Поиск рационального варианта выделения платиновых металлов из отработанных автомобильных катализаторов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 23 ноября, печатный экземпляр отправим 27 ноября.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №47 (337) ноябрь 2020 г.

Дата публикации: 21.11.2020

Статья просмотрена: 155 раз

Библиографическое описание:

Коновалов, М. В. Поиск рационального варианта выделения платиновых металлов из отработанных автомобильных катализаторов / М. В. Коновалов, Л. В. Соколов, О. Б. Колмачихина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 47 (337). — С. 42-44. — URL: https://moluch.ru/archive/337/75513/ (дата обращения: 15.11.2024).



В работе рассмотрена и обоснована актуальность переработки автомобильных катализаторов как вторичного сырья, проведен сравнительный анализ существующих в настоящее время технологий по их переработке и выбрана принципиальная технологическая схема получения концентрата металлов платиновой группы (МПГ).

Ключевые слова: автомобильные катализаторы, переработка, металлы платиновой группы, концентрат

Каталитические преобразователи или автомобильные катализаторы были введены в эксплуатацию в 1975 году. Это устройства, которые находятся в выхлопной системе каждого современного автомобиля. В процессе их работы происходят химические реакции, которые нейтрализуют опасные для человека и окружающей среды продукты горения топлива:

CO + O 2 = CO 2

C x H y + O 2 = CO 2 + H 2 O

Основным типом конструкции автомобильных катализаторов являются «сотовые» структуры или, реже, конструкция типа «керамические бусины», которые позволяют обеспечить контакт отходящих выхлопных газов с максимальной площадью поверхности катализатора. Наиболее часто «соты» в катализаторах изготавливаются из керамики на основе оксида алюминия, внутренняя поверхность которых покрыта металлическим катализатором, представляющим собой смесь платины, палладия и родия. [2] Суммарное содержание МПГ в катализаторах составляет около 0,2 %.

Именно из-за наличия таких металлов как Pt, Pd, Rh отработанные катализаторы представляют большой интерес с точки зрения переработки вторичного сырья. Стоимость катализаторов, вышедших из употребления, в зависимости от марки автомобиля колеблется от 2 до 45 тысяч рублей за килограмм.

Основными отраслями, в которых используют платину и палладий, являются автомобилестроение, электроника и ювелирная отрасль. Самым ценным металлом в отработанных катализаторах является родий. Это один из самых редких металлов, мировая добыча которого составляет менее 30 тонн в год. Поэтому сейчас стоимость родия составляет около 36 тысяч рублей за один грамм. Основными потребителями родия является ювелирная и автомобильная отрасль.

Существует множество способов переработки автомобильных катализаторов, общая цель которых — максимально полное извлечение из них металлов платиновой группы. Все эти методы можно разделить на три группы: гидрометаллургические, гидро-пирометаллургические и комбинированные.

Гидрометаллургические методы предполагают дробление катализаторов и последующее выщелачивание их в различных реагентах. При этом, в зависимости от типа используемого реагента, в раствор переводят либо компоненты основы катализатора, а благородные металлы при этом преимущественно остаются в кеке, либо растворяют металлы платиновой группы, отделяя их таким образом от керамики.

Недостатками подобных способов переработки являются неизбежность потерь платиновых металлов на стадии выщелачивания, невысокая степень обогащения концентрата, необходимость тонкого измельчения исходного материала, сложность аппаратурного оформления и ограничения по модификации оксида алюминия.

Комбинированные или пиро-гидрометаллургические способы переработки автомобильных катализаторов классифицируют по величине температурного воздействия.

Первая группа способов предполагает использование обжига материала при температуре 400–550º С для удаления органики и продуктов горения топлива. Обжиг, например, применяют для повышения эффективности процесса при переработке катализаторов методом хлорирования.

Вторая группа способов предусматривает спекание исходного катализатора при температуре 900–950º С в присутствии различных реагентов (чаще всего гидроксида щелочного металла) в восстановительной атмосфере с целью перевода алюминия, который в виде оксида входит в состав основы катализатора, в растворимую форму алюмината натрия. Затем проводят щелочное или водное выщелачивание спека и получают концентрат платиновых металлов, который направляют в гидрометаллургическую ветку с целью более глубокого обогащения. [5]

Третья группа включает различные варианты плавки катализаторов на коллектор. Эти способы обеспечивают большее суммарное извлечение платиновых металлов в конечный продукт за счет дополнительной переработки шлаков по сравнению с другими способами переработки автомобильных катализаторов.

