湿法冶金法从汽车催化转化器中提取铂族金属

admin 镀金 发布日期:2022-05-16 10:34:18

汽车行业是更多铂族金属(PGM)采用的技术应用之一。因此,从汽车催化转化器中回收PGM可能是获得这些贵金属的重要来源,具有经济和环境后果。在这项工作中,汽车催化转化器通过X射线衍射、扫描电子显微镜和电感耦合等离子体等不同技术进行了表征。为了提出一种环境友好的PGMs回收方法,研究了试剂浓度和组成、能量优化、氢气气氛预处理和热预处理等条件。此外。

提出了一种新的替代方案,通过使用具有腐蚀性、腐蚀性或昂贵的试剂和条件的酒糟,至少可以回收汽车催化转化器中存在的95%的铂族金属。研究亮点PGM大多位于细胞的内表面。氢气热处理不会显着提高回收率。添加H2O2作为氧化剂意味着减少了污染气体。所研究的不同试剂成分可回收超过95%的PGM。介绍为了符合关于环境空气质量的欧洲标准和指令94/12/EEC,自1993年以来生产的所有机动车辆都必须配备催化转化器。

以减少一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)排放量低于法定水平。这些催化转化器含有铂、钯和铑等贵金属,它们是一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)氧化以及将氮氧化物(NOx)还原为氮(N2)。最常见的汽车催化转化器是蜂窝型堇青石骨架(2MgO·2Al2O3·5SiO2),密度为60-120个细胞/cm2,细胞间壁厚约150μm(Cuif等人,1997年,Lucena等人,1999年)。为了增加催化转化器与汽车尾气的接触面积。

电池内表面粗糙,并涂有由约90%γ-Al2O3形成的50-200μm的高度多孔涂层以及贱金属添加剂的混合物,主要是Ce、Zr、La、Ni、Fe和碱土金属的氧化物。这些氧化物提高了催化转化器的稳定性(Palacios等,2000)。铂族金属(PGM)位于暴露于气体的表面。通常,这些PGM通过用六氯铂(IV)酸(H2PtCl6·6H2O)、氯化钯(PdCl2)和氯化铑(RhCl3)。然后将它们还原为金属形式(Moldovan等。

1999)。尽管催化转化器中这些金属的可能组合多种多样,但在所有情况下,铂族金属的总含量始终低于0.1%。由于采取了这一措施并减少了汽车造成的污染,如今汽车工业已成为更多PGM采用的技术应用之一。然而,铂族金属的使用也存在一些缺点,例如价格高、这些金属的不可再生性以及它们的提取对环境造成的高影响。

由于这些金属的稀缺性和高价值,人们越来越关注从废催化剂等废物中回收它们,这会带来经济和环境后果(Angelidis和Skouraki,1996,Nowottny等,1997,Baghalha等。2009)。近年来。

回收汽车催化剂以回收其PGM受到了广泛关注,并且有几项工作致力于使用不同方法回收金属(Kim等人,2000年,Faisal等人,2008年,Fontàs等人,2002年).在典型的PGMs回收过程中,PGMs从废料中提取,方法是用收集金属(如铜)将它们熔炼,或将废料溶解在强酸中(Kayanuma等人。

2004年)。提取方法可分为三组:湿法冶金法、挥发法和高温冶金法(Mishra,1993年)。我们提出的方法属于湿法冶金方法组(Gupta和Mukherjee,1990)。所应用的湿法冶金工艺基于选择性溶解PGM分散的涂层(Angelidis,2001)。这种方法出现的问题是贵金属由于其化学惰性而很难溶解在普通酸中。因此,溶解需要大量的强酸和强氧化剂。

同时也会产生等量的含有重金属和强酸的废水。此外,PGM的完全溶解需要几个小时。这些事实表明,开发一种从汽车催化剂废料中回收PGM的有效溶解工艺非常重要。这项研究的目的是通过应用腐蚀性和腐蚀性较小的试剂来回收二手车催化转化器中存在的铂族金属,优化过程中所需的能量。首先,通过X射线粉末衍射和场发射扫描电子显微镜(FESEM)获得了催化剂的化学成分。

在验证了样品中PGMs的存在和分布后,研究了一种湿法冶金提取方法来回收这些PGMs。部分片段材料本研究中使用了不同类型的催化剂(见表1)。它们都是蜂窝状整体支撑,由圆柱形主体形成,该圆柱形主体由多个直通道穿过,并涂有吸附PGM的涂层。表征为了确认这些金属的存在、分布和演变,对不同的汽车催化转化器进行了表征。

所采用的表征技术是X射线粉末衍射(XRD)和结构表征X射线粉末衍射(XRD)用于研究样品中存在的体相并确定老化引起的固-固相变。使用XRD对堇青石催化剂进行局部分析存在一些困难,因为修补基面涂层的元素组成复杂,除了PGM之外还有许多相。使用没有结构模型(模式匹配)的Fullprof套件拟合获得的衍射图。其中两个的衍射图结论在目前的工作中,汽车催化转换器的主要阶段通过X射线粉末衍射和ICP-MS技术进行了表征,从而了解它们是如何划分的。此外,使用扫描电子显微镜观察PGMs的分布。

这项研究表明,堇青石和氧化铝是催化剂的主要成分,而铂族金属主要位于构成汽车催化转换器的电池的内表面。