислотное выщелачивание спека, фильтрацию пульпы, осаждение бария из раствора серной кислотой с получением нерастворимого осадка соединений бария, отличающийся тем, что спекание осуществляют при температуре 950-1050⁰С продолжительностью не менее 12 ч и соотношении металлического родия и пероксида бария равном 1:3,5, спек выщелачивают 25%-ным раствором азотной кислоты при температуре 70-80°С, фильтруют с получением нерастворимого осадка, содержащего нитрат бария и оксиды родия, и азотнокислого раствора нитрата родия, содержащего барий, из которого его удаляют путем осаждения серной кислотой, затем раствор отфильтровывают и получают раствор нитрата родия, а нерастворимый осадок промывают водой от нитрата бария с получением осадка оксидов родия и раствора нитрата бария, который концентрируют с получением кристаллического нитрата бария, с последующим термическим разложением до оксида бария, который затем направляют на получение пероксида бария.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс выщелачивания спека раствором азотной кислоты осуществляют при соотношении Ж:Т равном 3:1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаление бария из азотнокислого раствора нитрата родия путем осаждения серной кислотой ведут при комнатной температуре 48%-ным раствором серной кислоты с последующим концентрированием раствора путем упаривания.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что термическое разложение кристаллического нитрата бария осуществляют при температуре 800°С.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что нерастворимый осадок оксидов родия возвращают на операцию спекания с пероксидом бария.