CC BY
6
УДК 541.49 + 541.8; 669.21/23; 622.7
Кузнецов М.В.,
доктор химических наук, главный научный сотрудник
ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), г. Москва, РФ
ИССЛЕДОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ МИНЕРАЛЬНОГО
И ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ
Аннотация
Разработаны экологически безопасные процессы переработки сырьевых и техногенных материалов, содержащих благородные металлы, с целью их извлечения и повторного использования. Основой предлагаемой технологии служит концепция донорно-акцепторных электронно-транспортных (ДАЭТ) систем, учитывающая растворение металлов в водно-органических средах.
Ключевые слова: благородные металлы, донорно-акцепторные связи, растворение, водно-органические среды, селективность, аффинаж.
Предлагаются нетрадиционные технологические подходы к переработке сырьевых материалов, содержащих металлы и их оксиды. Постановка задачи стала возможной благодаря исследованиям их реакционной способности в водных и водно-органических комплексообразующих средах. Конечной целью исследований является создание эффективной и экологически чистой нетрадиционной технологии переработки минерального и техногенного сырья, содержащего ценные (в том числе - благородные) металлы. Можно выделить следующие наиболее актуальные задачи в рамках предлагаемых технологических подходов: селективное извлечение платиноидов, золота и серебра из упорных руд и концентратов; селективное извлечение золота с поверхности изделий радиоэлектронной техники без нарушения поверхности подложки, сплава или керамики; селективное извлечение серебра и платиноидов из отработанного катализатора на оксидном носителе (модифицированном оксиде алюминия) без нарушения состава и структуры носителя; селективное извлечение платиноидов из «сотовых» нейтрализаторов отходящих газов автотранспорта без нарушения структуры и состава носителя; селективное удаление «каталитических ядов» с поверхности отработанного сетчатого металлического платиноидного катализатора, с последующей активацией катализатора. Недостаточная эффективность или экологическая непремлемость существующих в настоящее время процессов извлечения благородных металлов из сырьевых материалов или при вторичной переработке обуславливает необходимость разработки селективных технологических подходов, когда избирательное воздействие приводит к сокращению числа технологических стадий и количества побочных продуктов.
Основой для решения этих задач послужили результаты многолетних исследований принципов управления реакционной способностью металлов и их оксидов по отношению к жидкой фазе. Развитие представлений о процессе растворения металлов и оксидов в органических и водно-органических средах привело к созданию концепции донорно-акцепторных электронно-транспортных (ДАЭТ) систем. Согласно этой концепции, определяющую роль в окислительно-восстановительных реакциях, связанных с процессами растворения и осаждения металлов и оксидов в донорно-акцепторных средах играют промежуточные частицы - продукты донорно-акцепторного взаимодействия компонентов жидкой фазы между собой и с поверхностью твердой фазы. В основу конструирования ДАЭТ-систем была положена гипотеза о том, что система А + М0 (окислительное растворение металла, А - акцептор электронов) и система D+MxOy (восстановительное растворение оксида, D - донор электронов) для процессов растворения металлов могут быть заменены на систему ^*А] (донорно-акцепторный комплекс). В растворе или под влиянием поверхности твердого тела (как поляризующего агента) молекулярные комплексы р*А] претерпевают дальнейшее превращение с полным переносом электрона с донора на акцептор. При этом в системе генерируются новые частицы, способные растворять металлы или оксиды.
Реакционная способность (окисление или восстановление) и селективность действия промежуточных частиц зависит от температуры, соотношения компонентов жидкой фазы и природы комплексообразователя. Так было установлено, что благородные металлы (Ag, Аи, Р^ Pd, ЯЪ) в отдельности растворяются в ДАЭТ-системах при определенных соотношениях компонентов жидкой фазы - донора и акцептора. Для ряда благородных металлов (например, золота и палладия) был осуществлен температурно регулируемый окислительно-восстановительный процесс переноса металлической фазы через жидкую фазу (растворение-осаждение). Это позволило прийти к принципиально новому решению проблемы селективности процессов взаимодействия поверхности металлсодержащих материалов с жидкой фазой. Основными направлениями использования систем, рассчитанных на селективное извлечение платиноидов и золота, являются, например:
Переработка нейтрализаторов въгхлопнъгх газов автотранспорта. Осуществлено извлечение платиноидов (платины, родия и палладия) из отработанных каталитических нейтрализаторов выхлопных газов автотранспорта с сохранением состава и структуры оксидного носителя - модифицированного оксида алюминия.
