DE102020209878A1 - Method for extracting gold and/or silver and/or at least one platinum group metal - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Gold und/oder Silber und/oder mindestens einem Platinmetall. Dabei wird mindestens ein Ausgangsmaterial, welches Gold und/oder Silber und/oder mindestens ein Platinmetall enthält, mit Ultraschall behandelt (12). In einer wässrigen Lösung, welche mindestens ein Nitril enthält und in welcher das mindestens eine Ausgangsmaterial angeordnet ist, werden Hydroxylradikale erzeugt (22).The invention relates to a method for extracting gold and/or silver and/or at least one platinum metal. At least one starting material, which contains gold and/or silver and/or at least one platinum metal, is treated with ultrasound (12). In an aqueous solution containing at least one nitrile and in which the at least one starting material is placed, hydroxyl radicals are generated (22).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Gold und/oder Silber und/oder mindestens einem Platinmetall aus mindestens einem Ausgangsmaterial.The present invention relates to a method for extracting gold and/or silver and/or at least one platinum group metal from at least one starting material.
Stand der TechnikState of the art
Gold, Silber und Platinmetalle sind essentielle Rohstoffe. Ihre Rückgewinnung aus Wertstoffabfall, beispielsweise als Teil von Katalysatormaterialien oder von elektronischen Geräten kann pyrometallurgisch oder hydrometallurgisch erfolgen. Die pyrometallurgische Rückgewinnung erfolgt, indem die Altmetalle geschmolzen und dann durch verschiedene Verfahren aufbereitet werden. Dies ist allerdings sehr energieintensiv und mit dem Entstehen toxischer Emissionen verbunden. Bei der hydrometallurgischen Rückgewinnung werden die zurückzugewinnenden Metalle durch Komplexbildung in eine wässrige Lösung gebracht. Ein Beispiel für ein solches Verfahren ist das alkalische Cyanidlaugen zur Goldgewinnung. Dieses Verfahren wird bei sehr hohen pH-Werten, also unter Verwendung aggressiver Laugen, durchgeführt. Der verwendete Komplexbildner Cyanid ist sehr toxisch, sodass auch dieses Verfahren zu gefährlichen Emissionen führen kann. Insbesondere kann der pH-Wert einer cyanidhaltigen Lösung durch Aufnahme von Kohlendioxid aus der Umgebungsluft beispielsweise so stark ansteigen, dass Blausäure aus der Lösung ausgast.Gold, silver and platinum metals are essential raw materials. Their recovery from recyclable waste, for example as part of catalyst materials or electronic devices, can be pyrometallurgical or hydrometallurgical. Pyrometallurgical reclamation is done by melting the scrap metal and then treating it through various processes. However, this is very energy-intensive and associated with the formation of toxic emissions. In hydrometallurgical recovery, the metals to be recovered are brought into an aqueous solution by complex formation. An example of such a process is alkaline cyanide leaching for gold recovery. This process is carried out at very high pH values, i.e. using aggressive bases. The complexing agent cyanide used is very toxic, so this process can also lead to dangerous emissions. In particular, the pH value of a cyanide-containing solution can increase so much, for example, by absorbing carbon dioxide from the ambient air that hydrogen cyanide outgasses from the solution.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Das Verfahren dient zur Gewinnung von Gold und/oder Silber und/oder mindestens einem Platinmetall aus mindestens einem Ausgangsmaterial, insbesondere aus einem Altmetall oder aus natürlich vorkommenden Erzen. Unter Platinmetallen (platinum group metals; PGM) werden dabei die leichten Platinmetalle Ruthenium, Rhodium und Palladium und die schweren Platinmetalle Iridium und Platin verstanden. Unter Altmetallen werden verarbeitete Metalle jeglicher Form verstanden, beispielsweise Metalle als Teil von Katalysatoren oder Metalle als Teil von elektronischen Geräten. Das mindestens eine Ausgangsmaterial, welches Gold und/oder Silber und/oder mindestens einem Platinmetall enthält, wird mit Ultraschall behandelt. Dadurch wird seine Oberfläche aufgeraut.The method is used to extract gold and/or silver and/or at least one platinum metal from at least one starting material, in particular from scrap metal or from naturally occurring ores. Platinum metals (platinum group metals; PGM) are understood to mean the light platinum metals ruthenium, rhodium and palladium and the heavy platinum metals iridium and platinum. Scrap metals are processed metals of any form, for example metals as part of catalytic converters or metals as part of electronic devices. The at least one starting material, which contains gold and/or silver and/or at least one platinum metal, is treated with ultrasound. This roughens its surface.
