СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ПЛАТИНЫ (II, IV) И ЖЕЛЕЗА (III) В СОЛЯНОКИСЛЫХ РАСТВОРАХ

Изобретение относится к области аналитической химии платиновых металлов, в частности к методам разделения и концентрирования, и может быть использовано для разделения платины и железа в солянокислых растворах сорбционным методом с использованием селективного ионита комплексообразующего типа Purolite S985.

Из источников известны различные методы разделения платины и железа [Садырбаева Т.Ж., Пурин Б.А. Электродиализное разделение платины (II, IV) и железа (III) в системах с жидкими мембранами // Latvijas Kimijas Zurnals. 2001. №4. С. 418; RU 2204620, С22В 11/00, С22В 3/10, С22В 3/46, опубл. 20.05.2003].

В настоящее время известен способ разделения платины и железа в солянокислых растворах [Печенюк С.И. Изучение сорбции анионных комплексов платиновых металлов // Вестник Кольского научного центра РАН. 2013. №2. С. 64-74], который включает сорбцию хлоридных комплексов платины и других металлов платиновой группы оксигидроксидами в среде электролитов (NaCl, Na₂SO₄, NaClO₄, 0,1-4,0 моль/л) при температуре от 3 до 80°C.

Недостатком данного способа является использование гидрогелей, свойства которых зависят от многих факторов. Гидрогели неравновесны, термодинамически неустойчивы. Платиновые металлы осаждаются на поверхности оксигидратов в виде полимерных гидроксидов. Специфически сорбируются очень малые количества ионов.

Известен способ отделения платины от железа в солянокислых растворах [Raju В., Kumar J.R., Lee J.Y. et al. Separation of platinum and rhodium from chloride solutions containing aluminum, magnesium and iron using solvent extraction and precipitation methods // Journal of Hazardous Materials. 2012. V. 227-228. P. 142-147], который включает отделение платины от железа методом осаждения при помощи фосфата натрия; экстракцию хлоридных комплексов платины из органической фазы с помощью смеси NH₄Cl, HCl, NH₃ - NH₄Cl, NH₄SCN и NaSCN (было выбран раствор 0,5 М HCl и 0,5 М тиомочевины для эффективной экстракции платины из органической фазы).

К недостаткам этого способа можно отнести использование экстракционного метода, являющегося вредным и требующим соблюдения особых правил техники безопасности.

Сорбционные методы экологически безопаснее и эффективнее, экстракционное извлечение платины составляет 99,97% за 2 цикла экстракции, в то время как сорбционное извлечение платины некоторыми сорбентами может достигать 100% за один цикл.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ разделения платины (II, IV) и железа (III) в хлоридных средах [Палант А.А., Левчук О.М., Брюквин К.А. Сорбционное извлечение платины из промышленных кислых растворов, содержащих повышенные количества железа // Цветные металлы. 2012. №5. С. 73-74], включающий сорбцию платины (II, IV) активированными углями и отделением ее от ряда сопутствующих металлов, в числе которых и железо (III). Исходный раствор (на основе царской водки) содержал, моль/л: 2,3⋅10^-4 Pt (IV); 1,15 Fe (III), 5,17 Cl^- и другие компоненты. Сорбцию проводили в статическом режиме в течение 0,5-5 ч при температуре 9-49°C.

Недостатками данного способа являются неполнота извлечения платины, сорбция платины при нагревании, в результате чего извлечение платины уменьшается, а также использование активированных углей, поскольку, несмотря на селективное извлечение и эффективное разделение, десорбция компонентов с этих сорбентов трудно осуществима. К тому же углеродные адсорбенты уступают ионитам по осмотической стабильности и механической прочности.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является отделение платины от железа, увеличение степени извлечения ионов металлов, уменьшение трудоемкости процесса разделения.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе разделения платины (II, IV) и железа (III) в солянокислых растворах, включающем сорбцию платины (II, IV) и железа (III) и последующую десорбцию, новым является то, что сорбцию проводят из свежеприготовленных солянокислых растворов в диапазоне концентраций HCl 0,001-2,0 моль/л, железа (III) - 0,25-0,89 ммоль/л, при концентрации платины (II, IV) 0,25 ммоль/л в статических условиях путем насыщения навески ионита раствором в течение 6 ч, десорбцию железа проводят 0,01 М раствором HCl (pH=2) в течение 6 ч при температуре 50°C и концентрациях железа (III) 0,25-0,89 ммоль/л, десорбцию платины проводят раствором тиомочевины в течение 6 ч при температуре 18°C и исходной концентрации платины (II, IV) 0,25 ммоль/л.

