Глава 2. ПРИМЕНЕНИЕ РОДИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Извлечение родия и очистка его от неблагородных и благородных примесей связана с исключительно сложными, длительными и трудоемкими операциями. Это неизбежно: родий относится к числу наиболее редких элементов. К тому же он рассеян, собственных минералов не имеет. Находят его вместе с самородной платиной и осмистым иридием. Данная курсовая работа посвящена способам извлечения родия из отработанных катализаторов.

Глава 1. ИЗВЛЕЧЕНИЕ РОДИЯ И ЕГО ОЧИСТКА

Извлечение родия и очистка его от неблагородных и благородных примесей связана с исключительно сложными, длительными и трудоемкими операциями. Это неизбежно: родий относится к числу наиболее редких элементов. К тому же он рассеян, собственных минералов не имеет. Находят его вместе с самородной платиной и осмистым иридием.

Однако содержание в них родия невелико: обычно оно составляет доли процента в самородной платине и несколько процентов в осмистом иридии. Известна, правда, редчайшая разновидность осмистого иридия – родистый невьянскит. В нем до 11,3% родия. Это самый богатый родием минерал.

Технология выделения родия зависит прежде всего от вида и состава перерабатываемого сырья. Расскажем для примера, как извлекают родий из самородной платины.

С приисков сырая платина поступает на аффинажный завод, где отделяют благородные металлы от неблагородных примесей и разделяют сами драгоценные металлы. Делается это так.

Сырую, платину загружают в фарфоровые котлы и обрабатывают царской водкой. Процесс идет при нагревании в течение суток. Родий, а вместе с ним почти вся платина, палладий, неблагородные металлы (железо, медь и другие), частично рутений и иридий переходят в раствор, а в осадке остаются осмистый иридий, кварц, хромистый железняк и другие минеральные примеси.

Сначала на него действуют хлористым аммонием, чтобы осадить и отделить платину. Оставшийся раствор упаривают: образуется осадок, который состоит из нескольких солей. В нем до 6% родия; присутствуют также палладий, рутений, иридий, платина (всю ее с помощью NH₄Cl отделить не удается) и неблагородные металлы. Этот осадок растворяют в воде и еще раз тем же способом отделяют платину. А раствор, в котором остались родий, рутений и палладий, по мере накопления направляют на очистку и разделение.

Родий извлекают разными способами. Например, по способу, предложенному советским ученым В.В. Лебединским в 1932 г., вначале нитритом натрия NaNO₂ осаждают и отделяют от раствора осадок гидроокисей неблагородных металлов; родий при этом остается в растворе в форме Na₃[Rh(NO₂)₆]. После этого с помощью NH₄Cl из раствора на холоду выделяют родий; он уходит в виде малорастворимого комплекса (NH₄)₂Na[Rh(NO₂)₆]. Однако при этом вместе с родием в осадок переходит и иридий; другие же платиновые металлы – рутений, палладий и остатки платины – остаются в растворе. Итак, родий в осадке, и нас теперь интересует уже только этот осадок. Что с ним происходит дальше?

Осадок растворяют в разбавленном едком натре и из этого раствора действием аммиака и NH₄Cl снова осаждают родий – теперь уже в форме другого комплексного соединения [Rh(NH₃)₃(NO₂)₃]. Осадок отделяют и тщательно промывают раствором хлористого аммония.

На этом очистка родия еще не закончена. Осадок снова загружают в котел с соляной кислотой и нагревают несколько часов. Происходит реакция:

2[Rh(NH₃)₃(NO₂)₃] + 6HCl → 2[Rh(NH₃)₃Cl₃] +3NO₂ + 3NO + 3H₂O

с образованием нового комплексного соединения родия ярко-желтого цвета. Это триаминтрихлорид родия. Его тщательно промывают водой и только после этого приступают к выделению металлического родия.

Соль загружают в печь и прокаливают несколько часов при 800...900°C. Комплексное соединение разлагается и образуется порошкообразный продукт смеси родия с его окислами. После охлаждения порошок еще раз тщательно промывают разбавленной царской водкой для удаления оставшегося незначительного количества неблагородных примесей, а затем снова загружают в печь и восстанавливают до металла, прокаливая в атмосфере водорода.

Следует иметь в виду, что в нашем рассказе путь этот еще упрощен и укорочен: опущены второстепенные, не несущие самостоятельной «химической нагрузки» стадии. Но в действительности на всех стадиях родиевого производства нет «мелочей». Температурные режимы, концентрация реагентов, продолжительность операций, материалы аппаратуры – все важно. Управление всеми процессами требует больших знаний и громадного опыта.

Сейчас родий вместе с другими платиновыми металлами добывают также из сульфидных медноникелевых руд. Содержание элемента №45 в этих рудах исчисляется миллиграммами на тонну руды. Поэтому собственно аффинажу родия предшествуют сложные технологические операции отделения основных количеств цветных металлов и получения концентрата благородных металлов.

Глава 2. ПРИМЕНЕНИЕ РОДИЯ

Металлы платиновой группы довольно широко используются в промышленности, но содержащие их части аппаратуры, будем надеяться, не выбрасываются на помойку, а находятся на строгом учете. Самое легкодоступное сырье для извлечения платины и палладия это, наверное, ненужные радиодетали - микросхемы и керамические конденсаторы.