Сравнение эффективности технологий по переработке отработанных автомобильных катализаторов в зависимости от извлечения представлено в таблице 1.

Таблица 1

Сравнение эффективности способов переработки катализаторов

Гидрометаллургические

Пирометаллургические

Комбинированные

Извлечение МПГ в концентрат

85–90 %

90–99 %

99 %

Поскольку главной целью переработки платиносодержащих катализаторов является максимально полное извлечение из них металлов платиновой группы, для переработки этого вида сырья наиболее целесообразно применение именно пирометаллургических методов, предполагающих плавку исходного материала на коллектор.

Предлагаемая принципиальная схема по переработке катализаторов представлена на рисунке 1.

Принципиальная схема переработки отработанных катализаторов

Рис. 1. Принципиальная схема переработки отработанных катализаторов

Автомобильные катализаторы измельчаются, усредняются и проходят процесс классификации, после чего направляются на плавку на металлический коллектор. В процессе плавки компоненты катализатора, в частности, керамика и алюминий переходит в шлак, в то время как металлы платиновой группы накапливаются в металлическом коллекторе. По окончании плавки мы получаем высокоуглеродистый сплав системы C-Ме-Si, с содержанием МПГ около 5 % (таблица 1). В качестве дальнейших исследований необходимо выбрать принципиальный метод гидрометаллургической переработки полученного сплава.

Таблица 1

Содержание основных компонентов в сплаве на основе железа

Элементы

Pd

Pt

Rh

Fe

Cu

Si

Ti

Ag

Проч.

%

3,1

1,2

0,1

79,6

2,16

5,1

1,18

0,11

7,45

* Анализ выполнен методом РФА и не учитывает наличие углерода.

Литература:

  1. Ю. А. Котляр, М. А. Меретуков. Л. С. Стрижко «Металлургия благородных металлов» Часть 2.
  2. Электронный ресурс «Устройство автомобильного катализатора» режим доступа: http://gsavto.ru/ustroystvo-katalizatora
  3. Патент РФ «Способ переработки отработанных катализаторов, содержащих металлы платиновой группы», номер RU 2 138 568
  4. Патент РФ «Способ извлечения металлов платиновой группы» RU 2 360 984
  5. Патент США «Процесс восстановления металлов платиновой группы», номер US5252305 (A)
Основные термины (генерируются автоматически): платиновая группа, катализатор, металл, вторичное сырье, группа способов, исходный материал, металлический коллектор, переработка катализаторов, полное извлечение.


Похожие статьи

Поиск рационального варианта переработки автомобильных катализаторов на металлической основе

В работе рассмотрена и обоснована актуальность переработки автомобильных катализаторов как вторичного сырья для производства металлов платиновой группы, проведен сравнительный анализ существующих в настоящее время технологий переработки и сделаны выв...

Поиск рационального варианта выделения платиновых металлов из сплавов на основе железа

В данной работе были разобраны основные способы выделения металлов платиновой группы из сплавов на основе железа, выбрана принципиальная гидрометаллургическая технология получения концентрата МПГ.

Управление технологическим процессом получения модифицированной серы с использованием пропана в качестве охладителя

В работе рассмотрены способ производства модифицированной серы с применением газа в качестве охладителя на ключевом технологическом этапе, описаны преимущества предложенной технологии, разработана технологическая схема предполагаемой установки, предс...

Методологические особенности исследований электрофизической активации выщелачивания цинковых кеков

Рассмотрены проблемы переработки цинковых кеков, являющихся важным промпродуктом цинкового производства. Выполнен комплекс тестовых опытов с целью изучения перспектив использования электрофизической энергии для повышения эффективности сернокислотного...

Усовершенствование производства бутилового ксантогената калия

В работе рассмотрено совершенствование производства бутилового ксантогената калия. Дано описание основного метода получения БКК и возможного метода оптимизации. Разработана принципиальная технологическая схема процесса.

