166075 (599174), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Образующаяся в результате превращений азотистая кислота HNO₂ может частично взаимодействовать с HCl:

HNO₂+ HCl =H₂O + NOCl

NOCl →NO + Cl.

Свободный хлор окисляет иридий, платину, палладий до высших степеней окисления, и в результате образуются нерастворимые гексахлороиридат(IV), гексахлороплатинат(IV) и гексахлоропалладат(IV) аммония, которые загрязняют пентахлоронитрозорутенат. Поэтому соль «нихра‑1» подвергается перекристаллизации. «Нихра‑1» хорошо растворяется в воде и слабых (до 5%-ной концентрации). растворах хлорида аммония в отличие от малорастворимых гексахлороплатината(IV) и гексахлороиридата(IV) аммония. Соль рутения переходит в раствор, а соли иридия и платины остаются в осадке. Таким образом, удается отделить примеси солей платины и иридия. Если раствор рутениевой соли после фильтрации насытить хлоридом аммония до 5%, то получится более чистое соединение – «нихра‑2», которое является исходным продуктом для получения соли «нитрун».

С этой целью готовится раствор NaNO₂ плотностью 1.3, и в нагретый раствор вводится «нихра‑2». При этом происходит ее растворение по реакции:

(NH₄)₂[RuNOCl₅] + 7NaNO₂ + H₂O = Na₂[Ru(NO) (NO₂)₄(OH)] + 5NaCl + 3HNO₂ + 2NH_3.

Реакция идет очень бурно с газовыделением. Затем растворы упариваются и охлаждаются. В условиях насыщения нитритом натрия выпадает соль Na₂[Ru(NO) (OH) (NO₂)₄]2H₂O – «нитрун». Ее растворяют в горячей воде, и из раствора производится осаждение АНГ родия и иридия сухим хлоридом аммония, после отделения которых осаждают соль «нихра‑3». Осаждение данной соли проводится чистой соляной кислотой. При этом тетранитрогидроксонитрозорутенат разрушается, и рутений переходит в пентахлоронитрозорутенат аммония. Окончание разрушения комплекса определяется по прекращению вспенивания и выделения оксидов азота. Чтобы создать необходимые условия для осаждения соли «нихра‑3», вводится сухой NH₄Cl, обеспечивающий насыщение по хлориду аммония.

После промывки «нихра‑3» идет на прокаливание, которое осуществляется в электрических печах, в кварцевых тиглях, при 900 ^оС. Губчатый рутений отмывают водой от хлорида натрия, далее – от кремнезема смесью плавиковой и серной кислот, после чего рутений восстанавливают в трубчатой печи в атмосфере водорода.

4.1.6 Аффинаж осмия

В процессе аффинажа платиносодержащего сырья по «классической» схеме осмий повсюду следует за рутением, образуя однотипные соли (NH₄)₂[OsNO(NO₂)₄OH] и (NH₄)₂[OsNOCl₅], разделение которых, например, фракционной кристаллизацией, не представляется возможным. Как правило, отделение осмия осуществляется на начальной стадии переработки сырья путем его отгонки в виде тетраоксида. Указанная операция проводится в перегонных аппаратах, состоящих из куба и 3–5 последовательно соединенных поглотительных емкостей, в присутствии окислителя (им может быть в том числе и «царская водка»). Поглотительные емкости, содержащие 20%-ную щелочь, охлаждают холодной водой, поскольку повышение температуры 35 ^оC уменьшает улавливание OsO₄. Полнота поглощения достигается добавлением в последний поглотитель, наряду с 10–15%-ным раствором NaOH, также 10–15%-ного раствора сульфида натрия.

HCl берут из расчета 1.5 кг на 1 кг перерабатываемого продукта – ее нагревают до 50–60 ^оС – и на 1 кг HCl вводят 0.2 – 0.3 кг HNO₃. Процесс растворения в первые полчаса идет весьма энергично с выделением газов, поэтому просос воздуха вначале делают небольшим или вообще прекращают до стабилизации процесса, который продолжается в среднем 3–4 часа.

По окончании отгонки оставшийся в кубе раствор направляют на извлечение иридия, родия и других платиновых металлов, а щелочные поглотительные растворы – на выделение осмия.

При поглощении OsO₄ щелочью идет следующая реакция:

OsO₄ + 2NaOH = Na₂[OsO₄(OH)₂].

