(2)选择性溶解法
选择溶解法的原理是用酸和氧化剂直接溶解贵金属Pt、Pd、Rh,然后用其他贱金属或其他手段还原贵金属,然后分离出贵金属。 其中,催化剂需要进行预处理。 所用的酸一般为盐酸或混合酸(盐酸和硫酸)。 氧化剂可以是氯气、硝酸、双氧水、氯酸盐、次氯酸盐等。
美国Sepra Met公司采用全湿式技术回收汽车尾气净化催化剂。 贵金属铂、钯的回收率约为99%,铑的回收率约为98%。 美国巴斯夫公司报道了一种利用HCl/HNO3溶液浸出溶解铂族金属的新工艺。 将浸出液中的铂通过蒸发浓缩回收铂,同时回收HCl,然后浸出。 日本塔卡贵金属公司于1982年发明了一项专利,利用王水从废催化剂中回收铂族金属(含1000 ppm Pt、200 ppm Pd和300 ppm Rh)。 Pt、Pd、Rh 的回收率分别为 99.0%。 , 100%, 86.7%。
国内张方宇等人研究了一种从汽车尾气中的废催化剂中回收铂族金属的方法。 该法工艺简单,工艺流程为:废催化剂破碎→混酸+氯酸盐或次氯酸盐→离子交换→氨化分离铂→络合提取钯→铜粉置换铑。 铂、钯、铑的回收率分别超过96%、97%和90%,产品纯度均高于99.95%。
(3) 整体求解法
全溶液法的本质是采用一定的方法将载体和铂族金属全部浸出,然后采用各种富集方法对铂族金属贫液进行进一步处理,得到铂族金属富集物,然后提取它来自富集铂族金属。 该方法的优点是可以使用载体材料、节省投资、试剂便宜。 物资回收研究所采用全溶液-树脂吸附工艺处理废催化剂,铂族金属回收率为:Pt 88~94%、Pd 88~96%、Rh 84~88%。
(4)其他方法
汽车催化剂湿法回收除了上述三种独立的方法外,还有一些综合回收方法:首先将预处理后的催化剂样品进行高温碱压煮沸溶解γ-Al2O3涂层,然后用盐酸用氧化剂溶解炉渣浸出过程中的铂族金属,得到含有铂族金属的浸出液,最后将铂族金属分离纯化。 该方法不仅可以减少盐酸和氧化剂的消耗,最重要的是可以获得贵金属/贱金属比较高的溶液,更有利于铂族金属的富集和分离。
总而言之,报废汽车催化剂热解和湿法回收工艺各有特点。 两种工艺的PGM回收率、优缺点比较见表2。
4。结论
铂族金属在汽车催化剂中具有优异的性能,在环境保护方面发挥着重要作用。 我国铂族金属资源稀缺,废旧汽车催化剂的回收利用将为我国带来巨大的经济和环境效益。 我国报废汽车催化剂的回收起步较晚,尚未建立完整的回收体系。 必须对报废汽车尾气净化催化剂进行集中、规模化统一处理,产生的废水和残渣必须严格按照国家环保标准进行处理。
目前,由于湿法回收技术具有操作简便、条件要求低等优点,我国汽车尾气净化催化剂的回收技术以湿法工艺为主。 但随着集中处置需求的增加,生产规模将逐步扩大,火法工艺的优势将逐渐显现。 火回收处理技术处理能力规模大,环境影响相对较小,能较好地弥补湿法的缺点,但条件高、投资大。 未来,我国的环保要求会越来越高,需要处理的催化剂数量也会越来越多。 灵活运用火法与湿法相结合的技术更符合实际情况,从而更好地应对即将到来的报废汽车处理高峰,达到报废汽车催化剂的高效回收。
资源稀缺和环境污染不仅是人类发展面临的两大问题,也是我国实施可持续发展战略需要优先考虑的重大问题。