Процесс сушки и гранулирования бутилового ксантогената калия

В работе рассмотрено совершенствование стадии выделения бутилового ксантогената калия. Дано описание метода получения БКК и возможного метода оптимизации. Разработана принципиальная технологическая схема процесса выделения целевого продукта.

Исследование возможности использования промышленных отходов как наполнителей полимерных композитов

Рассмотрены вопросы применимости волокнистых и дисперсных промышленных отходов — окси-ПАН и шлама шлифовки стекла в качестве наполнителя термопластичной матрицы при производстве геосинтетических материалов. Проведена оценка физико-химических характер...

Гидрогенизационные процессы в производстве базовых масел

В статье рассмотрены процессы производства базовых масел из нефтяного сырья в присутствии катализаторов при повышенном давлении водорода. Предложен способ интенсификации процесса гидроизомеризации на Волгоградском НПЗ, который заключается в замене ка...

Анализ процесса получения метилмеркаптана и способы его усовершенствования

В статье автор проводит анализ получения важного органического вещества — метилмеркаптана, и подбирает пути совершенствования существующего промышленного производства.

Анализ процессов получения базовых масел

В статье проведён анализ процессов получения высокоиндексных базовых масел. Для действующего производства на Волгоградском ВНП предложен способ повышения эффективности процесса изодепарафинизации. Замена катализатора, выработавшего свой ресурс на бол...

Похожие статьи

Поиск рационального варианта переработки автомобильных катализаторов на металлической основе

В работе рассмотрена и обоснована актуальность переработки автомобильных катализаторов как вторичного сырья для производства металлов платиновой группы, проведен сравнительный анализ существующих в настоящее время технологий переработки и сделаны выв...

Поиск рационального варианта выделения платиновых металлов из сплавов на основе железа

В данной работе были разобраны основные способы выделения металлов платиновой группы из сплавов на основе железа, выбрана принципиальная гидрометаллургическая технология получения концентрата МПГ.

Управление технологическим процессом получения модифицированной серы с использованием пропана в качестве охладителя

В работе рассмотрены способ производства модифицированной серы с применением газа в качестве охладителя на ключевом технологическом этапе, описаны преимущества предложенной технологии, разработана технологическая схема предполагаемой установки, предс...

Методологические особенности исследований электрофизической активации выщелачивания цинковых кеков

Рассмотрены проблемы переработки цинковых кеков, являющихся важным промпродуктом цинкового производства. Выполнен комплекс тестовых опытов с целью изучения перспектив использования электрофизической энергии для повышения эффективности сернокислотного...

Усовершенствование производства бутилового ксантогената калия

В работе рассмотрено совершенствование производства бутилового ксантогената калия. Дано описание основного метода получения БКК и возможного метода оптимизации. Разработана принципиальная технологическая схема процесса.

Процесс сушки и гранулирования бутилового ксантогената калия

В работе рассмотрено совершенствование стадии выделения бутилового ксантогената калия. Дано описание метода получения БКК и возможного метода оптимизации. Разработана принципиальная технологическая схема процесса выделения целевого продукта.

Исследование возможности использования промышленных отходов как наполнителей полимерных композитов

Рассмотрены вопросы применимости волокнистых и дисперсных промышленных отходов — окси-ПАН и шлама шлифовки стекла в качестве наполнителя термопластичной матрицы при производстве геосинтетических материалов. Проведена оценка физико-химических характер...

Гидрогенизационные процессы в производстве базовых масел

В статье рассмотрены процессы производства базовых масел из нефтяного сырья в присутствии катализаторов при повышенном давлении водорода. Предложен способ интенсификации процесса гидроизомеризации на Волгоградском НПЗ, который заключается в замене ка...

Анализ процесса получения метилмеркаптана и способы его усовершенствования

В статье автор проводит анализ получения важного органического вещества — метилмеркаптана, и подбирает пути совершенствования существующего промышленного производства.

Анализ процессов получения базовых масел

В статье проведён анализ процессов получения высокоиндексных базовых масел. Для действующего производства на Волгоградском ВНП предложен способ повышения эффективности процесса изодепарафинизации. Замена катализатора, выработавшего свой ресурс на бол...

Задать вопрос