WO2017148992A1 - Verfahren zur rückgewinnung von palladium aus zinnhaltigen sauren, kolloidalen lösungen - Google Patents

Verfahren zur rückgewinnung von palladium aus zinnhaltigen sauren, kolloidalen lösungen Download PDF

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WO2017148992A1
WO2017148992A1 PCT/EP2017/054728 EP2017054728W WO2017148992A1 WO 2017148992 A1 WO2017148992 A1 WO 2017148992A1 EP 2017054728 W EP2017054728 W EP 2017054728W WO 2017148992 A1 WO2017148992 A1 WO 2017148992A1
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palladium
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Rüdiger Miller
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Rüdiger Miller
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
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    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B3/00Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes
    • C22B3/20Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching
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    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Definitions

  • the present invention relates to an improved process for the recovery of palladium (Pd) from tin-containing acidic, colloidal solutions, in particular from new or
  • Palladium-containing activator solutions eg Pd / Sn systems
  • Palladium is a rare one
  • Transition metal belongs to the platinum metals. Its chemical behavior is very similar to platinum. Palladium is used as a catalyst in the chemical industry, where it does not react with oxygen at room temperature. In addition, palladium is also used in printed circuit board coating, as an electrode material, as a storage medium for hydrogen and for other economic applications. Due to the limited availability of palladium-containing alloys or metallic palladium and its associated
  • DE 1 458 459 B describes a process for producing powdered palladium-silver alloys in which a palladium sponge is treated with an H 3 P0 2 solution with rapid stirring, resulting in a black precipitate at the bottom of the
  • Reaction vessel forms. It is envisaged that a solution of silver and palladium nitrate with a reducing agent, which can reduce silver and palladium nitrate to metal, is treated.
  • the solution is prepared by dissolving the palladium and the silver in concentrated nitric acid.
  • a reducing agent phosphoric acid is used and the pH of the solution is adjusted to 4.5 to 6.5 before precipitation.
  • DD 220 952 A1 describes a process for the separation of palladium and silver from waste solutions, in particular from nitric acid waste solutions by application of the
  • Cementation for example by means of iron or copper.
  • the process proposes that palladium and silver be precipitated by the addition of bromide ions, resulting in the formation of PdBr 2 and AgBr.
  • a Bromidionenüberschuss is proposed, wherein molecular bromine is removed with a towing gas, such as air or nitrogen.
  • the addition of HBr occurs with stirring, forming a dark brown precipitate of PdBr 2 which can be collected on a glass filter.
  • the degree of precipitation of palladium is more than 95%.
  • DD 243 049 A1 describes a process for the metallic deposition and coarse separation of platinum metals, for example palladium, from their hydrochloric acid solutions.
  • infrared rays is not always practical and, moreover, the decomposition of the platinum metal hydrazine or platinum metal hydroxylamine salts leads to heavy nitrogen evolution and to the formation of toxic hydrazine compounds (for example hydrazine sulfate).
  • DD 253 646 A1 discloses a process for the autocatalytic separation of
  • Reducing agent and a stabilizer contains.
  • a palladium complex compound is intermediately prepared from a hydrochloric acid palladium chloride solution with simultaneous addition of an ammonium hydroxide and a hydrazine-containing solution, which is reacted by further addition of a hydrazine-containing solution to palladium powder. This is intended to improve the influencing factors and the sensitivity of the precipitation mechanism in the production of the palladium powder in comparison to known processes.
  • Heavy metal compounds are known in which the precipitation takes place in an autoclave under elevated hydrogen pressure and at elevated temperature by means of metallic aluminum. The resulting hydrogen supports the process.
  • Such a method is described for example in DE 10 2005 013 366 A1.
  • DE 10 2010 012 204 A1 in turn, a method for the direct metallization of non-conductive substrates is described, wherein the conductor solution has at least one reducing agent.
  • Palladium from acidic, colloidal activator solutions also have the disadvantage that the addition of liquid reducing agents or chemical precipitants usually poorly sedimenting or poorly filterable sludge arise with high levels of foreign metals. This results in the usually very low concentrations of the target metals in a mostly oxidic, hydroxidic or sulfidic matrix.
  • the environment is heavily polluted by the use of sulfur compounds or salts. Therefore, these methods are impractical or can be economically applied.
  • the inventive method time-consuming solution, extraction, and Umkomplex ists-
  • the process of the invention comprises improved procedures and process adaptations in cementation-mediated recovery of palladium from tin-containing acidic colloidal solutions using a process for the deposition of palladium which detects both ionogenic and metallic palladium.
  • the starting substrate is one
  • palladium-containing activator for example, hydrochloric acid Pd-Sn colloids.
  • Metallic iron additions have been shown to substantially inhibit or substantially minimize the formation of impurity matrix in the final filtration of the noble metal by substantially reducing possible Sn 4+ ions present to soluble Sn 2+ ions and forming Sn 4+ ions in the further process obviously also minimized or prevented. This significantly increases the yield and the concentration of noble metal in the product at the end of the process. In the method according to the invention, therefore, first in a first step, a small amount of iron powder, dust or pigment is added gradually with stirring.