Добавление в указанный раствор восстановителя – им служит тиосульфат натрия (20 мл на 1 л исходного осмиевого раствора) – сопровождается образованием осмат-иона OsO₄^{2 –} по реакции:

4Na₂[OsO₄(OH)₂] + Na₂S₂O₃ = 4Na₂OsO₄ + Na₂SO₄ + H₂SO₄ + 3H₂O.

Затем в полученный щелочной раствор вносят на холоду кристаллический хлорид аммония, который берется по стехиометрии реакции:

Na₂OsO₄ + 4NH₄Cl = [OsO₂(NH₃)₄] Cl₂ + 2NaCl + 2H₂O.

Образуется желтый осадок осмилтетрамминхлорида – соли Фреми, который быстро отделяют фильтрованием, промывают разбавленным (1:1 – 1:3) раствором соляной кислоты и сушат при температуре порядка 80 ^оС. Необходимо подчеркнуть, что в избытке хлорида аммония возможно частичное растворение соли Фреми с образованием аммиакатов осмия, а при недостатке NH₄Cl осмий осаждается из раствора не полностью. Избежать потерь осмия, таким образом, можно лишь при условии соблюдения точного расчета и тщательного проведения технологических операций.

Высушенный осадок соли осмия помещают в печь и прокаливают в восстановительной атмосфере в течение нескольких часов, постепенно повышая температуру до 700–800 ^оC. Губчатый осмий темно-синего цвета измельчают, просеивают и проваривают в HF – для удаления кремния и в HCl – для удаления неблагородных металлов.

Рассмотрение представленных выше приемов аффинажа металлов платиновой группы, основанных на различиях в свойствах их комплексных соединений и склонности к окислительно-восстановительным превращениям, позволяет сделать вывод, что они позволяют получить металлы высокой степени чистоты, но с низким прямым извлечением в готовую продукцию. Процесс аффинажа – весьма длителен (он продолжается 3–4 недели) и характеризуется большим незавершенным производством. Отсюда вытекает потребность в разработке альтернативных технологий, в частности, экстракционных, которые базируются на результатах многочисленных исследований в области экстракции комплексов платиновых металлов различными классами экстрагентов.

Некоторые сведения по экстракции платиноидов приводятся в следующем разделе.

4.2 Экстракция комплексов платиновых металлов

Жидкостная экстракция – высокоэффективный процесс извлечения, концентрирования и разделения близких по свойствам элементов. Многочисленные исследования экстракции платиновых металлов всеми известными классами экстрагентов позволили сделать вывод, что для большинства комплексов наиболее высокое извлечение в органическую фазу обеспечивают соли аминов и четвертичных аммониевых оснований (ЧАО). Согласно предложенному проф. Л.М. Гиндиным еще в 60‑х годах механизму экстракции платиновых металлов аминами из кислых растворов, в органической фазе при этом образуются комплексы с N‑содержащими внешнесферными органическими лигандами.

Экстракция по механизму внешнесферного замещения уменьшается с увеличением кислотности водной фазы и возрастает в ряду аминов: первичный вторичный третичный. Соли ЧАО экстрагируют анионные комплексы только по механизму внешнесферного замещения, что существенно облегчает реэкстракцию и нередко обеспечивает возможность на этой стадии глубокого разделения близких по свойствам элементов.

Особенно подробно изучена экстракция из солянокислых растворов, образующихся в технологии в процессах гидрохлорирования различного сырья. Предложены схемы отделения платиновых металлов от сопутствующих им железа и цветных металлов – меди(II), никеля(II), кобальта(II) с использованием первичных, вторичных, третичных аминов, а также разделения пар платина – родий, родий – иридий, рутений – осмий и др.

Соли ЧАО – еще более эффективные экстрагенты по сравнению с солями аминов. При этом Pt(IV), Ir(IV), Ru(IV) экстрагируются значительно лучше, чем Ir(III), Ru(III), Rh(III). За счет большого различия в коэффициентах распределения можно в сильнокислых растворах осуществить разделение платины и палладия от металлов-спутников, в слабокислых – отделить платину от палладия, рутений и иридий – от родия.

Поведение комплексов платиновых металлов в водных растворах отличается многообразием химических форм, причем каждая из них характеризуется определенной величиной извлечения в органическую фазу, т.е. своим коэффициентом распределения. Последний рассчитывается как отношение равновесныйх концентраций извлекаемого комплекса, соответственно, в водной и органической фазах.