截至2014年底,中国汽车保有量达到1.54亿辆,位居世界第二。 据工信部预计,到2020年我国汽车保有量将突破2亿辆。汽车尾气排放使得空气污染问题日益严峻。 世界各地城市相继出台了更加严格的汽车尾气排放标准。 汽车尾气净化催化剂是解决汽车尾气排放问题的关键。 20世纪90年代以来,铂、钯、铑三元汽车尾气净化催化剂(Three Way,TWCs)在汽车工业中得到广泛应用。 汽车尾气净化领域现已成为铂族金属PGM(Pt、Pd、Rh)最大的消费领域,占全球铂族金属消费量的60%以上。 因此,随着铂族金属日益稀缺,研究汽车催化剂中铂族金属的回收利用具有重要意义。
本文在介绍汽车尾气催化净化技术的基础上,综述了废旧汽车催化剂回收利用的现状、存在的问题和对策,以及回收技术的研究进展,并展望了其未来的研究趋势。
1、汽车尾气催化净化技术介绍
1、汽车催化剂的发展历史
汽车尾气净化催化剂的发展与日益严格的汽车排放标准密不可分。 1959年,美国颁布法规控制汽车排放污染物,随后尾气净化技术逐渐应用于汽车行业。
20世纪70年代,尾气排放法规限制了CO和碳氢化合物HC两种有害气体的排放,氧化催化剂出现。 从20世纪80年代开始,美国也对汽车尾气中NOX提出了明确的控制要求,并开始使用Pt/Rh三效催化剂。 它们净化效果好,使用寿命长,但成本高。 目前,70%以上的汽车催化剂是三效催化剂。
为了降低成本,铂铑钯三效催化剂于20世纪80年代中期开始研究。 除了比Pt/Rh三效催化剂便宜之外,它们还可以承受启动过程中从常温到高温的变化。 但钯易与铑反应形成合金,一定程度上抑制了铑的作用。
2、汽车催化剂的组成及原理
目前比较常见的是蜂窝状汽车催化剂,主要由载体、涂层和活性材料组成。 载体为陶瓷堇青石(由2MgO˙˙5SiO2或2FeO˙˙5SiO2组成)。 载体表面涂有高活性的γ-A12O3涂层,以增加表面积。 作为活性成分的贵金属Pt、Pd、Rh粒径为1~10nm,在涂层中高度分散。 其结构是整个圆柱形载体轴向布满紧密排列的圆柱形孔。 当高温汽车尾气通过这些小孔时,与活性金属接触并发生催化反应,将CO、HC、NOX等有害气体转化为对环境无毒无害的CO2、H2O、N2等通过氧化和还原。 该催化剂比表面积大,气流阻力小,整体结构易于装卸。 目前,我国汽车上使用的汽车催化剂大部分都是这种结构。
2、废旧汽车催化剂综合回收利用现状
1、发达国家回收利用现状
目前,在报废汽车回收行业,美国是全球报废汽车回收效率最高的国家,拥有完善的回收体系和成熟的回收技术。 报废汽车回收在美国已成为年利润数十亿美元的产业。 美国环保法规规定,二手车不能随便丢弃,必须送到专门的二手车回收公司处置。 美国还形成了从废汽车催化剂中回收贵金属的产业,每年回收铂族金属约15吨。
欧盟所有成员国均已进入“汽车社会”。 目前,每年报废汽车总数高达900万辆。 自2007年起,欧盟汽车制造商就开始负责报废汽车的回收利用。 对于报废汽车的催化剂,欧盟在2002年规定,应与汽车液体、轮胎、电池等废物同等范围内清除。 必须在汽车损坏之前将它们拆除并移走。 获得的催化剂必须分类、标记并集中存放。 欧盟国家还建立了全流程监管网络,确保汽车催化剂中铂族金属在使用和回收过程中的流动控制。
2.国内回收现状、存在问题及对策
目前,我国尚无报废汽车回收利用标准。 规模小、技术落后、综合利用率低。 对于报废的汽车催化剂,近年来,随着国家对环保的重视以及铂族金属资源的稀缺,开展了一些回收工作。 由于起步较晚,我国报废汽车催化剂回收利用存在诸多问题:
(一)回收企业普遍经营规模较小,设备和工艺技术落后;
(2)汽车催化剂回收技术研究投入不足。 国内仅有昆明贵金属研究所、徐州国贸稀有贵金属综合利用研究所等少数单位开展了一些实验室研究;