  • the cementation agent As zinc powder, dust or pigment preferably present in pure form, added in single doses to the pailadium ambiencen acidic, colloidal solution with the greatest possible homogeneous distribution.
  • the addition of single doses of the cementing agent is preferably carried out stepwise and may be followed by the addition of further
  • the cementation agent can be added via a reduction lance, with which better homogenization and, when using a non-reactive gas in the process, the oxygen displacement for further minimization of Sn 4+, can be achieved.
  • the best possible homogenization in turn has an effect on the shortening of the reaction and stirring times and on the leaching of the soluble, metallic precipitation products (tin cementate).
  • the cementation step liberates the palladium bound in a colloid cluster.
  • the Sn / Pd colloid is replaced by the additions of cementation agents and
  • Tin and possibly also metallic palladium are deposited on the less noble metal (ie the cementing agent) on the tin which is now formed and is present in metallic form.
  • the pH value must be monitored in parallel with the additions of the cementing agents and possibly replaced acid must be replaced by further acid additions.
  • palladium ions also deposit on the cementing agent or the first cementate (the tin) which is being formed. It thus forms a Sn / Pd cementate.
  • spectroscopic measurements can be determined.
  • the degree of turbidity can also be determined by the naked eye and, if necessary, confirmed analytically by means of appropriate measurement methods.
  • the cementing agent here zinc dust
  • the cementing agent is preferably used in a concentration of between 0.01 g / l and 5 g / l. The achievement of the process depends on the precipitation and cementation conditions, the type and
  • Concentration of the acidic, colloidal activators and kinetic factors used, for example, is influenced by the degree of homogeneity of the introduced
  • the concentrations of known substances can be determined by
  • the complete Palladiumamlung can by filtration and determination of the palladium by AAS, ICP or other methods from the Filtrate to be determined. If palladium is still present in the filtrate, further cementation doses can be made until the desired result (complete palladium precipitation) is achieved.
  • the soluble metal cementates and reducing agents eg zinc, tin, iron
  • flakes or granular precipitates there are insoluble, sedimentable, palladium-containing suspensions which can be separated in the next process step.
  • the separation of the insoluble precipitate is carried out for example by filtration, extraction or by sedimentation.
  • a filtration is carried out to separate the insoluble, palladium-containing precipitate.
  • a filtration is carried out to separate the insoluble, palladium-containing precipitate.
  • a filtration is carried out to separate the insoluble, palladium-containing precipitate.
  • a filtration is carried out to separate the insoluble, palladium-containing precipitate.
  • a filtration is carried out
  • the solids thus obtained can thus be completely filtered off and sent for further utilization.
  • the palladium-containing filter cake can be evaporated or rinsed with a solvent such as water, so that
  • a low-emission drying of Palladiummetallniederelle can be done.
  • the filter residue is therefore preferably washed in a water cycle until a pH of about 5 to 6 is present. Subsequently, the filter residue can be dried with low emissions and collected until its further utilization.
  • the remaining non-precious metal radical e.g., hydrochloric acid stannous solution with foreign metals, organic, inorganic salts or
  • Granular, powder or pigment form The exact particle size depends on the type of acid, colloidal solution, the reaction matrix and the reaction volume. As small as possible grain sizes of the cementing agent have been found to be advantageous.
  • the cementing agent i. the base metal, one
  • the acidic, colloidal activators used in practice are usually already very salt-sour with a pH ⁇ 1. It has been shown that the cementation can take place even at higher pH values, but proceeds also the desired leaching of the reduction, cementing agents and soluble cements used at low pH values and high hydrochloric acid concentrations much faster than at higher levels.
  • the base metal as cementing agent to Mg, Al, Zn, preferably metals with C 0 ⁇ - 0.4.
  • the flaky, insoluble precipitate in the solution obtained at the end of the treatment can be separated mechanically and physically by any separation process in which the noble metal is sedimented, stripped off and filtered off and thus concentrated.
  • the cementing agent comprises zinc dust with a particle size of between 2 ⁇ m and 72 ⁇ m, with tin-IV oxides forming in the course of the cementation, which initially present homogeneously distributed in the solution.
  • the cementation is preferably accompanied by the addition of an acid for pH regulation.
  • the precious metal can be concentrated
  • the inventive method is preferably based on the recovery of
  • Concentration of 300 to 400 mg / l fed As powdered cementing agent comes zinc dust with a particle size of 1 to 100 .mu.m, preferably 2 to ⁇ 67 pm and 10 g Iron dust used. In this case, smaller particle sizes have proven to be particularly advantageous.
  • the agitator is equipped with a speed control for adjusting the rotational speed.
  • the cementation agent zinc dust is added at intervals and in individual doses of 5 to 20 g each.
  • Agitator is adjusted after addition of the cementing agent so that a vortex formation is avoided, so there is no oxygenation of the air.