В каталитических нейтрализаторах отработавших газов автомобилей. Современный катализатор - это керамический монолит, пронизанный множеством каналов, поверхность которых покрыта слоем алюминия, а на него, в свою очередь, нанесены химически активные драгоценные металлы (родий, палладий, платина). На долю последних приходится до 60% себестоимости устройства. Именно благодаря им происходят необходимые химические реакции - окисление монооксида углерода (СО) и несгоревших углеводородов (СН), а также сокращение количества окиси азота (NOx). В трехкомпонентном нейтрализаторе платина и палладий вызывают окисление СО и СН, а родий "борется" с NOx. Кстати, родий - субпродукт при получении платины - наиболее ценный в этой троице. И именно его в первую очередь "отравляет" свинец, содержащийся в бензине. В конструкции катализатора используют другие химические элементы, повышающие эффективность трех основных, - никель, участвующий в реакции с NOx, железо, а также церий.

Платина и родий применяется в термоэлектрических преобразователях (термопарах) Существует несколько типов термопар. Самые распространенные термопары - хромель-алюмель ХА(К) и хромель-копель ХК(L). Другие типы - платина-платинородий ПП(S и R), железо-константан ЖК(J), медь-константан МК(T), вольфрам-рений ВР, другие менее распространены.

Платина - в отечественных термосопротивлениях, которые обозначаются маркировкой "ТСП" (с маркировкой "ТСМ" используется медь). Импортные платиновые резистивные элементы для измерения температуры делятся на обмоточные и тонкослойные и имеют следующие термосопротивления маркировки:T 600, DT 600, G 600, DG 600, T 800, DT 800, PA 200, PB 200, PtpS. У обмоточных элементов из платиновой проволоки обмотка или уложена в капиллярах цилиндрических керамических корпусов или намотана на внешней стороне корпусов и покрыта керамической эмалью или стеклоэмалью. Проволочные выводы этих элементов имеют сечение 0.3 или 0.35 мм, длина выводов от 10 до 50 мм. У тонкослойных элементов обмотка заменена споем сопротивления, нанесённым на основную пластину из корундовой керамики. Проволочные выводы этих элементов имеют сечение 0,25 мм, длина выводов 15 мм.

Исключительно высокая стойкость платины по отношению к кислотам обеспечивает ей радушный прием в химических лабораториях, где она служит материалом для тиглей, чашей, сеток, трубок, электродов и других лабораторных атрибутов. Большое количество платины требуется также для производства кислото- и жароупорной аппаратуры химических заводов. В технике довольно широко применяют платиновые термометры.

В платиновых тиглях разлагают горные породы – чаще всего, сплавляя их с содой или обрабатывая плавиковой кислотой.

Платиновой посудой пользуются при особо точных и ответственных аналитических операциях.

Платина – лучший катализатор реакции окисления аммиака до окиси азота NO в одном из главных процессов производства азотной кислоты. Катализатор здесь предстает в виде сетки из платиновой проволоки диаметром 0,05...0,09 мм. В материал сеток введена добавка родия (5...10%). Используют и тройной сплав – 93% Pt, 3% Rh и 4% Pd. Добавка родия к платине повышает механическую прочность и увеличивает срок службы сетки, а палладий немного удешевляет катализатор и немного (на 1...2%) повышает его активность. Срок службы платиновых сеток – год-полтора. После этого старые сетки отправляют на аффинажный завод на регенерацию и устанавливают новые. Производство азотной кислоты потребляет значительные количества платины.

Платиновые катализаторы ускоряют многие другие практически важные реакции: гидрирование жиров, циклических и ароматических углеводородов, олефинов, альдегидов, ацетилена, кетонов, окисление SO2 в SO3 в сернокислотном производстве. Их используют также при синтезе витаминов и некоторых фармацевтических препаратов.

Не менее важны платиновые катализаторы в нефтеперерабатывающей промышленности. С их помощью на установках каталитического риформинга получают высокооктановый бензин, ароматические углеводороды и технический водород из бензиновых и лигроиновых фракций нефти. Здесь платину обычно используют в виде мелкодисперсного порошка, нанесенного па окись алюминия, керамику, глину, уголь. В этой отрасли работают и другие катализаторы (алюминий, молибден), но у платиновых – неоспоримые преимущества: большая активность и долговечность, высокая эффективность.

Из сплава платины с 5...10% родия делают фильеры для производства стеклянного волокна. В платиновых тиглях плавят оптическое стекло, когда особенно важно ничуть не нарушить рецептуру. В химическом машиностроении платина и ее сплавы служат превосходным коррозионностойким материалом. Аппаратура для получения многих особо чистых веществ и различных фторсодержащих соединений изнутри покрыта платиной, а иногда и целиком сделана из нее.

Из сплавов золота с платиной делают детали оборудования для получения синтетического волокна, которые по условиям производства должны обладать исключительной стойкостью к воздействию химических веществ.

Иридий - из этого металла изготовляют лабораторные тигли для проведения опытов с грозным фтором и его агрессивными соединениями. Из иридия делают также мундштуки для выдувания тугоплавкого стекла. Для измерения высоких температур (2000–2300 °С) сконструирована термопара, электроды которой выполнены из иридия и его сплава с рутением или родием.

Сплав палладия с другими металлами (главным образом, серебром) используют в зубоврачебной технике – из него делают отличные протезы.

Палладием покрывают особо ответственные контакты электронной техники, телефонных аппаратов и других электротехнических приборов. В оптике сплавы золота с палладием применяются чаще, чем золотоплатиновые сплавы, это связано с тем, что палладий сравнительно дешев – его цена в пять раз меньше, чем платины.