Переработка автомобильных катализаторов

Проведен анализ и физико-химическое исследование отработанных автомобильных катализаторов.

Постановка проблемы и ее актуальность. Необходимость охраны окружающей среды в последнее время очень заострилась через рост разрушительного влияния человека на него. Сегодня основным источником загрязнения воздуха является автомобильный транспорт. Поэтому в развитых странах Европы постоянно усиливают требования стандартов к чистоте выхлопных газов — на замену стандарта «Євро-4» внедряется более суровый «Євро-5». Все это обусловливает тотальную оснастку автомобилей каталитическим нейтрализатором в Европейском Союзе, а также в США, Японии и других развитых странах, который превращает основные токсичные компоненты выхлопных газов в безопасные выбросы. Суть превращения сводится к доокислению окиси углерода и недожженных углеводородов на платиновых катализаторах к углекислому газу и воде и возобновлению оксидов азота к азоту.

С m Н n + (m + n/4) O 2 = m С0 2 + n/2 Н 2 0

2 СО + O 2 = 2 С0 2

2 N0 x + 2х СO = N 2 + 2х С02

Согласно постановлению правительства России на территории нашего государства уже с 2001 г. запрещалась эксплуатация транспортных средств без нейтрализаторов вредных примесей выхлопных газов. Кроме этого, в России с 1-го января 2006 года вступили в силу экологические стандарты качества «Євро-2», а с 01.2007 г. вводится уже «Євро-3», потому появляется проблема разработки и производства таких автокатализаторов. Анализ заграничного опыта показывает, что около 80 % основного сырья (металлов платиновой группы (МПГ)) получают повторно из отработанных автомобильных катализаторов. Исключение МПГ из отработанных автокатализаторов в странах Запада в 1996 г. представляло: 11,0 т платины, 3,6 т палладия, 1,2 т родия при ежегодном росте исключения на 8-9 .

Высокая стоимость заграничных нейтрализаторов препятствует широкому использованию их на внутреннем рынке России. Поэтому сейчас остро стоит вопрос разработки собственного дешевого автомобильного нейтрализатора. Самым рациональным решением этой проблемы является утилизация отработанных автомобильных катализаторов, которые установлены на импортированных автомобилях. На данное время в России отсутствует промышленная переработка отработанных автокатализаторов и нет естественных месторождений МПГ, потому разработка путей их получения является актуальным заданием.

Целью нашего этапа работы было определение содержимого МПГ в разных образцах отработанных автокатализаторов, установления самых эффективных методов их переработки; разработка первой стадии промышленной переработки отработанных автокатализаторов, а именно влиянию степени их помолу (фракционного состава) на выход МПГ с применением гидрометаллургического метода исключения.

Определение содержимого МПГ в отработанных автокатализаторах

Как объект анализа нами выбранные образцы отработанных катализаторов из распространенных марок автомобилей среднего класса и объемом двигателя 2 л, которые эксплуатировались в течение 5-6 лет и прошли 150-200 тыс. км. Также отобраны средние пробы автомобильных катализаторов, демонтированных на станциях технического обслуживания из автомобилей разных марок и сроков эксплуатации. Анализы были получены гравиметрическими методами (табл. 1) путем химического исключения чистых металлов из размельченных образцов массой 500,0 г.

Средняя масса катализатора представляет около 0,8-1,0 кг, который позволит изымать в среднем 1,5-2,5 г платиноида из одного автомобиля. Каталитический блок есть керамическим цилиндром с продольными отверстиями длиной 70-110 мм, которые в разрезе имеют форму квадрата с размером около 1,1 мм и толщиной стенок отверстий до 0,1 мм. На поверхность этих стенок нанесен активный слой на основе γ-оксиду алюминия толщиной около 50 мкм, что содержит платину или смесь платины и родию, или Рt, Рd и Rh. Основными поставщиками катализаторов для обезвреживания отработанных газов являются американские фирмы Universal Oil Products, American Cyanamide, Engelgard, General Motors, японские компании Marikawa, Тоkіо Roky, французская фирма Oxi France, западногерманская Herapur, Degussa и другие. Наиболее распространенным керамическим материалом является кордерит (2MgO ⋅ 2Al 2 O 3 ⋅5SiO 2), который характеризуется высокой механической стойкостью (для Сеlсог 9475 фирмы Corning Glass критическая разрушительная сила около 20,7 мПа) и чрезвычайно низким коэффициентом термического расширения, которое обусловливает его высокую стойкость к термоудару (900 о С).

Таблица 1

Содержимое металлов платиновой группы Р t , Р d и Rh (платина, палладий, родий) в отработанных автомобильных катализаторах

Выше приведено строение и свойства керамического каталитического блока позволяют применить пиро- или гидрометаллургический процесс переработки этого вторичного сырья. Нами проведены сравнительные испытания этих методов на образцах массой 0,5 кг, которые содержали 0,16 % МПГ. Пирометаллургические исключения осуществляли путем обновительной плавки смеси измельченного катализатора с порошком металла-коллектора (свинец или медь), следующего растворения слитку в разведенной нитратной кислоте и аффинажу платиновых металлов из нерастворимого остатка. При этом часть палладия переходит в кислотный раствор, откуда его осаждали диметиллглиоксимом.