Die Ultraschallbehandlung kann in einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgen, indem das Ausgangsmaterial in einem Ultraschallbad mit Ultraschall behandelt wird. Anschließend wird es in einen Reaktor überführt und in diesem mit einer wässrigen Lösung in Kontakt gebracht welche mindestens ein Nitril enthält.In one embodiment of the method, the ultrasonic treatment can be carried out by treating the starting material with ultrasound in an ultrasonic bath. It is then transferred to a reactor and brought into contact there with an aqueous solution which contains at least one nitrile.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird das Ausgangsmaterial in einem Reaktor in Wasser oder einer wässrigen Lösung, welche kein Nitril enthält mit Ultraschall behandelt und dem Wasser oder der wässrigen Lösung nach Beenden der Behandlung mindestens ein Nitril hinzugefügt. Dies hat den Vorteil, dass das behandelte Ausgangsmaterial nicht mehr in den Reaktor überführt werden muss. Indem das Nitril erst nach Ende der Ultraschallbehandlung hinzugefügt wird, wird vermieden, dass es durch lokale Erhitzung aufgrund der Ultraschallbehandlung zu einem Austreiben des Nitrils aus der Lösung kommt.In another embodiment of the process, the starting material is treated with ultrasound in a reactor in water or an aqueous solution which does not contain any nitrile and at least one nitrile is added to the water or the aqueous solution after the treatment has ended. This has the advantage that the treated starting material no longer has to be transferred to the reactor. By only adding the nitrile after the end of the ultrasonic treatment, it is avoided that the nitrile is driven out of the solution due to local heating due to the ultrasonic treatment.
Das Nitril ist insbesondere ausgewählt aus der Gruppe, die aus Acetonitril, einem Cyanacetat, Isobutyronitril und Propionitril besteht, wobei Acetonitril oder ein Cyanacetat besonders bevorzugt sind. In der wässrigen Lösung werden Hydroxylradikale erzeugt. Durch Reaktion der Hydroxylradikale mit dem Nitril können in situ gerade so viele Cyanide (Ionen oder Radikale) erzeugt werden, wie erforderlich sind, um das zu gewinnende Metall in Lösung zu bringen. Gleichzeitig können die Hydroxylradikale gegenüber dem Metall als Oxidationsmittel fungieren. Hierdurch muss weder mit großen Überschüssen an Cyaniden gearbeitet werden, noch ist die Verwendung großer Mengen starker Laugen erforderlich. Die wässrige Lösung enthält vorzugsweise mindestens 0,1 Mol pro Liter des mindestens einen Nitrils, um eine ausreichend große Quelle für die Erzeugung von Cyaniden (Ionen oder Radikale) zur Verfügung zu stellen.In particular, the nitrile is selected from the group consisting of acetonitrile, a cyanoacetate, isobutyronitrile and propionitrile, with acetonitrile or a cyanoacetate being particularly preferred. Hydroxyl radicals are generated in the aqueous solution. By reacting the hydroxyl radicals with the nitrile, just enough cyanides (ions or radicals) can be generated in situ to dissolve the metal to be recovered. At the same time, the hydroxyl radicals can act as oxidizing agents towards the metal. As a result, it is not necessary to work with large excesses of cyanides, nor is it necessary to use large amounts of strong bases. The aqueous solution preferably contains at least 0.1 mole per liter of the at least one nitrile to provide a sufficiently large source for the generation of cyanides (ions or radicals).
Die Ultraschallbehandlung erzeugt Defekte an der Oberfläche des Ausgangsmaterials. Dies führt zu einer Oberflächenvergrößerung, die eine besonders effektive Reaktion des zu gewinnenden Metalls mit den Cyaniden ermöglicht. Eine schnelle Oberflächenpassivierung wird zudem durch die raue Oberfläche vermieden.The ultrasonic treatment creates defects on the surface of the starting material. This leads to an increase in surface area, which enables a particularly effective reaction of the metal to be extracted with the cyanides. The rough surface also prevents rapid surface passivation.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Hydroxylradikale erzeugt, indem Ozon in die Lösung eingeleitet wird. Dieses kann mit Wasser unter Bildung von Sauerstoff und Hydroxylradikalen reagieren, wobei die Reaktion insbesondere photokatalytisch durchgeführt wird. Das hierfür benötigte Ozon kann beispielsweise durch Koronaentladungen oder elektrochemisch erzeugt werden.In one embodiment of the method, the hydroxyl radicals are generated by bubbling ozone into the solution. This can react with water to form oxygen and hydroxyl radicals, the reaction being carried out in particular photocatalytically. The ozone required for this can be generated, for example, by corona discharges or electrochemically.