  • the aim is a substantially homogeneous distribution of the forming tin-palladium cementate with the largest possible surface. The surface is essentially dependent on the degree of distribution of the cementate.
  • Tin concentration and the acid concentration (HCl) from. Unless sufficient destruction of the original brown color and transparency of the solution is noticeable, further individual doses are added, which preferably become smaller with each addition until maximum transparency is evident and the treatment is complete when all soluble metals have completely dissolved and no palladium ionogenic in solution is detectable. The complete leaching took about 5 hours in the experiment.
  • sedimentable, palladium-containing substances These can be filtered off in the circulation at a very low stirring speed (about 100 to 200 rpm) via a filter.
  • the remainder of the batch can be pumped off by filtration and formation of a filter cake via a filter and sent for further utilization.
  • the filter residue can be washed in a water cycle until the pH is> 5 to 6. Subsequently, the filter residue can be dried with low emissions and collected until it is recycled.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von Palladium aus zinnhaltigen sauren, kolloidalen Lösungen, umfassend die Schritte: intervallweise Zugabe eines in Granulat-, Pulver-, oder Pigmentform vorliegenden ersten unedlen Metalls als Zementationsmittel in Einzeldosen zu der sauren kolloidalen Lösung unter gleichzeitigem homogenen Vermischen unter reduktiven Bedingungen zur Durchführung einer Zementation, wobei die Zugabe des Zementationsmittels so lange erfolgt, bis sich eine Aufklarung im Sinne zunehmender Entfärbung und Transparenz der Lösung bemerkbar macht und das gebildete Zementat möglichst homogen suspendiert vorliegt, weiteres Vermischen der entstandenen Suspension zur Laugung unedler Metalle für eine ausreichende Zeitdauer, so dass schließlich ein unlösbarer Niederschlag aus weitgehend reinem Palladium in der Suspension verbleibt, Abtrennen des unlösbaren Niederschlags aus der Lösung und Isolierung von Palladium mit nicht vermeidbaren Verunreinigungen

Description

"Verfahren zur Rückgewinnung von Palladium aus zinnhaltigen sauren, kolloidalen Lösungen"
Beschreibung: Technisches Gebiet:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Rückgewinnung von Palladium (Pd) aus zinnhaltigen sauren, kolloidalen Lösungen, insbesondere aus neuen oder im
Produktionsprozess eingesetzten palladiumhaltigen Aktivatorlösungen (z. B. Pd/Sn Systeme), aus Tropfverlusten sowie aus Abwässern und Spülwässern. Palladium ist ein seltenes
Übergangsmetall und zählt zu den Platinmetallen. In seinem chemischen Verhalten ähnelt es sehr dem Platin. Palladium wird in der chemischen Industrie als Katalysator eingesetzt, wobei es bei Raumtemperatur nicht mit Sauerstoff reagiert. Daneben wird Palladium auch in der Leiterplattenbeschichtung, als Elektrodenwerkstoff, als Speichermedium für Wasserstoff und für andere wirtschaftliche Anwendungen eingesetzt. Aufgrund der beschränkten Verfügbarkeit von palladiumhaltigen Legierungen oder metallischem Palladium und der damit verbundenen
Ausbeutung natürlicher Rohstoffe gab es schon sehr früh Bestrebungen, Palladium aus
Abwässern oder Spülwässern, Abfällen oder Produktionsrückständen zu gewinnen. Palladium wurde als„kritischer Rohstoff der EU" eingestuft. Kritik am Stand der Technik kann insofern geübt werden, als dass aus den bis jetzt bekannten Verfahren zum "Stand der Technik" hinsichtlich des Recyclings von sauren, kolloidalen Aktivatoren, insbesondere unter
ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten, ersichtlich ist, dass bis jetzt noch kein anwendbares Konzept, geschweige denn Branchenkonzept zur Aufarbeitung derartiger palladiumhaltiger Aktivatoren existiert.
Stand der Technik:
So beschreibt die DE 1 458 459 B ein Verfahren zur Herstellung von pulverförmigen Palladium- Silber-Legierungen, bei dem ein Palladiumschwamm unter schnellem Rühren mit einer H3P02- Lösung behandelt wird, wodurch sich ein schwarzer Niederschlag am Boden des
Reaktionsgefäßes bildet. Dabei ist vorgesehen, dass eine Lösung von Silber- und Palladiumnitrat mit einem Reduktionsmittel, welches Silber- und Palladiumnitrat zu Metall reduzieren kann, behandelt wird. Die Lösung wird durch Auflösen des Palladiums und des Silbers in konzentrierter Salpetersäure hergestellt. Als Reduktionsmittel wird Phosphorsäure verwendet und der pH-Wert der Lösung wird vor dem Ausfällen auf 4,5 bis 6,5 eingestellt. Solche Palladiumschlämme sind jedoch sehr schlecht filtrierbar und weisen einen hohen Anteil an Fremdmetallen auf. Die DD 220 952 A1 beschreibt ein Verfahren zur Abtrennung von Palladium und Silber aus Abfalllösungen, insbesondere aus salpetersauren Abfalllösungen durch Anwendung der
Zementation beispielsweise mittels Eisen oder Kupfer. Bei dem Verfahren wird vorgeschlagen, dass Palladium und Silber durch Zugabe von Bromidionen gefällt wird, was zur Bildung von PdBr2 und AgBr führt. Dabei wird ein Bromidionenüberschuss vorgeschlagen, wobei molekulares Brom mit einem Schleppgas, beispielsweise Luft oder Stickstoff, entfernt wird. Die Zugabe von HBr erfolgt unter Rühren, wodurch sich ein dunkelbrauner Niederschlag von PdBr2 bildet, der auf einem Glasfilter gesammelt werden kann. Der Fällungsgrad von Palladium beträgt mehr als 95 %.