Таблица 2

Влияние метода исключения металлов платиновой группы из отработанных автомобильных катализаторов на выход Р t , Р d и Rh

За другим — гидрометаллургическим методом платиноид был экстрагированным кипящей «царской водкой», экстракт испаряли к «влажным солям», потом к остатку добавляли небольшое количество соляной кислоты и повторно испаряли. Процедуру добавления кислоты и испарения повторяли несколько раз к прекращению выделения бурых паров. Дальше остаток растворяли при нагревании в разведенной соляной кислоте, полученный раствор фильтровали от нерастворимых смесей (гидроксид алюминия), а из фильтрата изымали чистые металлы платиновой группы известными способами. Результаты исключения МПГ этими способами приведены в табл. 2.

Гидрометаллургический метод оказался экономически выгоднее за энергетическими и материальными расходами, однако он более длителен через необходимость многоразовой экстракции платиноида «царской водкой». Определено содержимое МПГ в образцах отработанных автокатализаторов разных марок автомобилей. Установлено, что гидрометаллургический метод переработки является эффективнее в сравнении с пирометаллургическим. Установлено, что из двух-трех отработанных катализаторов можно получить один новый.

Влияние степени помола (фракционного состава) отработанных катализаторов на выход МПГ с применением гидрометаллургического метода исключения

При использовании гидрометаллургического метода исключения из одной тона измельченного катализатора фирма «Degussa AG» (ФРГ) получает около 1,5 кг платины. По данным другой компании «Hazen Research Inc.» (США) которая специализируется на снабжении оборудования для экстракционной металлургии, методу экстракции МПГ принадлежат ~ 50 % всей их добычи, поэтому мы применили его в этой работе. Исключение МПГ из отработанных автомобильных катализаторов с использованием гидрометаллургических процессов можно условно разделить на две стадии. На первой проходит кислотная экстракция МПГ и их концентрирование, а на второй — разделение, очистка и получение конечных металлов восстановительными методами.

Для исследования использованные образцы отработанных автомобильных катализаторов японского производства, которые были измельчены с помощью лабораторной щечной дробилки с щелью 4 мм Измельченный материал разделило на 4 фракции с помощью лабораторных сит. На кислотную экстракцию и дальнейший аффинаж МПГ брали по 0,5 кг каждой фракции разной степени помолу.

В результате разделения по схеме получались высоко чистые (>99,9 %) платина палладий и родий, что позволило установить выход этих МПГ в разных фракциях измельченного катализатора и их суммарный выход (табл. 3).

Таблица 3

Выход металлов платиновой группы в зависимости от степени помола отработанных автомобильных катализаторов

Графическая зависимость выхода МПГ от степени помола катализатора изображена на рисунке.

Выводы

Установлено, что при гидрометаллургическом методе исключения: 1) выход металлов платиновой группы растет с уменьшением размеров частиц измельченного отработанного автомобильного катализатора; 2) оптимальным степенью помола отработанных автокатализаторов является фракция с размером частиц меньше 1,7 мм, что обеспечивает практически полное исключение металлов платиновой группы и удовлетворительную конвекцию при кислотной экстракции.

Как видно из данной статьи, переработка автомобильных катализаторов, является сложным техническим и химическим процессом, который безопасно осуществлять возможно только в заводских условиях на специализированном оборудовании, поэтому настоятельно не рекомендуем Вам пробовать это делать самостоятельно, особенно начитавшись интернета, .т.к. решив выиграть 15-20% прибыли (это еще не факт, при условии соблюдения техпроцесса) вы рискуете потерять здоровье, которое в последствии не восстановится, а в некоторых известных случаях и саму жизнь (с кислотами шутки плохи!). Не зря законом такая самодеятельность строго запрещена! Чтобы выгодно продать или сдать отработанные автомобильные катализаторы в городе Москва, Воронеж, Тамбов, Липецк, Пенза, Рязань, Тула, Курск, Орел, Ярославль, Брянск, Белгород, Волгоград, Астрахань, Ростов на Дону, Саратов, Краснодар, Ставрополь, Самара, Чебоксары, Казань, Саранск, -обращайтесь в нашу компанию «Радиоскупка». Мы переработаем ваши катализаторы, а Вы получите честную, выгодную цену за них.

Все-таки оно существует! Все-таки можно наладить безотходное производство, то есть утилизировать и перерабатывать детали с целью получения из них максимального количества полезных ресурсов и материалов. Одним из таких максимально полезных и очень выгодных материально является автомобильный катализатор. Благодаря современным технологиям из него можно получать платину, палладий и родий, которые каталитический конвертер содержит. Многие знают, что эта деталь содержится в выхлопном механизме автомобиля. Так вот, из каждой из них можно извлечь от 0,09 до 0,13 % благородных металлов, то от общей массы будет составлять ни много ни мало, а от 2 до 4 грамм чистого вещества.