Указанные отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей химии и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательный уровень».

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена общая схема разделения платины (II, IV) и железа (III) в хлоридных растворах на комплексообразующем анионите S985.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что разделение платины и железа осуществляют в статических условиях. При этом в свежеприготовленных солянокислых растворах преимущественно присутствуют хлорокомплексы платины (II) и платины (IV) ([PtCl₄]^2- и [PtCl₆]^2-, железо в этих системах существует в виде комплексов [FeCl₄]^-.

На первом этапе навески ионита (0,1 г) в хлоридной форме заливают 10,0 мл солянокислого раствора платины (II, IV) и железа (III). Ионы платины (II, IV) и железа (III) переходят в фазу ионита. По истечении 6 ч определяют концентрацию платины (II, IV) и железа (III) при совместном присутствии в равновесных растворах спектрофотометрическим методом.

Второй этап включает десорбцию данных металлов с ионитов. Иониты после десорбции могут быть переведены снова в хлоридную форму и повторно использованы. Платину (II, IV) после разделения можно использовать для дальнейшей работы в виде раствора или можно перевести в металлическую форму путем электролиза.

После сорбционного извлечения платины и железа проводят десорбцию железа. Навески ионитов, насыщенные платиной и железом, массой 0,1 г заливают предварительно 0,01 М HCl (pH=2) и оставляют на 6 ч при температуре 50°C. Далее отделяют раствор от ионита фильтрованием и анализируют растворы на ионы железа (III) спектрофотометрическим методом с сульфосалициловой кислотой [Методы спектрофотометрии в УФ и видимой областях в неорганическом анализе / З. Марченко, М. Бальцежак. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. - 711 с.].

Далее проводят десорбцию платины. Навески ионитов после десорбции железа (III) промывают 10,0 мл дистиллированной водой и заливают раствором тиомочевины (80 г/л в 0,3 М серной кислоте) объемом 10,0 мл и оставляют на 6 ч для установления равновесия. Платина (II, IV) переходит в раствор. Далее отделяют раствор от ионита фильтрованием. Растворы на содержание платины анализируют спектрофотометрическим методом с хлоридом олова (II) [Аналитическая химия платиновых металлов / С.И. Гинзбург, Н.А. Езерская, И.В. Прокофьева и др. - М.: Наука, 1972. - 617 с.].

Результаты по десорбции ионов железа (III) и платины (II, IV) представлены в таблицах 1 и 2 соответственно, где C₀ - исходная концентрация элемента/среды при сорбции (ммоль/л/моль/л), T - температура (°C), t - время десорбции (ч).

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Навеску анионита Purolite S985 в хлоридной форме, массой 0,1 г заливают 10 мл свежеприготовленного солянокислого раствора следующего состава: концентрация HCl 2,0 моль/л, концентрация по платине (II, IV) 0,25 ммоль/л, по железу (III) 0,25 ммоль/л. Оставляют на 6 ч, при этом платина и железо полностью сорбируются на анионите. После этого отделяют раствор от анионита фильтрованием и промывают анионит водой. Затем заливают навеску анионита, насыщенную платиной и железом, раствором 0,01 М HCl (pH=2) и оставляют на 6 ч при температуре 50°C. Далее отделяют раствор от ионита фильтрованием. Анализируют растворы на ионы железа (III) спектрофотометрическим методом с сульфосалициловой кислотой. Железо (III) полностью десорбировалось (табл. 1). Далее анионит промывают водой и заливают раствором тиомочевины 80 г/л в 0,3 М серной кислоте объемом 10,0 мл и оставляют на 6 ч для установления равновесия. Платина (II, IV) переходит в раствор, после чего раствор отделяют от ионита фильтрованием (табл. 2). Растворы на содержание платины анализируют спектрофотометрическим методом с хлоридом олова (II).

Пример 2.