В табл. 7 приведены коэффициенты распределения D_Ru при экстракции различных комплексов рутения из 4 М HCl растворами три-н-октиламина (ТОА) в бензоле. В порядке уменьшения коэффициентов распределения комплексы располагаются в ряд: [RuCl₆]^2- > [RuNOCl₅]^2- > [RuCOCl₅]^2- Такая же последовательность соблюдается и в других растворителях, например, в CHCl₃. Она совпадает с ростом дипольных моментов комплексов в том же направлении (дипольный момент комплекса складывается из дипольных моментов отдельных фрагментов; дипольный момент фрагмента Cl–Ru–Cl принимаем равным нулю, Cl–Ru–L – 2,65 D для L = NO и 3,18 D для L = CO). Следовательно, уменьшение извлечения комплексов рутения(III) и (IV) в органическую фазу находится в прямой зависимости от их гидрофильности.

Таблица 7. Коэффициенты распределения D_Ru при экстракции комплексов рутения (C_Ru=210^-3 моль/л) из 4 М HCl растворами три-н-октиламина в бензоле

Коэффициенты распределения комплексов рутения(IV) при его экстракции в форме [Ru₂OCl₁₀]^4- из свежеприготовленных солянокислых растворов аминами на 1–2 порядка меньше, чем для гексахлорорутената(IV), и с ростом кислотности водной фазы уменьшаются: это указывает на анионообменный характер процесса. При экстракции рутения(IV) в форме [Ru₂OCl₁₀]^{4 –} аминами (Am) происходит его деполимеризация, и в органическую фазу извлекается моноядерный комплекс Ru(IV) по реакциям:

[Ru₂OCl₁₀]^4-_вод+ 4ЧAО⁺_вод. = 2 {(ЧAО)₂[RuOHCl₅]}_орг.

[Ru₂OCl₁₀]^4-_вод+ 4AmH⁺_орг. = 2 {(AmH)₂ [RuOHCl₅]}_орг.

Рутений(III) в форме [Ru(H₂O) Cl₅]^{2 –} третичными аминами практически не экстрагируется, однако нами установлено, что он переходит в органическую фазу при экстракции первичными аминами, при этом с ростом концентрации HCl в равновесных растворах D_Ru не уменьшается, как это обычно имеет место в аминных экстракционных системах, а увеличивается от 0.43 в 1 М HCl до 4.0 – в 6 М HCl (С_Ru = 110^-3 моль/л, C_{додециламина} = 0.1 моль/л).

В отличие от пентахлороакворутената(III) комплекс рутения(III) – [RuCOCl₅]^{2 –} ведет себя при экстракции аминами из солянокислых растворов традиционно для анионных комплексов платиновых металлов. D_Ru возрастает по ряду аминов первичный < вторичный < третичный < соль ЧАО, причем в последнем случае коэффициент распределения приближается к 100 при концентрации экстрагента, всего в два раза превышающей концентрацию металла в водной фазе. С ростом кислотности водной фазы он падает независимо от природы амина вследствие конкурирующего влияния кислоты за экстрагент. D_Ru при экстракции комплекса [RuCOCl₅]^{2 –} 0,02 М раствором ди-н-октиламина в CCl₄ принимает следующие значения:

Карбонилхлоридные комплексы известны не только для рутения, но и для других редких платиновых металлов – родия и иридия и образуются при пропускании через солянокислые растворы их хлорокомплексов оксида углерода CO при температуре 90 ^оС. Характерной особенностью этих комплексов является способность растворяться не только в воде, но и в органических растворителях. Поэтому при экстракции мы наблюдаемый совокупный эффект от действия экстрагента и разбавителя. Интересно отметить, что экстракция карбонилхлоридных комплексов редких платиновых металлов также наиболее эффективно протекает при использовании аминов и солей ЧАО, причем родий в форме [Rh(CO)₂Cl₂]^- извлекается стехиометрическим количеством экстрагентов, рутений в виде [Ru(CO)₂Cl₄]^2- – 5–10‑кратным избытком экстрагента. Что касается иридия, то комплекс [Ir(CO)₂Cl₂] ^– даже при 50–100‑кратном избытке экстрагента в органической фазе переходит в нее на 70–80%.

Характеристики

Список файлов книги