Ежегодно в мире производится 180 тонн этого красивого и тугоплавкого металла, при этом вторичной платины, то есть извлеченной из деталей промышленным или домашним способом выходит еще дополнительно 60 тонн. Способ получения платины в основном там приобретает промышленные масштабы, да и нет надобности тратить много ресурсов на то, чтобы заниматься этим дома и самой популярной деталью для утилизации с последующим извлечение драгоценного металла является автомобильный катализатор.

Получение благородных металлов из авто катализаторов промышленным путем подразделяется на две категории: гидрометаллургическая и пирометаллургическая.

Самую большую сложность в получении платины из какой-либо детали составляют ее химические свойства, имеется в виду не ее тугоплавкость, а то, что она взаимодействует ни с чем, кроме «царской водки». В промышленных масштабах использование «царской водки» не является экономически выгодным и требует пошаговой очистки, в том числе и газовой. Также потом очень сложно снимать слой платины с каталитических составляющих. Помимо технологических трудностей химический способ очень экологически не чист и может представлять опасность для людей, которые работают с таким веществом как раствор «царской водки».

Температура плавления платины составляет 1772 °С, поэтому в промышленных условиях можно наладить возможность получения металла при помощи высокотемпературных печей. К этому же способу извлечения драгоценных металлов из авто катализаторов можно отнести палладий - 1554 °С и Родий 1960 °С. Такой способ получения называется пирометаллургическим. На производстве ждя получения благородных металлов применяются плазменно-дуговые агрегаты, остальной материал просто не выдерживает высоких температур, а драгоценные металлы потом подвергаются окончательной обработке для получения почти чистого материала.

На сегодняшний день катализатор является обязательной опцией для любого современного автомобиля. Он осуществляет очистку выхлопных газов путём доокисления их вредных компонентов. Изготавливается эта деталь в виде сотовой керамической конструкции. Благодаря сотам площадь контакта отработанных газов с каталитической поверхностью увеличивается. Высокая стоимость устройства определяется тем, что оно содержит тонкий слой сплава, включающего такие дорогие металлы, как платина, родий и палладий.

Данные, полученные в ходе первых промышленных испытаний, показали, что цена эффективного каталитического нейтрализатора будет колебаться в диапазоне $300-$1000. В выпускаемых современной промышленностью таких деталях, доля драгметаллов не превышает 10% от общей стоимости, всё остальное – большие технологические издержки плюс прибыль предприятий-производителей.

Металл или керамика. Что лучше?

Внутренняя часть этой детали может быть металлической, либо изготавливаться из керамики. С точки зрения стоимости выгодно отличается катализатор с керамической начинкой. Именно поэтому он получил наибольшее распространение. Даже, несмотря на то, что аппарат из керамики менее надёжен своего «коллеги», изготовленного с применением металлических компонентов! Он боится импульсных механических воздействий. Например, от удара о лежащий на дорожном полотне камень, внутренние соты могут просто разлететься на мелкие кусочки. Такой же негативный эффект вызовет попадание на керамический каталитический нейтрализатор воды из лужи во время движения.

Хрупкую керамику также могут разрушить неполадки в системе зажигания, когда из-за неудавшегося пуска двигателя в выпускном тракте скапливается несгоревший бензин. Если владельцу авто всё-таки удаётся завести мотор, в катализаторе происходит взрыв, в результате чего соты, опять же, рассыпаются. В этом отношении металлическое устройство очистки выхлопных газов более надёжно.

Недостатки

Однако, независимо от внутренней структуры автокатализаторов, все они довольно быстро теряют способность дожигать вредные примеси. Кроме того, вследствие засорения сот, уменьшается общее проходное сечение, в результате чего теряется мощность двигателя, а нередко он просто выходит из строя.

И ещё одним существенным недостатком этих устройств, как мы говорили выше, является их высокая стоимость. Несмотря на кажущуюся простоту – металлическая ёмкость, наполненная пористой керамикой – с технологической точки зрения очень сложно создать недорогой автокатализатор, способный эффективно отводить и очищать выхлопные газы. При этом необходимо соблюдать следующие противоречивые требования:

• для сохранения температуры выхлопа, устройство необходимо размещать максимально близко к двигателю;
• необходимость ограничения температуры, поскольку при дожигании выделяется тепло;
• термическая прочность конструкции;
• ограниченные габариты ёмкости катализатора не должны сказываться на активной площади;
• отсутствие вредных резонансов и малое газодинамическое сопротивление.

Сегодня в России постепенно формируется рынок отработанных катализаторов. Он выступает в качестве источника получения металлов платиновой группы. Его основными участниками являются крупные СТО. Впрочем, многие организации принимают в утилизацию такие изделия у частных лиц. И не просто принимают, а ещё и платят за пришедший в негодность катализатор деньги!