Allerdings befinden sich hier auch die begleitenden Elemente Ru, Rh, To, Cs, Sr und Ce quantitativ in der Lösung. Zum Einsatz kommen somit hochgiftige Halogen-Verbindungen.
In der DD 243 049 A1 wird ein Verfahren zur metallischen Abscheidung und Grobtrennung von Platinmetallen, beispielsweise Palladium, aus ihren salzsauren Lösungen beschrieben. Dabei erfolgt eine Fällung der Metalle mittels Hydrazin- oder Hydroxylaminsalzen in saurer Lösung bei gleichzeitiger Einwirkung von Infrarotstrahlen in einem Wellenlängenbereich von 0.8 bis 3 m bei Einhaltung eines pH-Wertes > 2 für die Gesamtfällung und < 2 für die Trennung. Die Anwendung von Infrarotstrahlen ist jedoch nicht immer praktikabel und zudem kommt es bei der Zersetzung der Platinmetall- Hydrazin- oder Platinmetall-Hydroxylaminsalze zu starker Stickstoffentwicklung sowie zur Bildung giftiger Hydrazinverbindungen (beispielsweise Hydrazinsulfat).
In der DD 253 646 A1 ist ein Verfahren zur autokatalytischen Abscheidung von
Palladiumschichten auf metallischen und nicht metallischen Werkstoffen beschrieben, wozu eine wässrige Lösung bereitgestellt wird, die Palladium in Form einer Komplexverbindung, ein
Reduktionsmittel und einen Stabilisator enthält. Als Reduktionsmittel werden bevorzugt
Hydrazinhydrat, Natriumhypophosphit oder Natriumborhydrid verwendet. Ziel ist somit die
Beschichtung metallischer Oberflächen, nicht jedoch die Rückgewinnung von Palladium.
Ein ähnliches Verfahren wird auch in der DD 251 249 C2 verfolgt. Hier erfolgt die Fällung von Palladium ebenfalls durch Zugabe eines Reduktionsmittels zu einer wässrigen Palladium- Salzlösung. Dabei wird aus einer salzsauren Palladiumchloridlösung unter gleichzeitiger Zugabe einer ammoniumhydroxid- und einer hydrazinhaltigen Lösung intermediär eine Palladiumkomplexverbindung hergestellt, die durch weitere Zugabe einer hydrazinhaltigen Lösung zu Palladiumpulver umgesetzt wird. Dadurch sollen die Einflussfaktoren und die Empfindlichkeit des Fällmechanismus bei der Herstellung des Palladiumpulvers im Vergleich zu bekannten Verfahren verbessert werden. Eine Behandlung der Palladium enthaltenden Salzlösung mit unedlen
Metallen wird jedoch nicht beschrieben. Nachteil bei der Verwendung von Hydrazinhydrat ist jedoch dessen alkalische Reaktion. Zudem haben sich die Substanzen als krebserzeugend erwiesen und ihr Einsatz ist daher gesundheitlich sehr bedenklich.
Daneben sind auch Verfahren zur Reduktion von alkalische Flüssigkeiten enthaltenden
Schwermetallverbindungen bekannt, bei denen die Fällung in einem Autoklaven unter erhöhtem Wasserstoffdruck und bei erhöhter Temperatur mittels metallischen Aluminiums erfolgt. Dabei unterstützt der entstehende Wasserstoff den Prozessverlauf. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der DE 10 2005 013 366 A1 beschrieben. In der DE 10 2010 012 204 A1 ist wiederum ein Verfahren zur direkten Metallisierung von nicht leitenden Substraten beschrieben, wobei die Konduktorlösung wenigstens ein Reduktionsmittel aufweist.
Daneben sind auch Verfahren bekannt, bei denen eine Abscheidung von Edelmetallen aus einer edelmetallhaltigen Lösung mittels kathodischer Abscheidung in einer Elektrolysezelle erfolgt. Ein solches Verfahren ist in der DE 10 2006 056 017 A1 beschrieben. Elektrolytische Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass der abgeschiedene Edelmetall-Anteil mechanisch von der Kathode abgetrennt oder elektrochemisch gelöst werden muss.
