Платиновый катализатор для автомобилей

Платиновый катализатор — сколько драгметалла содержится в детали автомобиля

Платиновый катализатор сегодня используется во многих автомобилях. Он является одним из основных элементов выхлопной системы и обеспечивает снижение уровня вредных выбросов. Его корпус покрыт драгоценными металлами, которые, при наличии определенных условий, можно извлечь. Однако сложно заранее предугадать, сколько платины содержится в катализаторе автомобиля.

Конструкция катализатора

Внутренняя часть автомобильного компонента заполнена особой конструкцией, выполненной из керамики или металла. Внешне она напоминает пчелиные соты. Верхняя часть катализатора покрыта тонким слоем драгоценного металла.

Наличие такого напыления обеспечивает снижение уровня вредных выбросов. Это достигается за счет того, что выхлопные газы, контактируя с драгметаллами и другими веществами, вступают с ними в химическую реакцию. Для напыления внутренней части автокомпонента используют сочетание:

Каждый из этих металлов оценивается довольно высоко. Поэтому автомобильные катализаторы привлекают многих людей, которые занимаются извлечением драгоценных материалов с целью их дальнейшей перепродажи.

Добычи указанных металлов – это довольно сложный процесс, требующий наличия соответствующих навыков и различных дорогостоящих веществ.

Существует несколько технологий, посредством которых можно извлекать драгметаллы. Они подбираются исходя из конечных целей работы.

Некоторые из указанных технологий, а также их результаты приведены в таблице.

Метод	Результат
Выщелачивание посредством окислителей	Платина и родий
Гальванический метод	Палладий
Воздействие «Царской водкой»	Платина
Фторирование	Палладий

Выбор в пользу конкретной технологии обусловлен в основном возможностями человека, который получает платину из катализатора. Также важно понимать, что в процессе аффинажа существуют неизбежные потери извлекаемых материалов. В частности, подобные недостатки отмечаются у техники выщелачивания, которая требует многократных промывок компонентов химической реакции.

Поверхность автокатализаторов покрыта напылением драгоценных металлов. Эти материалы, при наличии соответствующих навыков и реагентов, можно извлечь.

Техника выщелачивания

В домашних условиях и в промышленности для выделения родия и палладия чаще применяют выщелачивания. Такая техника предполагает использование окисляющих растворов, состоящих из концентрированных соляной и азотной кислот. При этом выщелачивание имеет ряд существенных недостатков отчасти обусловленных особенностями конструкции автомобильного катализатора.

Последний изготавливается либо из керамики, либо из алюминия. Наличие этого металла затрудняет проведение аффинажа, так как окислители вступают с ним реакцию. В процессе выделения платины, которая извлекается в виде раствора, необходимо многократное повторение выщелачивания и промывки исходных компонентов. Более того, даже такой подход не позволяет добыть драгоценный металл в достаточном количестве: избежать потери невозможно. Соответственно, для извлечения платины потребуется несколько катализаторов.

В целях снижения потерь, возникающих во время проведения аффинажа, автокомпонент на начальном этапе смачивают в водном растворе соляной кислоты. В дальнейшем катализатор подвергается нагреву. Далее, когда под воздействием высокой температуры появились пары, на исходный компонент наносятся окислители.

Кроме того, в зависимости от состава сплава, который напылялся на поверхность катализатора, для проведения аффинажа можно применить смесь концентрированной азотной кислоты и 30-процентного раствора пероксида водорода.

В промышленных масштабах для извлечения платины используют специальную решетчатую сетку, на которую помещается деталь. На нее затем оказывают воздействие парообразного окислителя. Для этого сначала заготавливают раствор соляной кислоты, в которую помещается деталь, а затем ее доводят до кипения. По окончании этого процесса, в ходе которого пары многократно проходят через каналы и поры катализатора, последний подвергается промывке чистой водой.

Использование парообразного окислителя имеет несколько преимуществ в сравнении с жидкостными кислотами. Основное отличие между двумя приведенными выше подходами заключается в том, что газовая смесь обладает большей проникающей способностью. Поэтому она лучше «промывает» катализатор, затрагивая даже мелкодисперсные частицы.