Навеску анионита Purolite S985 в хлоридной форме, массой 0,1 г заливают 10 мл свежеприготовленного солянокислого раствора следующего состава: концентрация HCl 2,0 моль/л, концентрация по платине (II, IV) 0,25 ммоль/л, по железу (III) 0,89 ммоль/л. Оставляют на 6 ч, при этом платина и железо полностью сорбируются на анионите. После этого отделяют раствор от анионита фильтрованием и промывают анионит водой. Затем заливают навеску анионита, насыщенную платиной и железом, раствором 0,01 М HCl (pH=2) и оставляют на 6 ч при температуре 50°C. Далее отделяют раствор от ионита фильтрованием. Анализируют растворы на ионы железа (III) спектрофотометрическим методом с сульфосалициловой кислотой. Железо (III) полностью десорбировалось (табл. 1). Далее анионит промывают водой и заливают раствором тиомочевины 80 г/л в 0,3 М серной кислоте объемом 10,0 мл и оставляют на 6 ч для установления равновесия. Платина (II, IV) переходит в раствор, после чего раствор отделяют от ионита фильтрованием (табл. 2). Растворы на содержание платины анализируют спектрофотометрическим методом с хлоридом олова (II).

Пример 3.

Навеску анионита Purolite S985 в хлоридной форме, массой 0,1 г заливают 10 мл свежеприготовленного солянокислого раствора следующего состава: концентрация HCl 0,001 моль/л, концентрация по платине (II, IV) 0,25 ммоль/л, по железу (III) 0,25 ммоль/л. Оставляют на 6 ч, при этом платина и железо полностью сорбируются на анионите. После этого отделяют раствор от анионита фильтрованием и промывают анионит водой. Затем заливают навеску анионита, насыщенную платиной и железом, раствором 0,01 М HCl (pH=2) и оставляют на 6 ч при температуре 50°C. Далее отделяют раствор от ионита фильтрованием. Анализируют растворы на ионы железа (III) спектрофотометрическим методом с сульфосалициловой кислотой. Железо (III) полностью десорбировалось (табл. 1). Далее анионит промывают водой и заливают раствором тиомочевины 80 г/л в 0,3 М серной кислоте объемом 10,0 мл и оставляют на 6 ч для установления равновесия. Платина (II, IV) переходит в раствор, после чего раствор отделяют от ионита фильтрованием (табл. 2). Растворы на содержание платины анализируют спектрофотометрическим методом с хлоридом олова (II).

Пример 4.

Навеску анионита Purolite S985 в хлоридной форме, массой 0,1 г заливают 10 мл свежеприготовленного солянокислого раствора следующего состава: концентрация HCl 0,001 моль/л, концентрация по платине (II, IV) 0,25 ммоль/л, по железу (III) 0,89 ммоль/л. Оставляют на 6 ч, при этом платина и железо полностью сорбируются на анионите. После этого отделяют раствор от анионита фильтрованием и промывают анионит водой. Затем заливают навеску анионита, насыщенную платиной и железом, раствором 0,01 М HCl (pH=2) и оставляют на 6 ч при температуре 50°C. Далее отделяют раствор от ионита фильтрованием. Анализируют растворы на ионы железа (III) спектрофотометрическим методом с сульфосалициловой кислотой. Железо (III) полностью десорбировалось (табл. 1). Далее анионит промывают водой и заливают раствором тиомочевины 80 г/л в 0,3 М серной кислоте объемом 10,0 мл и оставляют на 6 ч для установления равновесия. Платина (II, IV) переходит в раствор, после чего раствор отделяют от ионита фильтрованием (табл. 2). Растворы на содержание платины анализируют спектрофотометрическим методом с хлоридом олова (II).

Использование заявляемого изобретения позволяет разделить платину (II, IV) и железо (III) из хлоридных растворов в диапазоне концентраций по HCl от 0,001 до 2,0 М, по железу (III) от 0,25 до 0,89 ммоль/л. Для процессов сорбции и десорбции применяются растворы тиомочевины и хлороводородной кислоты, что позволяет легко регенерировать иониты. Способ позволяет извлекать указанные металлы из свежеприготовленных солянокислых растворов как в случае сорбции, так и в случае десорбции. Таким образом, появляется возможность отделения платины от железа, увеличивается степень извлечения ионов металлов, уменьшается трудоемкость процесса разделения.