Учёные Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН) нашли решение одной из самых сложных задач металлургии — как эффективно извлекать редкие платиновые металлы из промышленных отходов. Они предложили технологию, которая заменяет токсичные многоступенчатые процессы безопасным методом с использованием соляной кислоты и кислорода под давлением. По словам разработчиков, технологию можно быстро внедрить на производствах с титановым оборудованием. Это открывает новые возможности для создания замкнутого цикла переработки и укрепления технологического суверенитета. Результаты опубликованы в журнале «Цветные металлы».
В лабораторных условиях ученые проверили растворение двух материалов
Родий и иридий — стратегически важные металлы, применяемые в автомобильных катализаторах для снижения уровня выбросов угарного газа и других токсичных веществ. В ювелирных сплавах используются для покрытия белого золота, чтобы придать блеск и улучшить устойчивость к коррозии. Также благодаря своей высокой проводимости, из них производят контакты и проводники для электроники. Оба металла находят применение благодаря своей химической стабильности, высокой температурной устойчивости и коррозионной стойкости, что делает их незаменимыми в ряде промышленных процессов и технологий.
В России родий добывают в основном в Норильске и получают как побочный продукт при переработке руд, содержащих платину и никель. Несмотря на скромные объёмы, местная добыча играет важную роль для мировой индустрии. Из-за высоких цен и ограниченности природных запасов компании всё больше переходят на переработку использованных катализаторов. Это не только снижает зависимость от природных ресурсов, но и делает металл немного доступнее. Так что родий — это металл будущего.
Почему родий один из самых дорогих металлов в мире?
Родий — это один из тех металлов, о которых большинство людей даже не слышали, но при этом он стоит дороже золота, около $160–180 за грамм. На него огромный спрос со стороны автопрома. При этом родий не добывают отдельно: он не существует в виде самостоятельных месторождений. Производство очень сложное: процесс отделения родия от других платиноидов (платины, палладия) является многоступенчатым и энергоёмким.
Основное достоинство родия и иридия — высокая химическая стойкость — является одновременно и проблемой. Их трудно растворить, и они почти не вступают в химические реакции. Существующие промышленные методы извлечения этих металлов являются сложными, многостадийными и экологически грязными, требующими значительных усилий для их утилизации. Традиционные технологии используют хлор и азотную кислоту, что сопровождается выбросами вредных газов и большими потерями сырья. Это делает извлечение родия и иридия из концентратов и вторичного сырья чрезвычайно сложной задачей.
Химики из Красноярска предложили новый метод — автоклавное растворение в соляной кислоте под высоким давлением кислорода. Такой способ исключает токсичные реагенты и подходит для переработки различных материалов — от концентратов благородных металлов до электронного лома и отработанных катализаторов.
В лабораторных условиях учёные проверили растворение двух материалов — чистого родиевого порошка и сплава родия с иридием. Опыты проходили в титановом автоклаве при температуре 190 градусов Цельсия. Исследователям удалось добиться почти полного извлечения в раствор драгоценных металлов из трудно перерабатываемых материалов. Порошок аффинированного родия, который обычно считается практически нерастворимым, полностью переходил в раствор всего за 2 часа. Даже более сложный для переработки сплав родия с иридием показал хороший результат: за 8 часов в раствор переходило 87% родия и 95% иридия.
«Родий и иридий — стратегически важные, но исключительно редкие металлы. Разработанная технология крайне важна для промышленности, так как решает сразу несколько критических задач: снижает потери драгоценных металлов, устраняет необходимость утилизации вредных газов и позволяет вовлекать в хозяйственный оборот ценные вторичные ресурсы, снижая зависимость от добычи нового сырья. Вместо того чтобы полагаться лишь на добычу из недр, промышленность получает безопасный инструмент для замкнутого цикла, сокращая потери ценных ресурсов, что особенно актуально на фоне растущего спроса на редкие металлы платиновой группы во всём мире. К тому же мы показали, что титановый автоклав успешно выдерживает агрессивные условия процесса», — рассказал руководитель работы, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Олег Белоусов.
Доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Олег Белоусов
Проект поддержан Российским научным фондом. Учёные отмечают, что технология может быть масштабирована на действующих предприятиях и стать частью будущего научно-производственного кампуса в Красноярске, что укрепит технологическую независимость России в области переработки редких металлов.
Отметим, что для эффективного извлечения редких платиновых металлов важно учитывать конкретный состав отходов, экономическую целесообразность различных методов и экологические аспекты.
Егор Петров