Особенности добычи палладия

Для извлечения палладия из автомобильного катализатора можно применять техники, описанные выше. Но в таком случае полученный металл включает в себя множество примесей, что снижает его ценность. Наиболее действенным способом добычи палладия из автомобильных деталей считается электродуговое нагревание (гальванический метод).

Однако предпочтительнее использовать несколько иной подход. Он предполагает нагревание исходного компонента до 500 градусов с последующим фторированием. Эта технология позволяет получить металл с минимальным содержанием разнообразных примесей. Результатом данного процесса становится фтористый палладий, который необходимо остудить до 100 градусов. Для выделения чистого металла из раствора потребуется минеральная кислота.

Метод фторирования позволяет выделить практически весь палладий, что содержит в себе автомобильный катализатор.

Примеры выделения драгоценных металлов

Ниже приведены три примера, наглядно объясняющие процесс выделения драгоценных металлов из автомобильных компонентов.

Пример 1.
В данном примере используется катализатор с автомобиля марки Volvo. Его сплав состоит из палладия (0,08% от общей массы компонентов) и родия (0,006%). Ввиду того что в исходной детали содержится углерод в относительно большом количестве, ее предварительно обжигают, в течение 45 минут оказывая воздействие при температуре в 540 градусов. Далее смешиваются между собой 230 мл воды и 46 мл концентрированной соляной кислоты. После этого в раствор добавляются 184 мл пироксида углерода, после чего его нагревают. Аффинаж проводится на протяжении 1 часа.

Пример 2.
Для извлечения драгметаллов используется 1,2-киллорамовый катализатор, взятый с автомобиля марки Mercedes-Benz. В составе его сплава встречаются платина (0,12% от общей массы детали) и родий (0,008%).

Автокомпонент помещается во фторопластовый реактор. Далее он смачивается посредством 260 мл водного раствора соляной кислоты. После этого автокомпонет подвергается воздействию 70 мл данной кислоты, используемой в чистом виде.

Далее раствор доводится до кипения. В процессе нагрева в смесь добавляются 60 мл концентрированной азотной кислоты и 150 мл 30-процентного раствора пероксида водорода. Этот элемент вводится по частям. Аффинаж палладия занимает около 1,5 часа. По истечении указанного срока полученный раствор промывается водой (1 к 2) и осаждается.

Пример 3.
В последнем примере применяется катализатор от автомобиля Honda. В составе сплава встречаются платина (0,04% от общего веса детали), палладий (0,06%), родий (0,007%) и церий (1,4%). Подход в данном случае используется тот же, что был приведен в предыдущем примере. Разница между техниками добычи наблюдается только на конечном этапе. Достигнув точки кипения, автокомпонент обрабатывается соляно-азотной кислотой и пероксидом водорода.

Применение выщелачивания позволяет получить из автокатализаторов относительно чистые драгоценные металлы, пригодные для повторного использования.

Источник статьи: http://prodragmetally.ru/dragotsennye-metally/platina/katalizator-v-avtomobile.html

В каких катализаторах много платины?

Очистка выхлопных газов автомобиля происходит в каталитическом конвертере. В ходе процессов окисления и восстановления токсичные углеводородные соединения, оксиды азота и угарный газ преобразовываются в воду, азот и углекислый газ.

Платина и другие драгоценные металлы ускоряют реакции и способствуют наиболее полной очистке стремительно выходящих из двигателя газовых потоков. Слой веществ-катализаторов нанесен на керамические или металлические соты. Содержание драгметаллов обуславливает высокую стоимость катализатора и возможность его использования для переработки.

Неисправные катализаторы как сырье для извлечения платины

В большинстве автомобилей применяются керамические соты. В решетке из тонкостенной керамики достигается толщина стенок 0,1–0,05 мм. Количество каналов в них может достигать восьми тысяч. Поверх керамики наносится тонкий слой металлов платиновой группы, сложный рельеф которого увеличивает активную площадь в несколько тысяч раз. Благодаря перечисленным технологиям в ряде моделей авто она может достигать 70 тыс. м2.