Die Lösung enthält in dieser Ausführungsform des Verfahrens vorzugsweise 0,1 Mol pro Liter bis 1,0 Mol pro Liter mindestens eines Alkalimetallhydroxids, insbesondere Natriumhydroxids oder Kaliumhydroxids. Aufgrund der gezielten Bildung von Cyaniden (Ionen oder Radikale) und der oxidierenden Wirkung der Hydroxylradikale ist diese Menge des Alkalihydroxids ausreichend, um eine Bildung von gasförmiger Blausäure wirksam zu unterbinden.In this embodiment of the process, the solution preferably contains 0.1 mol per liter to 1.0 mol per liter of at least one alkali metal hydroxide, in particular sodium hydroxide or potassium hydroxide. Due to the targeted formation of cyanides (ions or radicals) and the oxidizing effect of the hydroxyl radicals, this amount of alkali metal hydroxide is sufficient to effectively prevent the formation of gaseous hydrocyanic acid.
Weiterhin ist es in dieser Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, dass das Ozon durch einen porösen Diffusor unterhalb des Ausgangsmaterials in die Lösung eingeleitet wird. Auf diese Weise umströmt es das Ausgangsmaterial und die Bildung der Hydroxylradikale erfolgt in der Nähe der Oberfläche des Ausgangsmaterials.Furthermore, it is preferred in this embodiment of the method that the ozone is introduced into the solution through a porous diffuser below the starting material. In this way it flows around the feedstock and the formation of the hydroxyl radicals occurs near the surface of the feedstock.
In dieser Ausführungsform ist es weiterhin bevorzugt, dass die Lösung in dieselbe Richtung wie das Ausgangsmaterial strömt wie das Ozon. Auf diese Weise wird frische Lösung mit Ozon angereichert, bevor sie das Ausgangsmaterial kontaktiert und kann nach Kontakt mit dem Ausgangsmaterial zusammen mit darin gelösten Metallcyanokomplexen aus einem für das Verfahren verwendeten Reaktor herausgeleitet werden.In this embodiment, it is further preferred that the solution flows in the same direction as the raw material such as the ozone. In this way fresh solution is enriched in ozone before contacting the feedstock and after contact with the feedstock can be discharged from a reactor used for the process together with metal cyano complexes dissolved therein.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens werden die Hydroxylradikale durch eine Fenton-Reaktion in der Lösung erzeugt. Die Fenton-Reaktion ist eine durch ein Eisensalz katalysierte Reaktion von Wasserstoffperoxid in saurer Lösung. Hierzu kann die Lösung insbesondere Fentons Reagenz enthalten, eine schwefelsaure Mischung aus Wasserstoffperoxid und einem Eisensalz. Als Eisensalz ist insbesondere Eisen(II)sulfat geeignet.In another embodiment of the method, the hydroxyl radicals are generated in the solution by a Fenton reaction. The Fenton reaction is an iron salt-catalyzed reaction of hydrogen peroxide in acidic solution. For this purpose, the solution can contain in particular Fenton's reagent, a sulfuric acid mixture of hydrogen peroxide and an iron salt. Iron(II) sulfate is particularly suitable as the iron salt.
Während eine reine Elektro-Fenton-Reaktion eine stark saure Lösung erfordert, um dabei gebildete Hydroxylanionen zu neutralisieren, kann beispielsweise durch eine Kombination der Elektro-Fenton-Reaktion mit einer Photo-Fenton-Reaktion die Erzeugung der Hydroxylradikale auch in einer schwachsauren Lösung erfolgen, wozu die Lösung vorzugsweise Ameisensäure enthält. Hierdurch wird das Risiko der Bildung von gasförmiger Blausäure durch Freisetzung von Cyanidionen aus Cyanometallkomplexen verringert.While a pure electro-Fenton reaction requires a strongly acidic solution in order to neutralize the hydroxyl anions formed, the hydroxyl radicals can also be generated in a weakly acidic solution, for example by combining the electro-Fenton reaction with a photo-Fenton reaction, for which purpose the solution preferably contains formic acid. This reduces the risk of the formation of gaseous hydrocyanic acid through the release of cyanide ions from cyanometal complexes.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Lösung zumindest eine Substanz enthält, die ausgewählt ist, aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen, Tensiden und Aktivkohle. Unter den Alkoholen sind dabei die kurzkettigen Alkohole Methanol, Ethanol und Isopropanol bevorzugt. Ebenso wie die Tenside bewirken die Alkohole eine verbesserte Benetzung des mindestens einen Ausgangsmaterials durch die wässrige Lösung. Die Aktivkohle weist eine hohe Oberfläche auf, an welcher die Bildung von Hydroxylradikalen ablaufen kann.Furthermore, it is preferred that the solution contains at least one substance selected from the group consisting of alcohols, surfactants and activated carbon. Among the alcohols, preference is given to the short-chain alcohols methanol, ethanol and isopropanol. Like the surfactants, the alcohols bring about improved wetting of the at least one starting material by the aqueous solution. The activated carbon has a high surface area on which the formation of hydroxyl radicals can take place.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Lösung mit UV-Licht bestrahlt wird. Bei der Bildung von Hydroxylradikalen durch Einleitung von Ozon in die Lösung kann hierdurch eine Photokatalyse der Reaktion erreicht werden. Hierzu hat das UV-Licht bevorzugt eine Wellenlänge von weniger als 310 nm. Bei einer Erzeugung der Hydroxylradikale durch eine Fenton-Reaktion ermöglicht die Bestrahlung das Ablaufen einer Photo-Fenton-Reaktion. Hierzu beträgt die Wellenlänge des verwendeten UV-Lichts vorzugsweise weniger als 580 nm.Furthermore, it is preferred that the solution is irradiated with UV light. In the formation of hydroxyl radicals by introducing ozone into the solution, photocatalysis of the reaction can be achieved as a result. For this purpose, the UV light preferably has a wavelength of less than 310 nm. If the hydroxyl radicals are generated by a Fenton reaction, the irradiation enables a photo-Fenton reaction to take place. For this purpose, the wavelength of the UV light used is preferably less than 580 nm.
