Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия:

Р. А. Пахомов, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: pakhomovra@gmail.com
С. Б. Фокина, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: fokina_sb@mail.ru
Е. А. Мушихин, студент, эл. почта: s190666@stud.spmi.ru

АО «Кольская горно-металлургическая компания» Мончегорск, Россия:
С. В. Щербаков, главный металлург Технического управления

Одним из значимых сырьевых резервов драгоценных металлов выступают металлсодержащие отходы, в частности отработанные автомобильные каталитические нейтрализаторы выхлопных газов, содержащие до 0,3 % (мас.) металлов платиновой группы (МПГ), что в десятки раз превышает их количество в минеральном сырье. Металлургическая переработка материалов такого типа решает экологические проблемы, связанные с утилизацией отработанного вторичного сырья, позволяет регенерировать часть МПГ и вернуть их в производство. В качестве способа первичной металлургической переработки отработанных автокатализаторов в целях повышения концентрации МПГ в каталитической массе на 1–2 порядка рассмотрена плавка с применением коллектора. Такой способ позволяет консолидировать МПГ в сплав. Технологичность и эффективность плавки в значительной степени зависит от состава и физико-химических свойств шлака. Объектом исследования выбран отработанный каталитический нейтрализатор на керамической основе, который содержит значительное количество оксидов алюминия и кремния. Основу пробы автокатализатора составляет индиалит Mg₂Al₄Si₅O₁₈, присутствуют оксиды циркония ZrO₂ и церия Ce₂O₃, а также силикаты BaMg₈Al₁₈Si₁₈O₇₂ и KMg₄Al₉Si₉O₃₆. На основании проведенных термодинамических расчетов по определению солидуса и ликвидуса вещества установлено, что при плавке автомобильного катализатора даже в диапазоне температур 1700–2000 ^oC невозможно достичь полного расплавления материала, что подтверждает присутствие тугоплавких компонентов в составе исследуемого образца. Проведенная теоретическая оценка многокомпонентных диаграмм состояния вида Si – Al – Mg – Ca – Na – B – Zr – Ce – Ba – Fe – F – O позволила определить наиболее перспективные для технологического опробования системы шлаковых расплавов, теоретическая температура ликвидуса которых варьируется в диапазоне 700–1400 ^oC. По результатам термодинамической оценки образования жидкой и твердой фазы в зависимости от температуры процесса установлено, что при плавке исходного вещества в присутствии добавок флюсов температура плавления шихты снижается с 1700 до 1075–1100 ^oC. Проведенные экспериментальные исследования показали, что практическая температура плавления автокатализатора в среднем на 100–300 ^oC выше, чем прогнозируемая, что обусловлено наличием высокотемпературных оксидов циркония и церия в исходном веществе. Определены составы шлаковых систем для переработки автокатализатора на керамической основе с оптимальным сочетанием таких параметров, как температура плавления и количество флюсующих агентов: FeO – Al₂O₃ – SiO₂; CaO – Al₂O₃ – SiO₂; Na₂O – B₂O₃ – Al₂O₃ – SiO₂.
Исследование выполнено за счет субсидии на выполнение государственного задания в сфере научной деятельности на 2021 г. № FSRW-2020-0014.

1. Алексахин А. В., Кириченко А. С. Автомобильные катализаторы — основной резерв отечественного и мирового производства вторичных металлов — платиноидов // Экономика промышленности. 2013. № 4. С. 3–7.
2. Бобович Б. Б., Савко А. П. Отработанные автомобильные катализаторы — крупный источник вторичных драгоценных металлов // Известия МГТУ «МАМИ». 2012. Т. 2, № 2. С. 21–25.
3. Александрова Т. Н., Коннор С. О. Переработка платино-металльных руд в России и Южной Африке: состояние и перспективы // Записки Горного института. 2020. Т. 244. С. 462–473.
4. Паламарчук Р. С., Степанов С. Ю., Ханин Д. А., Антонов А. В., Золотарев А. А. Сравнительная характеристика минералов платиновой группы из элювиально-делювиальной россыпи и хромититов Светлоборского клинопироксенит-дунитового массива (Средний Урал) // Минералогия. 2017. № 4. С. 37–50.
5. Ponomarenko T., Nevskaya M., Jonek-Kowalska I. Mineral resource depletion assessment: alternatives, problems, results // Sustainability. 2021. Vol. 13. 862.
6. Nikiforova V. S., Talovina I. V., Heide G. The secondary dispersion halos of platinum group elements and rare elements in rocks of the Vysotsky ore occurrence, Svetloborsky massif, Middle Urals / Advances in Raw Material Industries for Sustainable Development Goals. 2021. P. 12–19. 