Die bisher bekannten Verfahren zur nasschemischen Fällung oder Rückgewinnung von
Palladium aus sauren, kolloidalen Aktivatorlösungen haben zudem den Nachteil, dass durch die Zugabe von flüssigen Reduktionsmitteln oder chemischen Fällungsmitteln zumeist schlecht sedimentierende oder schlecht filtrierbare Schlämme mit hohen Anteilen an Fremdmetallen entstehen. Daraus resultieren die zumeist sehr geringen Konzentrationen der Zielmetalle in einer meist oxidischen, hydroxidischen oder sulfidischen Matrix. Zudem wird die Umwelt durch den Einsatz von Schwefelverbindungen oder Salzen stark belastet. Deshalb sind diese Verfahren nicht praktikabel oder können ökonomisch angewandt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden zeitraubende Lösungs-, Extraktions-, Umkomplexierungs- und
Fällungsverfahren, welche den Einsatz von lonenaustausch- oder Elektrolysemethoden, toxischen Chemikalien und einen hohen Energieaufwand erfordern, vermieden.
Darstellung der Erfindung:
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Rückgewinnung von Palladium aus zinnhaltigen sauren, kolloidalen Lösungen bereitzustellen, das auf einer Zementation basiert und gegenüber den bisher bekannten Verfahren zu einer leicht isolierbaren Feststoffmatrix führt, aus der Palladium gewonnen werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen wieder. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst eine verbesserte Verfahrensweise und Verfahrensanpassungen bei einer durch Zementation vermittelten Rückgewinnung von Palladium aus zinnhaltigen sauren, kolloidalen Lösungen, wobei ein Prozess für die Abscheidung von Palladium zur Anwendung kommt, der sowohl ionogen vorhandenes als auch metallisches Palladium erfasst. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Ausgangssubstrat um einen
pailadiumhaltigen Aktivator (z.B. salzsaure Pd-Sn Kolloide). Es hat sich gezeigt, dass Zugaben von metallischem Eisen die Bildung von Störmatrix bei der im Prozess abschließenden Filtration des Edelmetalls offenbar weitgehend unterbindet oder erheblich miniminiert, indem es mögliche vorhandene Sn 4+ Ionen weitgehend zu löslichen Sn 2+ Ionen reduziert und eine Bildung von Sn 4+ Ionen im weiteren Prozessverlauf offensichtlich ebenfalls minimiert oder unterbindet. Dies erhöht signifikant die Ausbeute und die Konzentration an Edelmetall im Produkt am Prozessende. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird deshalb zunächst in einem ersten Schritt eine geringe Menge Eisenpulver-, Staub oder Pigment unter Rühren schrittweise zugegeben.
Im nächsten Schritt wird sogleich das Zementationsmittel, z. B. Zinkpulver, -staub oder -pigment vorzugsweise in Reinform vorliegend, in Einzeldosen zu der pailadiumhaltigen sauren, kolloidalen Lösung unter größtmöglicher homogener Verteilung zugegeben. Die Zugabe an Einzeldosen des Zementationsmittels erfolgt vorzugsweise schrittweise und kann an die Zugabe weiterer
Reaktionspartner wie Metalle und pH-regulierender Chemikalien gekoppelt sein. Auch eine Mischung aus Eisen- und Zinkstaub als Zementationsmittel kann hier möglicherweise
vereinfachend angewandt werden.
Alternativ kann der Zusatz der Zementationsmittel über eine Reduktionslanze erfolgen, mit der eine bessere Homogenisierung sowie bei Anwendung eines im Prozess nicht reaktiven Gases die Sauerstoffverdrängung zur weiteren Minimierung von Sn 4+, erreicht werden kann.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass nach der Zugabe der Zementationsmittel gleichzeitig ein homogenes Vermischen unter reduktiven Bedingungen zur Durchführung der Zementation erfolgt. Das Vermischen des Zementationsmittels erfolgt durch Verrühren mit einem Rührwerk, wobei die Umdrehungsgeschwindigkeiten des Rührwerks vorzugsweise anpassbar sind.
Eine bestmögliche Homogenisierung wirkt sich wiederum auf die Verkürzung der Reaktions- und Rührzeiten und bei der Laugung der löslichen, metallischen Fällungsprodukte (Zinnzementat) aus. Durch den Zementationsschritt wird das in einem Kolloidcluster gebundene Palladium freigesetzt. Das Sn/Pd Kolloid wir durch die Zugaben von Zementationsmitteln und
möglicherweise dem entstehenden Wasserstoff„in Status nascendi" (Reduktionsmittel) zerstört. Ob die Reaktion und vollständige Reduktion auch durch alleinige Wasserstoffeinblasung erreicht werden kann, wurde nicht untersucht und ist zudem und aufgrund der hohen Explosionsgefahr aus Sicht des Erfinders nicht praxistauglich. Zinn sowie möglicherweise auch metallisch vorliegendes Palladium scheiden sich auf dem unedleren Metall (d.h. dem Zementationsmittel) auf dem sich nun gebildeten und metallisch vorliegenden Zinn ab. Parallel zu den Zugaben der Zementationsmittel muss während des Prozesses der pH-Wert beobachtet und ggf. verbrauchte Säure durch weitere Säurezugaben ersetzt werden. Während dieses Verfahrensschritts scheiden sich, von den Produktionsbedingungen und von den vorliegenden Konzentrationen abhängig, Palladiumionen ebenfalls auf dem Zementationsmittel oder dem sich bildenden ersten Zementat (dem Zinn) ab. Es bildet sich somit ein Sn/Pd Zementat.