Figurenlistecharacter list
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
2 zeigt schematisch einen Reaktor, in dem Verfahren gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung ablaufen können. -
3 zeigt schematisch einen anderen Reaktor, in dem Verfahren gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung ablaufen können. -
4 zeigt ein Ablaufdiagramm von weiteren Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 shows a flowchart of exemplary embodiments of the method according to the invention. -
2 FIG. 12 schematically shows a reactor in which processes according to exemplary embodiments of the invention can take place. -
3 FIG. 12 shows schematically another reactor in which processes according to embodiments of the invention can take place. -
4 shows a flow chart of further exemplary embodiments of the method according to the invention.
Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention
Wie in
Ein Gemisch 52 aus nicht abreagiertem Ozon und dem gebildeten Sauerstoff verlässt den Reaktor 40 durch einen Gasauslass 44 an seiner Oberseite.A
Die Hydroxylradikale gehen in der Lösung 41 im Wesentlichen zwei Reaktionen ein:The hydroxyl radicals essentially undergo two reactions in solution 41:
Gemäß Formel 2 reagieren Hydroxylradikale mit dem Acetonitril unter Bildung von Methanol zu Cyanoradikalen. Diese oxidieren metallisches Gold zu Gold(I)cyanid:
Weiterhin können die Hydroxylradikale gemäß Formel 3 an der Metalloberfläche selbst Gold zu Gold(I)hydroxid oxidieren. Dieses ist hoch reaktiv und reagiert mit dem Acetonitril unter Bildung von Methanol zu Gold(I)cyanid:
Das Gold(I)cyanid geht in Lösung und verlässt den Reaktor 40 durch die Auslassöffnung 43.The gold(I) cyanide dissolves and leaves the
Anschließend kann das Gold mittels aus der Cyanidlaugerei bekannter Methoden aus der Lösung 41 ausgefällt werden 23. Diese kann anschließend durch die Einlassöffnung 42 wieder in den Reaktor 40 eingeleitet werden. Sobald das gesamte Gold abgetragen wurde, geht kein weiteres Metall in Lösung, da Nickel unter alkalischen Bedingungen eine inerte Schutzschicht aus Nickelhydroxid bildet. Schließlich wird das Verfahren beendet 24.The gold can then be precipitated 23 from the
In einem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird ein Reaktor 40 verwendet, wie er in
Die Bestrahlung mittels der UV-Lampe 60 erfolgt bei einer Wellenlänge von weniger als 580 nm. Hierdurch läuft in der Lösung 41 weiterhin eine Photo-Fenton-Reaktion gemäß Formel 5 ab:
Die Photo-Fenton-Reaktion bewirkt sowohl eine Regenerierung der in der Elektro-Fenton-Reaktion oxidierten Eisen(II)-Kationen durch Reduktion als auch eine Neutralisierung der dort erzeugten Hydroxylanionen, sodass sich der pH-Wert der Lösung 41 nicht ändert. Die in den beiden Fenton-Reaktionen erzeugten Hydroxylradikale reagieren dann wie im ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß den Formeln 2 und 3 weiter und bringen Gold in Form von Gold(I)cyanid in Lösung. Das Entnehmen der mit Gold(I)cyanid angereicherten Lösung 41 aus dem Reaktor 40 und das Ausfällen 23 von metallischem Gold erfolgt in derselben Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel.The photo-Fenton reaction both regenerates the iron(II) cations oxidized in the electro-Fenton reaction by reduction and neutralizes the hydroxyl anions generated there, so that the pH value of
In einem dritten und vierten Ausführungsbeispiel werden die Verfahrensschritte 11 bis 13 der ersten beiden Ausführungsbeispiele gemäß
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