7. Litvinenko V. Advancement of geomechanics and geodynamics at the mineral ore mining and underground space development // Geomechanics and Geodynamics of Rock Masses. 2018. Vol. 1. P. 3–16.
8. Кириченко А. С. Актуальные проблемы рециклинга автомобильных катализаторов // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 3. С. 43–54.
9. Aleksandrova T., Nikolaeva N., Afanasova A., Romashev A., Kuznetsov V. Selective disintegration justification based on the mineralogical and technological features of the polymetallic ores // Minerals. 2021. Vol. 11. 851.
10. Львов В. В., Читалов Л. С. Современные тенденции подходов к расчету рудоподготовительных процессов и аппаратов для переработки руд цветных металлов // Цветные металлы. 2020. № 10. С. 20–26. DOI: 10.17580/tsm.2020.10.03.
11. Saburbayeva L. Yu., Boduen A. Ya., Yu P. S., Ukraintsev I. V. Study of pressure oxidation and bacterial leaching efficiency as a method of refractory gold concentrate breakdown // IMPC 2018 — 29th International Mineral Processing Congress. 2019. P. 2911–2921.
12. Иваник С. А., Илюхин Д. А. Флотационное выделение элементарной серы из золотосодержащих кеков // Записки Горного института. 2020. Т. 242. С. 202–208.
13. Kobylyanski A., Zhukova V., Petrov G., Boduen A. Challenges in processing copper ores containing sulfosalts // Scientific and Practical Studies of Raw Material Issues-Proceedings of the Russian- German Raw Materials Dialogue: A Collection of Young Scientists Papers and Discussion. 2019. 2020. P. 120–126.
14. Зайцев А. Ю. Методический подход к обоснованию капитальных вложений золоторудных месторождений на основе удельных затрат // Записки Горного института. 2019. Т. 238. С. 459–464.
15. Пат. 2398898 РФ. Способ селективного извлечения палладия, платины и родия из концентратов / Шипачев В. А. ; заявл. 09.04.2009 ; опубл. 10.09.2010, Бюл. № 25.
16. Пат. 2339712 РФ. Способ извлечения палладия(II) из отработанных катализаторов / Горяева Н. Г., Кононова О. Н., Доставалова Н. Б., Качин С. В., Холмогоров А. Г. ; заявл. 23.11.2006 ; опубл. 27.11.2008, Бюл. № 33.
17. Пат. 2221060 РФ. Способ извлечения платины и палладия из материалов с пористой основой / Шипачев В. А., Горнева Г. А. ; заявл. 21.01.2002 ; опубл. 10.01.2004.
18. Пат. 2089636 РФ. Способ извлечения платиновых металлов из вторичного сырья на минеральной основе / Комозин П. Н., Мясоедова Г. В., Щербинина Н. И., Соловьев А. С., Колобов С. С. и др. ; заявл. 15.03.1996 ; опубл. 10.09.1997.
19. Селина Е. А., Калякин С. Н., Белоусов О. В., Белоусова Н. В. Технология переработки дезактивированных каталитических нейтрализаторов выхлопных газов // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. 2013. № 6. С. 285–293.
20. Byung-Su Kim, Jae-chun Lee, Seung-Pil Seo, Young-Koo Park, Hong Yong Sohn. A Process for extracting precious metals from spent printed circuit boards and automobile catalysts // JOM. 2004. Vol. 56. Р. 55–58.
21. Пат. 2540251 РФ. Способ электрохимического извлечения благородных металлов / Антонов А. А., Морозов А. В., Новиков А. А., Сапелкин В. С. ; заявл. 26.02.2014 ; опубл. 10.02.2015, Бюл. № 4.
22. Пат. 2531333 РФ. Способ извлечения металлов платиновой группы из отработанных автомобильных катализаторов / Ахметов Р. Р., Чухловин А. Н. ; заявл. 25.06.2012 ; опубл. 29.10.2014, Бюл. № 29.
23. Пат. 2553117 РФ. Способ переработки катализаторов, содержащих металлы платиновой группы на носителях из оксида алюминия / Кириченко А. С., Серегин А. Н. ; заявл. 20.05.2013 ; опубл. 10.06.2015, Бюл. № 16.
24. Девятых Е. А., Девятых Т. О., Швыдкий В. С. Извлечение драгоценных металлов из катализаторов в плазменных печах периодического действия // Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве : сб. докл. VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (TИМ’2017) с международным участием (Екатеринбург, 11–12 мая 2017 г.). — Екатеринбург : УрФУ, 2017. С. 32–35.
25. Кириченко А. С. Повышение эффективности пирометаллургической переработки отработанных автомобильных катализаторов с использованием металл-коллектора на основе железа // Черные металлы. 2017. № 11. С. 59–63.
26. Кириченко А. С., Нехамин С. М., Самотаев Н. Н., Антонов А. А. Новый механизм осаждения платины, палладия и родия на железный металл-коллектор // Металлург. 2020. № 5. С. 65–69.
27. Пат. 2261284 РФ. Способ комплексной переработки дезактивированных платино-рениевых катализаторов / Тер-Оганесянц А. К., Анисимов Н. Н., Котухова Г. П., Глазков В. Б. ; заявл. 09.09.2003 ; опубл. 27.09.2005, Бюл. № 27.
28. Пат. 2673590 РФ. Способ получения концентрата драгоценных металлов из продуктов переработки руды и вторичного сырья / Кузнецов А. П., Коротков В. А., Остапчук И. С. ; заявл. 12.07.2017 ; опубл. 28.11.2018, Бюл. № 34.
29. Bale C. W., Bélisle E., Chartrand P., Decterov S. A., Eriksson G. FactSage thermochemical software and databases, 2010–2016 // Calphad. 2016. Vol. 55. P. 35–53.
30. Levin E. M., Robbins C. R., McMurdie H. F. Phase diagrams for ceramists // The American ceramic society, Columbus, Ohio, 1964. p. 601.