Nach den erfolgten Zugaben ist eine vollständige Lösung des ausgefallenen Zinns in der Salzsäure abzuwarten und durch Rühren der Lösung zu beschleunigen. Wenn ausreichend und schrittweise Zementationsmittel zugegeben wurde und sich das Zinn sowie zugegebenes Eisen allmählich löst, hellt sich die Lösung gemächlich auf und verliert ihre ursprüngliche, meist dunkelbraune Färbung, wobei schlussendlich ein fein verteilter Feststoff (vorwiegend aus dem zu gewinnenden Palladium) als Suspension in der sich aufklarenden Lösung zurückbleibt. So kann die Rührwerkgeschwindigkeit verringert werden, wenn die Lösung den Farbumschlag zeigt (von Braun ins Helle, nahezu Farblose), was beispielsweise durch optische Sichtung oder
spektroskopische Messungen ermittelbar ist. Im einfachsten Fall kann der Trübungsgrad auch durch das bloße Auge ermittelt und ggf. analytisch über entsprechende Messverfahren bestätigt werden.
Es hat sich gezeigt, dass mögliche weißliche Eintrübungen von möglichen unlöslichen Sn 4+ Ausfällungen durch weitere Säure und/oder Eisenstaubzugaben reduziert, gelöst und somit in lösliche Verbindungen überführt werden können. Vorzugsweise wird das Zementationsmittel (hier Zinkstaub) in einer Konzentration zwischen 0,01 g/l bis 5 g/l eingesetzt. Das Erreichen des Prozessendes hängt von den Fällungs- und Zementationsbedingungen, der Art und
Konzentration der eingesetzten sauren, kolloidalen Aktivatoren sowie kinetischen Faktoren ab und wird beispielsweise beeinflusst durch den Grad der Homogenität der eingebrachten
Zementationsmittel und deren Menge (diese Faktoren bestimmen ebenfalls die
Behandlungsdauer), dem Vorhandensein von etwaigen Fremd- und Störstoffen (z. B. durch Falschzugaben unbrauchbar gemachte Aktivatorlösungen) und anderen reaktionskritischen Parametern, wie beispielsweise pH-regulierenden Substanzen oder weiteren möglichen
Reaktionsprodukten. Die Konzentrationen an bekannten Stoffen können anhand von
Titrationselementen leicht bestimmt werden. Die vollständige Palladiumfällung kann mittels Filtration und Bestimmung des Palladiums durch AAS, ICP oder anderen Methoden aus dem Filtrat bestimmt werden. Sollte Palladium noch im Filtrat vorliegen, können weitere Zementationsmitteldosen erfolgen, bis der gewünschte Erfolg (vollständige Palladiumfällung) erzielt ist. In der nun so erhaltenen Lösung befinden sich, nach Auflösung der löslichen Metallzementate und Reduktionsmittel (z. B. Zink, Zinn, Eisen), Flocken oder körnige Niederschläge unlöslicher, sedimentierbarer, palladiumhaltiger Suspensionen, die im nächsten Verfahrensschritt abgetrennt werden können. Die Abtrennung des unlösbaren Niederschlags erfolgt beispielsweise durch Filtration, Extraktion oder durch Sedimentation. Vorzugsweise wird eine Filtration zur Abtrennung des unlösbaren, palladiumhaltigen Niederschlags durchgeführt. Vorzugsweise erfolgt eine
Abfiltration über einen Scheibenfilter bei niedriger Rührgeschwindigkeit des Rührwerks (z.B. 100 bis 200 U/min). Die so gewonnenen Feststoffe (Suspensionen) können somit vollständig abfiltriert und der weiteren Verwertung zugeführt werden. Die palladiumhaltigen Filterkuchen können eingedampft oder mit einem Lösungsmittel wie Wasser ausgespült werden, so dass
beispielsweise eine emissionsarme Trocknung der Palladiummetallniederschläge erfolgen kann. Der Filterrückstand wird daher vorzugsweise in einem Wasserkreislauf gewaschen, bis ein pH- Wert von etwa 5 bis 6 vorliegt. Anschließend kann der Filterrückstand emissionsarm getrocknet und bis zu seiner weiteren Verwertung gesammelt werden. Der verbleibende edelmetallfreie Rest (z.B. salzsaure Zinnlösung mit Fremdmetallen, organischen, anorganischen Salzen oder
Verbindungen) kann direkt einer stofflichen Verwertung zugeführt werden.
