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 выводы о дальнейших направлениях исследований.
Ключевые слова: автомобильные катализаторы, вторичное сырье, переработка, металлы платиновой группы, концентрат.
Загрязнение окружающей среды выхлопными газами автомобилей является одной из глобальных проблем современной экологии. С каждым годом количество продаваемых автомобилей растет, а требования по охране окружающей среды ужесточаются. Для снижения выбросов вредных газов в автомобилях используют катализаторы. Автомобильный катализатор представляет из себя керамический (на основе кордиерита) или металлический носитель, по рабочей поверхности которого нанесен несущий слой, содержащий металлы платиновой группы (МПГ) — платина, палладий, родий. Данные металлы и являются катализаторами химических процессов окисления и восстановления токсичных продуктов, содержащихся в выхлопных газах.
Суммарное содержание металлов платиновой группы в катализаторах составляет порядка 0,15–0,2 %. Но общие объемы производства автомобилей растут, и доля МПГ, расходуемых на автомобильные катализаторы также увеличивается с каждым годом.
Ежегодно в автомобилях подлежат замене миллионы катализаторов, так как по мере эксплуатации на рабочей поверхности катализатора накапливаются продукты сгорания автомобильного топлива, из-за чего происходит пассивация рабочей поверхности и выход катализатора из строя. Деактивированные автомобильные катализаторы являются важнейшим вторичным ресурсом, содержание МПГ в которых в десятки раз превышает содержание ценных металлов в минеральном сырье.
В настоящее время выходящие из строя автокатализаторы на керамической основе перерабатываются только предприятием ОАО «Красцветмет», г. Красноярск, при этом рентабельной технологии переработки автокатализаторов на металлической основе по-прежнему не существует.
Переработка автокатализаторов проводится гидрометаллургическим, пирометаллургическим или комбинированным способом. Как и в любой технологии самым первым этапом является доводка сырья до требуемых кондиций. Поэтому первостепенной задачей ставится получение концентрата МПГ, который удовлетворяет требованиям аффинажных заводов. Как правило, основным критерием является суммарное содержание платины и палладия в концентрате на уровне порядка 15 %, родия — не менее 1 %.
Обогащение отработанных катализаторов на керамической основе (рисунок 1) является трудоемким и малоизученным процессом. На практике широко используются пирометаллургические и комбинированные методы переработки подобного сырья.
Рис. 1. Вид и структура керамического катализатора
Пирометаллургические методы позволяют на первом этапе получить концентрат требуемых кондиций, но основным недостатком технологии являются большой расход электроэнергии и низкое извлечение металлов из-за высоких потерь металлов со шлаками. Поэтому наиболее перспективными считаются комбинированные способы, в которых керамические катализаторы плавят на металлический коллектор получая при этом сплав МПГ, а затем доводят его до кондиции выщелачиванием в различных реагентах (рисунок 2).
Рис. 2. Комбинированная схема переработки отработанных автокатализаторов
Преимуществом данной технологии является высокое извлечение металлов — до 99 %, а также меньшая экологическая нагрузка, по сравнению с чисто пирометаллургической технологией.
В отличие от катализаторов на основе керамики, катализаторы на металлическом носителе поддаются обогащению крайне сложно. Несмотря на то, что в металлических катализаторах содержание МПГ такое же, как и в керамических, соотношение полезного компонента к общей массе катализатора гораздо выше.
Основная проблема переработки металлических катализаторов в том, что их трудно измельчить и расплавить, так как их изготавливают из тугоплавких сталей (рисунок 3).
Рис. 3. Металлический катализатор
Расплавление такого сплава требует больших затрат энергоресурсов, что ведет к удорожанию процесса переработки. Поэтому в качестве дальнейших исследований целесообразно провести изучение данной проблемы и начать поиск ее решения.
Литература:
- Ю. А. Котляр, М. А. Меретуков. Л. С. Стрижко «Металлургия благородных металлов» Часть 2.
- Патент РФ «Способ переработки материалов, содержащих платиновые металлы», номер RU 2 618 282
- Патент РФ «Способ переработки отработанных катализаторов, содержащих металлы платиновой группы», номер RU 2 138 568
- Патент РФ «Способ извлечения металлов платиновой группы» RU 2 360 984
- Патент США «Процесс восстановления металлов платиновой группы», номер US5252305 (A)