В зависимости от размера конвертера из него можно получить 3–7 г платины.

Самостоятельное извлечение драгметаллов из одного или нескольких катализаторов нерентабельно — стоимость аренды помещения, оборудования и реактивов перекроют выгоду. Переработка в промышленных масштабах, наоборот, очень быстро окупается.

Всего в мире добывается около 180 тонн платины в год. Ее содержание в коре Земли крайне мало и не превышает 0,06–0,40 мкг на кг. Хорошими промышленными месторождениями считаются слои с концентрацией платины 3–5 мг на кг породы. Добыча из естественной среды крайне трудоемка — для получения 1 г металла необходимо достать с глубины 2 км и переработать 400 кг породы. Применяемая химическая технология извлечения требует дорогих реагентов. Запасы платины в земной коре относительно невелики, ресурс их добычи не превышает 30 тыс. тонн и ограничивается сроком в 125 лет.

Автомобильная промышленность является основным потребителем платины. Из неисправных катализаторов можно извлечь до 99% содержащихся в них драгметаллов. Использование вторичного сырья гораздо менее затратно, чем добыча из земных недр. Автолюбителям не стоит просто выбрасывать или бесполезно складировать старые катализаторы, за которые можно выручить неплохую сумму. Их переработка позволит сохранить незначительный ресурс этого металла на планете.

Существуют два основных метода извлечения платины из сот каталитических конвертеров:

выделение металла из перемолотых в крошку сот под воздействием кислот и дополнительных реагентов;

пирометаллургический метод с использованием промышленных печей при температурах 1800–3000 °С.

Жидкостная химическая переработка (аффинаж) менее затратна и в качестве эксперимента доступна даже химику-любителю. Катализатор погружают в водный раствор соляной кислоты, нагревают и наносят на обрабатываемое сырье окислитель при появлении паров. В растворе помимо кислоты может применяться 30-процентный пероксид водорода. В промышленности используется парообразный окислитель, который многократно пропускается через решетки большой площади, покрытые ценным сырьем.

Для извлечения платины из металлических сот катализатора применяется электрохимическая обработка. В этом случае отделению с помощью электролиза подвергается сама алюминиевая основа.

Промышленная переработка в высокотемпературных печах требует значительных вложений в оборудование и позволяет получить из катализатора наибольшее количество платины. Наивысшая окупаемость достигается при значительных объемах переработки и стабильной долговременной работе.

Катализаторы с высоким содержанием платины

Наибольшую ценность для переработки представляют катализаторы трехкамерной конструкции и изделия, в которых применяется сплав платины и родия. Совершенствование технологий позволило уменьшить содержание родия в таких конвертерах с 20% до 9%, при этом содержание платины составляет до 1000 мкг на кг массы катализатора. Концентрация этого металла на единицу массы катализатора велика и в катализаторах с использованием сплава платины, палладия и родия, но в 2020 году они уже не производятся и попадают на переработку в небольшом количестве.

Больше всего драгоценных металлов в нейтрализаторах автомобилей с двигателями значительной мощности и в люксовых моделях. Моторы грузовых машин оснащаются катализаторами большой массы, которые обеспечивают своевременную переработку выхлопных газов по мере их выделения из двигателя. Легковые авто высокого класса оснащаются наиболее качественными нейтрализаторами для лучшей очистки.

Автомобили, произведенные в Германии и Японии, а также машины, предназначенные для рынка США, содержат больше платины и других драгоценных металлов. Это объясняется высокими экологическими требованиями в перечисленных странах.

Катализаторы автомобилей производства Украины, России и других стран СНГ не так популярны в качестве сырья для переработки. Общее количество платины в них невелико, в целях экономии часто применяются более дешевые и менее эффективные золото, иридий и другие металлы. Конструкция и химический состав катализаторов часто изменяется, что не позволяет оптимизировать технологический цикл для их переработки.

