Извлечение палладия из тиомочевинных растворов

Платиновые металлы (рутений, родий, палладий, осмий, иридий и платина) – это элементы VIII группы Периодической системы Д. И. Менделеева. Вместе с золотом и серебром металлы платиновой группы образуют семейство благородных металлов. Они отличаются низкой химической активностью и сочетают в себе самые разные свойства: термостойкость и пластичность, коррозионную устойчивость и свариваемость, отражательную и эмиссионную способность, тепло- и электропроводность, обладают высокими магнитными характеристиками. Благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам, платиновые металлы нашли широкое практическое применение в различных отраслях промышленности, в химии (анализе, катализе), биологии, медицине, и спрос на них во всех развитых странах мира только растет. Они незаменимы в электронике, радио- и электротехнике, химической и нефтеперерабатывающей отраслях, приборостроении, атомной и ракетной технике [1]. В ряду платиновых металлов особое место занимает палладий. Палладий - элемент побочной подгруппы VIII группы пятого периода Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Его атомный номер 46, обозначается - Pd (лат. Palladium). Уникальность палладия заключается в том, что это единственный металл с, предельно заполненной, внешней электронной оболочкой, что определяет его специфические химические свойства. Электронная конфигурация валентного уровня палладия 4d105s0. Как и всем переходным элементам, ему свойственно первоочередное заполнение d-подуровня. По своим химическим свойствам палладий уступает платине, так как химически менее стоек, растворим в азотной и горячей серной кислотах. Компактный палладий - пластичный и ковкий металл серебристо-белого цвета, легко прокатывается в фольгу и протягивается в тонкую проволоку. По плотности (12,02г/см3) палладий ближе к серебру (10,49 г/см3), чем к платине (21,40 г/см3). Палладий самый легкий из платиновых элементов и самый легкоплавкий – температура плавления 1552◦С [2]. Область применения палладия так же широка и разнообразна, как и у всех металлов платиновой группы, но существуют такие направления в промышленности и химии, где применимы исключительно уникальные свойства этого металла и его соединений. Палладий часто применяется как катализатор, в основном в процессе гидрогенизации жиров и крекинге нефти. Также его используют в катализаторах дожигания автомобильных выхлопных газов — нейтрализаторах. Хлорид палладия используется как катализатор и для обнаружения микроколичеств угарного газа в воздухе или газовых смесях. Другой уникальной областью применения палладия является очистка водорода, так как водород очень хорошо диффундирует через палладий, при комнатной температуре один объём палладия поглощает до 900 объёмов водорода. Для очистки водорода, под небольшим давлением его пропускают через, закрытые с одной стороны, палладиевые трубки, нагретые до 600°С. Водород быстро проходит через палладий, а примеси (пары воды, углеводороды, O2, N2) остаются в трубках. Таким образом, можно получать особо чистый водород - с концентрацией 99,9999%. В электронике палладий широко применяют для изготовления многослойных керамических конденсаторов, которые используют в производстве мобильных телефонов, компьютеров, широкоэкранных телевизоров и других электронных приборов. Из палладия и его сплавов изготавливают медицинские инструменты, детали кардиостимуляторов, зубные протезы. В некоторых странах незначительное количество палладия используется для получения цитостатических препаратов - в виде комплексных соединений, аналогично цис-платине. Палладий убивает и замедляет рост раковых клеток не хуже платины, и он почти в десять раз менее токсичен. В настоящий момент стоимость палладия составляет 845 долларов за тройскую унцию (данные представлены за 20 июня 2014 года) [4]. Повышенный спрос на платиновые металлы влечет за собой расширение производства за счет новых технологий и вовлечения в переработку наряду с истощающимися традиционными минеральными ресурсами новых типов первичного и вторичного сырья. Как и все металлы платиновой группы, палладий мало распространен. Подсчитано, что в земной коре его 1·10–6%. Наиболее крупные россыпные месторождения палладия, находятся на Урале, в республики Колумбия, на Аляске и в Австралии [5]. Традиционным сырьем для получения платиновых металлов служат: шлиховая платина, извлекаемая при разработке и обогащении россыпей, концентраты, выделяемые в результате обогащения и гидрометаллургической обработки анодных шламов медно-никелевого производства, лом и другие отходы. Концентраты платиновых металлов, полученные из коренных руд или после переработки анодных шламов, и шлиховую платину из россыпных руд подвергают аффинажу для получения чистых металлов. Аффинаж платиновых металлов представляет собой сложный многостадийный процесс, с взаимосвязанными операциями и многочисленными оборотами растворов и полупродуктов. В результате выделяют соединения, из которых можно получить очищенные платиновые металлы [6]. В настоящее время аффинажное производство идет по пути совершенствования аппаратуры для вскрытия сырья, экономии реагентов, снижения потерь платиновых металлов, а также повышения чистоты аффинированных металлов. Сорбция и экстракция являются современными методами переработки различных видов сырья, которые позволяют селективно извлекать ценный компонент. В результате сорбции и экстракции образуются прочные комплексы палладия с функциональными группами реагентов. Для десорбции и реэкстракции нередко используют растворы тиомочевины. В основе ее использования в химии лежит ярко выраженная способность тиомочевины к образованию комплексов с d-элементами. Кроме того, тиомочевинные растворы возникают в процессе спектрофотометрического анализа палладия. При взаимодействии комплексных хлоридов палладия(II) с тиомочевиной образуются смешанные соединения состава [PdCl4-n(Thio)n]2-n, которые в избытке тиомочевины переходят в тетратиомочевинный комплекс состава [Pd(Thio)4]2+ оранжевого цвета [7]. Образование окрашенного комплекса палладия с растворами тиомочевины лежит в основе спектрофотометрического анализа. В результате накапливаются кислые растворы с низкими концентрациями драгметалла на фоне избыточного количества тиомочевины, которые требуют переработки. Ограниченная сырьевая база и низкое содержание палладия в руде стали серьезной проблемой и привели к разработке методов извлечения этого металла из отработанных материалов. Тиомочевинные растворы палладия, образующиеся в результате десорбции, реэкстракции и спектрофотометрического анализа, могут послужить вторичным сырьем для получения этого металла. Таким образом, целью данной работы является поиск и разработка методов извлечения палладия из тиомочевинных растворов. Объект работы - Pd(II), а предмет, его физико-химические методы выделения. Цель настоящей работы - разработка физико-химических основ экстракционного и сорбционного способов выделения палладия из тиомочевинных растворов. Для достижения поставленной цели предстояло решить следующие задачи: • выявить закономерности экстракции Pd(II) из индивидуальных солянокислых тиомочевинных растворов; • изучить сорбцию Pd(II) в статических и динамических условиях из индивидуальных тиомочевинных растворов; • определить оптимальные условия извлечения Рd(II) из индивидуальных тиомочевинных растворов в процессах экстракции его от сопутствующих элементов.