(三)没有专门的管理部门进行管理,没有相应的规章制度,没有明确的回收监管网络,导致回收率低,环境污染严重。
为促进我国汽车工业健康发展,改善我国汽车催化剂回收现状,需要进一步提高环保和循环经济理念,建立健全报废汽车催化剂回收体系。 同时,呼吁政府部门加强干预和管理,加强对大型废旧汽车触媒回收企业的支持,实现报废汽车触媒的规模化集中处理。
3.废旧汽车催化剂回收利用技术研究进展
报废汽车催化剂回收利用的技术流程包括催化剂预处理、粗提炼和精制。 其中,粗提工艺是决定铂族金属能否高效回收的关键,可分为火法和湿法两大类。
1、火再利用技术
火法过程包括熔炼富集、氯化物碳化等方法。 其本质是通过贵金属捕收剂与铂族金属形成合金,从而达到从废汽车尾气中的TWC中分离富集铂族金属的目的。 其中,贵金属捕收剂类型、投加方法、熔炼温度的选择都会影响铂族金属的最终回收率。
在实际商业生产中,熔体捕集法一般具有工艺流程简单、处理量大、污染低等优点。 铂族金属的回收率一般高于95%。
(1)冶炼富集方法
火法熔炼富集工艺是在熔炼载体的同时富集金属捕收剂中的铂族金属,载体形成熔渣。 在此过程中,添加助熔剂或使用极高的熔化温度造渣,然后酸浸将贵金属铂、钯、铑从金属捕收剂中分离出来,然后通过溶解将贵金属提取出来。 常用的捕集方法有铅捕集、铁捕集、铜捕集等,其中铜捕集是一种比较好的捕集方法,选择性好,熔体中铂族金属含量高,冶炼时损失低。 温度比铁低,对人体的危害比铅小。
等离子炉、电弧炉、德固赛电炉等电高温炉规格小、产能高、产渣少、排放量极少。 它们用于汽车尾气净化催化剂回收的贵金属捕获。 电高温炉处理汽车催化剂的工艺流程为:废汽车尾气净化催化剂→高温电炉→熔化合金→分离铂族金属和金属捕收剂→铂族金属分离提纯→生产铂族金属金属化合物。 整个过程中需要添加一定量的熔剂进行造渣。 优点是炉渣易于脱出。 如果铝氧含量较高,可以考虑添加40%~50%的石灰。 如果石灰用量太少,可能会出现粘渣,不利于后续工序。 通过多次重复捕获过程,提高回收率,保证经济效益。
(2)氯化干馏法
氯化碳化法是利用铂族金属与氯化剂在较高温度下反应生成可溶性氯络合物,用水浸出络合物,将铂族金属转移到水溶液中。 废催化剂破碎后,进行焙烧脱碳。 脱碳后通入CO,将铂族金属还原至单质状态,提高氯化效率。 然后按比例加入NaCl,放入氯化炉中,通过Cl2进行氯化。 当氯化学过程完成后,采用热水浸取将铂族金属氯络合物转移到溶液中,引入SO2并加入TeO2置换溶液中的铂族金属,得到铂族金属通过热过滤。 该方法的主要优点是铂族金属回收率高、试剂消耗低,但也存在设备腐蚀严重的问题。
世界上有很多公司拥有回收废汽车催化剂的铂族金属应用技术,例如:比利时公司、美国公司、工业公司和PGP公司、日本田中贵金属和/或公司、德国公司和公司、美国等。烟火工艺在多家大型跨国公司有比较成熟的应用技术。 表1显示了熔体捕集烟火工艺的几个应用实例。
2、湿法回收技术
报废汽车催化剂的湿法回收技术包括载体溶解、活性组分选择性溶解和完全溶解。
(1)载体溶解法
载体溶解法利用了催化剂载体材料与试剂中活性物质的反应活性差异。 载体选择性溶解到溶液中后,活性物质不溶而保留在浸出残渣中,然后从不溶残渣中提取出Pt。 Pd 和 Rh 的过程。
一般来说,载体溶解方法可分为酸溶解和碱加压蒸煮两种。 生产中常采用酸溶解法。 具体地,使用H 2 SO 4 作为浸出剂。 一般将废催化剂研磨至100~200目以上,用相对浓的硫酸溶液在90~110℃的温度下搅拌浸出一定时间,实现液固分离。