а) б)
Рисунок 1 - а) отработанный «нейтрализатор», содержащий благородные металлы; б) оксидный каркас - носитель после извлечения благородных металлов.
Извлечение платины, родия и палладия было проведено в водной трехкомпонентной системе. При комнатной температуре процесс протекает примерно сутки, а при температуре 800С - 30-60 мин. После осаждения металлов при комнатной температуре получают товарный трехкомпонентный сплав платиноидов (платина-родий-палладий), из которого формируется раствор для последующего изготовления нейтрализатора путем осаждения каталитически активных металлов на поверхность свежего носителя сотового или иного типа. Оксидный носитель, уже не содержащий благородные металлы, может быть также повторно использован.
Извлечение платиноидов из отработанных катализаторов корочкового типа. Аналогичным образом платиноиды могут быть извлечены из гранулированных катализаторов (Рис.2). Светлые оксидные образцы можно использовать в процессе изготовления носителей любого типа.
Извлечение золота с поверхностей деталей электронной техники. Вышеописанные технологические подходы могут быть также реализованы с целью селективного извлечения и дальнейшей аффинажной переработки золота из отработанных деталей электронной техники (Рис.3).
Рисунок 2 - Темные образцы - отработанный катализатор, светлые образцы - они же после извлечения платиноидов.
Рисунок 3 - Слева - образцы, с поверхностей которых селективным образом удалено золото, справа -
золотосодержащие образцы до обработки.
Предполагается дальнейшая разработка технологических подходов, рассчитанных на селективное извлечение драгоценных металлов и расширение базы сырьевых материалов, требующих селективной переработки в конечные ценные продукты.
© Кузнецов М. В., 2021
УДК 661.961; 66.081.6; 546.98
Кузнецов М.В.,
доктор химических наук, главный научный сотрудник
ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), г. Москва, РФ
ИННОВАЦИОННЫЕ ПОДХОДЫ К ПРОИЗВОДСТВУ СВЕРХЧИСТОГО ВОДОРОДА ЗА СЧЁТ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ МЕМБРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Аннотация
Предложена опытная полупромышленная технология производства сверхчистого водорода. Основный узлом в установках, с помощью которых осуществляется практическая реализация предлагаемых технологических подходов, является мембранный модуль, сформированный из сверхтонких фольг, изготовленных из палладиевых сплавов. Фольги толщиной менее 10 мкм удалось получить с применением технологии изготовления сусального золота.
Ключевые слова:
чистый и сверхчистый водород, сверхтонкие палладиевые мембраны, фольги, мембранные модули, топливный процессор.
Чистый и сверхчистый водород широко востребован и используется в различных отраслях промышленности. В перспективе водород также может быть рассмотрен в качестве экологически безвредного и высокоэффективного энергоносителя в двигателестроении. Существуют несколько способов получения чистого и сверхчистого водорода. Наиболее перспективным в экономическом и производственном плане является способ, основанный на выделении водорода из газовой смеси с помощью палладиевых мембран. Металлический палладий особым образом взаимодействует с водородом. В принципе, водород растворяется во многих металлах, но только палладий буквально впитывает его в себя. При комнатной температуре один объём палладия поглощает до 900 объёмов водорода. Палладий образует гидриды и твёрдые растворы с водородом. На границе с металлом водород распадается на атомы и в таком виде фильтруется внутрь. На избирательном поглощении водорода палладием, а также на способности водорода селективно диффундировать через любой слой палладия