Erfindungsgemäß spielt die Korngröße des eingesetzten Zementationsmittels für die
Brauchbarkeit und den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens eine große Rolle, so dass es zum Gelingen erforderlich ist, dass die unedlen (Zementationsmittel) Metalle entweder in
Granulat-, Pulver- oder Pigmentform vorliegen. Die genaue Korngröße hängt hierbei von der Art der sauren, kolloidalen Lösung, der Reaktionsmatrix und dem Reaktionsvolumen ab. Dabei haben sich möglichst kleine Korngrößen des Zementationsmittels als vorteilhaft herausgestellt. In einer bevorzugten Variante umfasst das Zementationsmittel, d.h. das unedle Metall, eine
Korngröße (D50) von 0.5 m bis 400 pm, vorzugsweise 1 pm bis 100 m, jedoch sind auch Korngrößen im Nanobereich vorstellbar. Zwar sind auch größere Korngrößen bei den Pulvern, Pigmenten, Grießen oder Granulaten sicherlich möglich, jedoch ist letztendlich eine feine und homogene Verteilung des Zementationsmittels erforderlich, um die gewünschte Fällungsrate sowie einen effizienten Prozess zu erhalten. Die pH-Regulierung ist ebenfalls ein wichtiger Prozessbestandteil. Die in der Praxis eingesetzten sauren, kolloidalen Aktivatoren sind i. d. R. bereits stark salzsauer mit einem pH-Wert < 1. Es hat sich gezeigt, dass die Zementation auch bei höheren pH-Werten erfolgen kann, jedoch verläuft auch die gewünschte Laugung der eingesetzten Reduktions-, Zementationsmittel und gebildeten, löslichen Zementate bei niedrigen pH-Werten und hohen Salzsäurezonzentrationen wesentlich schneller als bei höheren. Daher sollte ein pH -Wert von 1.0 nicht überschritten werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem unedlen Metall als Zementationsmittel um Mg, AI, Zn, vorzugsweise um Metalle mit C0 < - 0.4. Der am Ende der Behandlung erhaltene flockige, unlösliche Niederschlag in der Lösung kann durch ein beliebiges Trennverfahren mechanisch, physikalisch getrennt werden, bei dem das Edelmetall sedimentiert, abgezogen und abfiltriert und somit aufkonzentriert wird.
In einer bevorzugten Variante umfasst das Zementationsmittel Zinkstaub mit einer Korngröße zwischen 2 pm und 72 pm, wobei sich im Rahmen der Zementation Zinn-IV-Oxide bilden, die zunächst homogen verteilt in der Lösung vorliegen. Durch Einleiten des Reduktionsmittels Eisenstaub vor der eigentlichen Zementation gehen gebildete Zinn-IV-Oxide durch deren
Reduktion in Lösung. Vorzugsweise erfolgt bei der Zementation gleichzeitig die Zugabe einer Säure zur pH-Regulation.
Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren sind je nach Konzentration und Zusammensetzung des Ausgangsmaterials (beispielsweise Abwässer, Sn/Pd-Aktivatoren) Aufkonzentrationen an Palladium von 5 bis mindestens 50% sowie Rückgewinnungsraten zwischen 80 bis mindestens 95 % möglich. Aufgrund der Verwendung von unedlen Metallen als Zementationsmittel kann daher auf gesundheits- und umweltschädliche Substanzen verzichtet werden, was ein
erheblicher Vorteil bei der Durchführung des Verfahrens und der Entsorgung etwaiger Zwischen- und Endprodukte darstellt. Auch die Behandlung und die Rückgewinnung von Palladium aus Aktivatoren mit einem niedrigen Palladiumgehalt (z.B. < 100 mg/l) werden durch das
erfindungsgemäße Verfahren wirtschaftlich. Das Edelmetall kann aufkonzentriert
zurückgewonnen, in Scheideanstalten behandelt und dem Wirtschaftskreislauf zurückgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise auf die Rückgewinnung von
Palladium ausgelegt und optimiert.
Wege zur Ausführung der Erfindung und gewerbliche Verwertbarkeit:
Die Erfindung wird in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel näher erläutert. Ein Rundbehälter wird mit 1000 I stark salzsaurem, palladiumhaltigem Aktivator mit einer
Konzentration von 300 bis 400 mg/l beschickt. Als pulverförmiges Zementationsmittel kommt Zinkstaub mit einer Korngröße von 1 bis 100 pm, vorzugsweise 2 bis < 67 pm sowie 10 g Eisenstaub zum Einsatz. Dabei haben sich kleinere Korngrößen als besonders vorteilhaft herausgestellt. Das Rührwerk ist mit einer Geschwindigkeitsregelung zur Einstellung der Umdrehungsgeschwindigkeit ausgerüstet. Die Zugabe des Zementationsmittels Zinkstaub erfolgt intervallweise und in Einzeldosen zu je 5 bis 20 g. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des
Rührwerks wird nach Zugabe des Zementationsmittels so eingestellt, dass eine Strudelbildung vermieden wird, damit es zu keiner Luftsauerstoffeintragung kommt. Angestrebt wird eine im Wesentlichen homogene Verteilung des sich bildenden Zinn-Palladium Zementats mit möglichst großer Oberfläche. Die Oberfläche ist im Wesentlichen vom Verteilungsgrad des Zementats abhängig.
