Sposób odzyskiwania platynowców ze zużytych katalizatorów samochodowych

Istota wynalazku

Rosnące wymagania ekologiczne wymusiły na producentach samochodów stosowanie coraz bardziej przyjaznych środowisku konstrukcji i rozwiązań. Jednym ze sposobów neutralizacji spalin jest stosowanie katalizatorów. Ich głównym zadaniem jest ograniczenie emisji substancji niebezpiecznych tj.: tlenki azotu, węglowodory i tlenek węgla do środowiska.

Typowy katalizator zbudowany jest z jednego lub dwóch bloków wsadu z ceramiki (lub blachy Fe-Cr-Al) umieszczonych w metalowych obudowach układu wydechowego samochodu. Porowata powierzchnia tych elementów strukturą przypomina plaster miodu, czyli gęstą siatkę otworów o kształcie kwadratu. Jest ona pokryta cieniutką warstwą platyny, palladu i rodu, które są aktywatorami procesów chemicznych pozwalających na neutralizację szkodliwych gazów. Katalizatory w toku eksploatacji zużywają się i tracą swoje właściwości, ulegają zniszczeniu (przepalenie, stopienie).

Zużyte katalizatory zawierające metale szlachetne stanowią bardzo atrakcyjny przedmiot recyklingu. Przerób 2 ton zużytych katalizatorów pozwala uniknąć wydobycia 150 ton rudy i całego szeregu etapów następczych, prowadzących do otrzymania czystego metalu. Jest to więc cenne źródło odzysku platynowców. Ponieważ są one uwięzione w kapilarnej strukturze, zazwyczaj ceramicznego nośnika, a pojedynczy katalizator zawiera, co najwyżej, kilka gramów platyny, proces odzysku tych atrakcyjnych surowców napotyka na znaczące trudności. Aktualnie na świecie przerabia się je na drodze pirometalurgicznej lub hydrometalurgicznej, w technologiach tych stosuje się wiele operacji pośrednich, zmierzających do wydzielenia czystego metalu. Z tego powodu, warunkiem ekonomicznej opłacalności takiego procesu, jest maksymalne obniżenie kosztów obróbki pojedynczego katalizatora. Autorzy zaproponowali i opatentowali technologię opartą o wypłukiwanie platynowców ze struktury katalizatora przy pomocy ciekłych metali. Zweryfikowana w skali laboratoryjnej technologia umożliwia wyeliminowanie podstawowych wad dotychczas stosowanych metod tzn. nie wymaga mielenia ceramicznych nośników, co pozwala zredukować koszty, nie wymaga prowadzenia procesu w temperaturze ok 2000 °C (utrzymanie takiej temperatury jest bardzo energochłonne), nie generuje problemu neutralizacji szkodliwych substancji chemicznych. Opatentowane rozwiązanie polega na umieszczeniu elementów zużytego katalizatora w ciekłym metalu, który krążąc w obiegu zamkniętym, wypłukuje platynowce poprzez wykorzystanie wirującego pola elektromagnetycznego. Zastosowanie ciągłego przepływu metalu oraz mieszczenie kolejnych katalizatorów w tym strumieniu eliminuje małą skuteczność w przypadku jednokrotnego przepłukiwania. Rozwiązanie to pozwala na zastosowanie niższej temperatury procesu niż stosowane tradycyjnie metody. Ciągły ruch tego samego metalu stosowanego w procesie intensyfikuje proces wypłukiwania oraz prowadzi do wzrostu stężenia platynowców do wartości gwarantujących opłacalność ich ekstrakcji.

Korzyści

Obecnie w Polsce przerób zużytych katalizatorów praktycznie nie istnieje, przedsiębiorstwa zajmują się tylko skupem zużytych katalizatorów, a następnie ich eksportem. Zweryfikowana w skali laboratoryjnej technologia umożliwia wyeliminowanie podstawowych wad dotychczas stosowanych metod tzn. nie wymaga mielenia ceramicznych nośników, co pozwala zredukować koszty, nie wymaga prowadzenia procesu w temperaturze ok. 2000 °C (utrzymanie takiej temperatury jest bardzo energochłonne), nie generuje problemu neutralizacji szkodliwych substancji chemicznych. Przy aktualnych cenach platyny, rodu i palladu oraz ograniczonych zasobach naturalnych tych rzadkich metali, odzysk tych metali jest opłacalny. Katalizatory samochodowe jako odpady podlegają również ustawie z dnia 20 stycznia 2005 o recyklingu pojazdów wycofanych z eksploatacji. Opracowana metoda stanowi prostą i uniwersalną technologię odzysku platyny, możliwą do zastosowania w małych i średnich przedsiębiorstwach.

Potencjał komercjalizacji

W 2013 r do produkcji katalizatorów zużyto ok. 37% wyprodukowanej platyny, 76,9% palladu i 79,6% rodu, zatem ich recykling jest pożądany ze względów ekonomicznych i ekologicznych. Uzyskanie 1 kg platyny wymaga wydobycia ok. 150 ton rudy z głębokości 1000 m. Wydobytą rudę poddaje się mieleniu, sortowaniu i obrobieniu metodami pirometalurgicznymi i hydrometalurgicznymi. Z 2 ton starych katalizatorów uzyskuje się ok. 1-3 kg platyny. Biorąc pod uwagę ogromną liczbę pojazdów poruszających się na świecie po drogach (już w 2010 przekroczyła ona 1 bilion) oraz fakt, że przeciętna trwałość katalizatorów to ok. 80 tys. km, czyli ok. 4 lat, można wnioskować, że coraz większa liczba tego typu zużytych reaktorów będzie wymagała zagospodarowania Jednak ilości platynowców pochodzących z odzysku są wciąż niewystarczające, jedynie 36% wyprodukowanej w roku 2012 platyny(175 ton) pochodziło z recyklingu. Jak z tego wynika ogromna ilość pieniędzy zainwestowana w budowę katalizatorów trafia na złomowiska.