從汽車催化轉化器中提取鉑族金屬

北京三體分離科技 發佈 2024-04-28T02:34:23.860891+00:00

汽車行業是更多鉑族金屬(PGM)採用的技術應用之一。因此,從汽車催化轉化器中回收PGM可能是獲得這些貴金屬的重要來源,具有經濟和環境後果。在這項工作中,汽車催化轉化器通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡和電感耦合等離子體等不同技術進行了表徵。

汽車行業是更多鉑族金屬(PGM)採用的技術應用之一。因此,從汽車催化轉化器中回收PGM可能是獲得這些貴金屬的重要來源,具有經濟和環境後果。在這項工作中,汽車催化轉化器通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡和電感耦合等離子體等不同技術進行了表徵。為了提出一種環境友好的PGMs回收方法,研究了試劑濃度和組成、能量優化、氫氣氣氛預處理和熱預處理等條件。此外。

提出了一種新的替代方案,通過使用具有腐蝕性、腐蝕性或昂貴的試劑和條件的酒糟,至少可以回收汽車催化轉化器中存在的95%的鉑族金屬。研究亮點PGM大多位於細胞的內表面。氫氣熱處理不會顯著提高回收率。添加H2O2作為氧化劑意味著減少了污染氣體。所研究的不同試劑成分可回收超過95%的PGM。介紹為了符合關於環境空氣品質的歐洲標準和指令94/12/EEC,自1993年以來生產的所有機動車輛都必須配備催化轉化器。

以減少一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)和氮氧化物(NOx)排放量低於法定水平。這些催化轉化器含有鉑、鈀和銠等貴金屬,它們是一氧化碳(CO)和碳氫化合物(HC)氧化以及將氮氧化物(NOx)還原為氮(N2)。最常見的汽車催化轉化器是蜂窩型堇青石骨架(2MgO·2Al2O3·5SiO2),密度為60-120個細胞/cm2,細胞間壁厚約150μm(Cuif等人,1997年,Lucena等人,1999年)。為了增加催化轉化器與汽車尾氣的接觸面積。

電池內表面粗糙,並塗有由約90%γ-Al2O3形成的50-200μm的高度多孔塗層以及賤金屬添加劑的混合物,主要是Ce、Zr、La、Ni、Fe和鹼土金屬的氧化物。這些氧化物提高了催化轉化器的穩定性(Palacios等,2000)。鉑族金屬(PGM)位於暴露於氣體的表面。通常,這些PGM通過用六氯鉑(IV)酸(H2PtCl6·6H2O)、氯化鈀(PdCl2)和氯化銠(RhCl3)。然後將它們還原為金屬形式(Moldovan等。

1999)。儘管催化轉化器中這些金屬的可能組合多種多樣,但在所有情況下,鉑族金屬的總含量始終低於0.1%。由於採取了這一措施並減少了汽車造成的污染,如今汽車工業已成為更多PGM採用的技術應用之一。然而,鉑族金屬的使用也存在一些缺點,例如價格高、這些金屬的不可再生性以及它們的提取對環境造成的高影響。

由於這些金屬的稀缺性和高價值,人們越來越關注從廢催化劑等廢物中回收它們,這會帶來經濟和環境後果(Angelidis和Skouraki,1996,Nowottny等,1997,Baghalha等。2009)。近年來。

回收汽車催化劑以回收其PGM受到了廣泛關注,並且有幾項工作致力於使用不同方法回收金屬(Kim等人,2000年,Faisal等人,2008年,Fontàs等人,2002年).在典型的PGMs回收過程中,PGMs從廢料中提取,方法是用收集金屬(如銅)將它們熔煉,或將廢料溶解在強酸中(Kayanuma等人。

2004年)。提取方法可分為三組:濕法冶金法、揮發法和高溫冶金法(Mishra,1993年)。我們提出的方法屬於濕法冶金方法組(Gupta和Mukherjee,1990)。所應用的濕法冶金工藝基於選擇性溶解PGM分散的塗層(Angelidis,2001)。這種方法出現的問題是貴金屬由於其化學惰性而很難溶解在普通酸中。因此,溶解需要大量的強酸和強氧化劑。

同時也會產生等量的含有重金屬和強酸的廢水。此外,PGM的完全溶解需要幾個小時。這些事實表明,開發一種從汽車催化劑廢料中回收PGM的有效溶解工藝非常重要。這項研究的目的是通過應用腐蝕性和腐蝕性較小的試劑來回收二手車催化轉化器中存在的鉑族金屬,優化過程中所需的能量。首先,通過X射線粉末衍射和場發射掃描電子顯微鏡(FESEM)獲得了催化劑的化學成分。

在驗證了樣品中PGMs的存在和分布後,研究了一種濕法冶金提取方法來回收這些PGMs。部分片段材料本研究中使用了不同類型的催化劑(見表1)。它們都是蜂窩狀整體支撐,由圓柱形主體形成,該圓柱形主體由多個直通道穿過,並塗有吸附PGM的塗層。表徵為了確認這些金屬的存在、分布和演變,對不同的汽車催化轉化器進行了表徵。

所採用的表徵技術是X射線粉末衍射(XRD)和結構表徵X射線粉末衍射(XRD)用於研究樣品中存在的體相併確定老化引起的固-固相變。使用XRD對堇青石催化劑進行局部分析存在一些困難,因為修補基面塗層的元素組成複雜,除了PGM之外還有許多相。使用沒有結構模型(模式匹配)的Fullprof套件擬合獲得的衍射圖。其中兩個的衍射圖結論在目前的工作中,汽車催化轉換器的主要階段通過X射線粉末衍射和ICP-MS技術進行了表徵,從而了解它們是如何劃分的。此外,使用掃描電子顯微鏡觀察PGMs的分布。

這項研究表明,堇青石和氧化鋁是催化劑的主要成分,而鉑族金屬主要位於構成汽車催化轉換器的電池的內表面。

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