In der gezeigten Variante wurden 10 bis 20 Einzeldosen intervallweise zugeführt. Nach dem Eintrag von ca.100 g des in Intervallen zugegebenen Zinkstaubs und einer Rührzeit von ca. 10 Minuten erfolgte eine optische Analyse der Lösung, welche zur Optimierung der Behandlung herangezogen werden kann. Die optische Beurteilung basiert im Wesentlichen auf der Analyse des Färb- und Trübungszustands der Lösung. Ziel ist eine möglichst entfärbte (keine
Braunfärbung!) transparente Lösung, bei der das gebildete Zinn-Palladium-Zementat homogen verteilt vorliegt. Gelbliche, bläuliche oder grünliche Färbungen treten produktionsprozessbedingt (durch Fremdmetallverschleppungen im galvanischen Produktionsbetrieb) häufig auf. Die Zeitdauer bis zur vollständigen Laugung löslicher Metalle, die Rührzeit, die Einzeldosen und die Größe der Zeitintervalle hängen im Wesentlichen von der Palladiumkonzentration, der
Zinnkonzentration sowie der Säurekonzentration (HCl) ab. Sofern noch keine ausreichende Zerstörung der ursprünglichen Braunfärbung und Transparenz der Lösung bemerkbar ist, werden weitere Einzeldosen zugegeben, welche vorzugsweise mit jeder Zugabe kleiner werden, bis sich eine maximale Transparenz bemerkbar macht und die Behandlung damit abgeschlossen ist, wenn sich alle löslichen Metalle vollständig gelöst haben und kein Palladium mehr ionogen in Lösung nachweisbar ist. Die vollständige Laugung dauerte im Versuch etwa 5 Stunden.
In der weitgehend transparenten Lösung (die jedoch je nach Anwendungsfall auch eingefärbt sein kann) sollten sich nun Flocken oder körnige Niederschläge an unlöslichen,
sedimentierbaren, palladiumhaltigen Stoffen befinden. Diese können im Kreislauf bei einer sehr niedrigen Rührgeschwindigkeit (etwa 100 bis 200 U/min) über einen Filter abfiltriert werden. Der Rest der Charge kann durch Abfiltrieren und Ausbildung eines Filterkuchens über einen Filter abgepumpt und der weiteren Verwertung zugeführt werden. Der Filterrückstand kann in einem Wasserkreislauf so lange gewaschen werden, bis der pH-Wert > 5 bis 6 liegt. Anschließend kann der Filterrückstand emissionsarm getrocknet und bis zu seiner Verwertung gesammelt werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Rückgewinnung von Palladium aus zinnhaltigen sauren, kolloidalen
Lösungen, umfassend die Schritte:
- intervallweise Zugabe eines in Granulat-, Pulver-, oder Pigmentform vorliegenden ersten unedlen Metalls als Zementationsmittel in Einzeldosen zu der sauren, kolloidalen Lösung unter gleichzeitigem homogenem Vermischen unter reduktiven Bedingungen zur Durchführung einer Zementation, wobei die Zugabe des Zementationsmittels so lange erfolgt, bis sich eine Aufklarung im Sinne zunehmender Entfärbung und Transparenz der Lösung bemerkbar macht und das gebildete Zementat möglichst homogen suspendiert vorliegt,
- weiteres Vermischen der entstandenen Suspension zur Laugung unedler Metalle für eine ausreichende Zeitdauer, so dass schließlich ein unlösbarer Niederschlag aus weitgehend reinem Palladium in der Suspension verbleibt,
- Abtrennen des unlösbaren Niederschlags aus der Lösung und Isolierung von Palladium mit nicht vermeidbaren Verunreinigungen,
2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem unedlen Metall um ein Metall mit 80 < - 0,4, vorzugsweise um Mg, AI, Zn, in Reinform handelt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Zementation gleichzeitig die Zugabe eines weiteren unedlen Metalls und bedarfsweise einer Säure zur pH-Regulation erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße (D50) des in Granulat-, Pulver-, oder Pigmentform vorliegenden unedlen Metalls zwischen 0,5 pm und 400 m, vorzugsweise zwischen 1 m und 100 pm liegt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des eingeleiteten Zementationsmittels beim Auftreten von hellen Trübungen in der Lösung erhöht wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vermischen des Zementationsmittels mit der sauren, kolloidalen Lösung durch Verrühren mit einem Rührwerk erfolgt, wobei die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rührwerks so eingestellt wird, dass eine durch Strudelbildung bedingte
Luftsauerstoffeintragung vermieden wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zementationsmittel Zinkstaub mit einer Korngröße zwischen 2 und 70 m zur
Zementation eingesetzt wird, wobei sich bildende Zinn IV-Oxide durch Einleitung von Eisenstaub als Reduktionsmittel reduziert werden und bedarfsweise eine Zugabe von HCl erfolgt.
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