Продажа неисправного катализатора на переработку позволит выручить неплохую сумму. В зависимости от модели авто за него можно выручить от 500 до нескольких тысяч гривен, реализация катализатора современной грузовой машины может принести 10 тыс. грн и больше. Покупатели катализаторов для переработки оценивают их на основе марки авто и пробега либо непосредственно определяют процентный состав платины и других компонентов в сотах. Вторичная переработка позволяет глобально снизить стоимость новых машин за счет удешевления производства катализаторов.

Источник статьи: http://autocatalystmarket.com/ru/ru/articles/v-kakix-katalizatorax-mnogo-platiny

Замена палладия на платину в автопроме вызовет рост спроса на нее

На сегодняшний день каталитический нейтрализатор — один из самых дорогостоящих компонентов автомобиля. Каждый блок содержит небольшое количество драгоценных металлов, основными из которых являются палладий и платина.

Недавно BASF, немецкий химический гигант, объявил, что разработал и успешно испытал новую технологию, которая позволяет частично заменить дорогостоящий палладий (Pd) на более доступную платину (Pt) в автокатализаторах легковых бензиновых транспортных средств без нарушений норм содержания токсичных веществ в отработавших газах.

Ранее в этом году Johnson Matthey, производитель трети всех автокатализаторов в мире, заявил, что платина может заменить палладий в расположенных под полом катализаторах в бензиновых автомобилях к февралю 2021 года.

Эти два события, подкрепляющие мнение о том, что платину можно использовать вместо палладия в современных условиях ограничения токсичных выбросов, знаменуют собой дальнейшую эволюцию моделей использования данных металлов, которые менялись в течение последних четырех десятилетий.

Поскольку металлы платиновой группы (МПГ) использовались в первых в мире автокатализаторах или нейтрализаторах, разработанных еще в 1970-х годах, замена одного платиноида на другой является характерной особенностью.

Применение МПГ определяется несколькими факторами, включая эффективность, доступность и цену каждого металла, а также ужесточение норм относительно вредных выбросов.

Каталитическая эффективность металла зависит от температуры двигателя, типа и качества топлива, а также долговечности покрытия из пористого оксида.

В 1990-х годах низкая цена на палладий привела к тому, что он заменил платину в производстве бензиновых автокатализаторов, хотя для достижения необходимого уровня контроля выбросов первого требовалось в два раза больше, чем второго. Такой показатель замещения был обусловлен тем фактом, что каталитическая активность палладия снижается из-за присутствия серы; в то время бензин имел относительно высокое содержание этого элемента.

В течение 2000-х годов количество серы в топливе уменьшилось, что повлияло на характер использования МПГ. Во-первых, больше не было необходимости использовать удвоенное количество Pd, а это означает, что коэффициент замещения изменился с 2 : 1 до 1 : 1. Во-вторых, снижение содержания серы в дизеле обеспечило возможность использования данного металла в дизельных автокатализаторах.

Замещение и спрос на платину в автомобильной сфере

Спрос, предложение и сопутствующие затраты на покупку платины и других металлов группы также влияют на их применение. Например, скачок цен на палладий в 2000, когда за год его использование при производстве транспортных средств превысило добычу, привел к замене этого металла на платину.

Несмотря на экономический спад, вызванный пандемией COVID-19, сегодня рынок МПГ ─ с 2017 года, когда цена на палладий превысила цену платины ─ испытывает аналогичный дисбаланс: годовой спрос на Pd в автомобильной промышленности превышает предложение при очевидном и устойчивом дефиците металла. Это привело к расхождению цен на платину и палладий, причем последняя в настоящее время торгуется с ценовой премией свыше 1000 долларов США за унцию.

Как показывают недавние заявления BASF и Johnson Matthey, высокая цена, устойчивый рост спроса и ограниченный рост предложения палладия повышают вероятность увеличения потребности в платине с целью замещения палладия в бензиновых моделях автомобилей.

Другие прогнозы цен и аналитика рынка:

Источник статьи: http://www.zolotoy-zapas.ru/news/market-analytics/zamena-palladiya-v-avtokatalizatorakh-mozhet-privesti-rostu-sprosa-na-platinu/