Автомобиль катализаторларынан бағалы металдарды алу үшін жоғары температуралы цианидтеу процесі

кіріспе

Платина (Pt), палладий (Pd) және родий (Rh) сияқты платина тобының металдары (PGM) әртүрлі салаларда үлкен маңызға ие. Автокөлік өнеркәсібінде олар көлік құралдарының шығарындыларынан шығатын зиянды шығарындыларды азайту үшін маңызды каталитикалық түрлендіргіштерде маңызды рөл атқарады. Дегенмен, PGM табиғатта сирек кездеседі және біркелкі емес таралған, ал оларды бастапқы кендерден алу көбінесе күрделі және қымбатқа түседі. Нәтижесінде, пайдаланылған автомобиль катализаторлары сияқты екінші реттік көздерден PGM алу барған сайын назар аудара бастады. Жоғары температурада цианидті шаймалау осы мақсат үшін әлеуетті әдіс ретінде пайда болуда.

Автомобильдік катализаторлардағы PGM рөлі

Автокөлік каталитикалық түрлендіргіштері көміртегі тотығы (CO), көмірсутектер (HC) және азот оксидтері (NOx) сияқты пайдаланылған газдардағы улы ластаушы заттарды көмірқышқыл газы (CO₂), азот (N₂) және су (H₂O) сияқты аз зиянды заттарға айналдыруға арналған. PGM бұл түрлендіргіштердегі негізгі белсенді компоненттер болып табылады. Мысалы, Pt және Pd CO мен HC тотықтыру үшін тиімді, ал Rh негізінен NOx тотықсыздандыру үшін қолданылады. Автокөлік өнеркәсібінде PGM-ге деген сұраныс айтарлықтай. 1990 жылы автомобиль катализаторларын өндіруде 1.3 миллион унция платина, 230 000 унция палладий және 330 000 унция родий пайдаланылды. Автокөлік өнеркәсібінің жылдар бойы үздіксіз өсуін ескере отырып, пайдаланылған катализаторлардағы PGM-нің жиынтық мөлшері өте көп, бұл оларды құнды екінші реттік ресурсқа айналдырады.

Жоғары температурадағы цианидті шаймалаудың принциптері

Цианидті күрделену

Цианидті шаймалау тау-кен өнеркәсібінде, әсіресе алтын өндіруде кеңінен қолданылды. Бұл принцип цианид иондарының (CN⁻) белгілі бір металдармен тұрақты комплекстер түзу қабілетінде жатыр. PGM жағдайында, жоғары температурада және сәйкес сілтілі жағдайларда CN⁻ Pt, Pd және Rh-пен әрекеттесіп, еритін цианидті кешендерді түзе алады. Бұл комплекс түзілу реакциясы PGM-ді катализатордың қатты матрицасынан ерітіндіге ерітуге мүмкіндік береді, келесі бөлу және қалпына келтіру процестерін жеңілдетеді.

Жоғары - Температураны жақсарту

Жоғары температуралық жағдайлар сілтісіздендіру процесін ілгерілетуде маңызды рөл атқарады. Температураның жоғарылауы реакция кинетикасын жылдамдатады. Жоғары температурада цианид иондарының PGM бөлшектерінің бетіне диффузия жылдамдығы артады және химиялық реакциялар тезірек жүреді. Мысалы, зерттеулер көрсеткендей, автомобиль катализаторларынан PGM жоғары температурада цианидті шаймалау кезінде температураны 100 ° C-тан 150 ° C-қа дейін көтеру Pd және Pt шаймалау тиімділігін айтарлықтай арттыруы мүмкін. Дегенмен, өте жоғары температура энергияны тұтынудың жоғарылауы және ықтимал жанама реакциялар сияқты кейбір қиындықтарды тудыруы мүмкін екенін атап өткен жөн.

Автомобильдік катализаторлар үшін жоғары температурадағы цианидті сілтілеу процесі

Катализаторларды алдын ала өңдеу

Жоғары температурадағы цианидті сілтісіздендіру процесіне дейін пайдаланылған автомобиль катализаторлары әдетте алдын ала өңдеуден өтуі керек. Бұл қадам шаймалау тиімділігін арттыру үшін өте маңызды. Біріншіден, катализаторлар бөлшектердің өлшемін азайту үшін физикалық түрде ұсақталады және ұнтақталған, бұл меншікті бетінің ауданын арттырады және реакцияға көбірек PGM шығарады. Содан кейін катализатор бетіндегі көміртекті және басқа қоспаларды кетіру үшін оларды қуыру сияқты термиялық өңдеуден өткізуге болады, осылайша PGM цианид ерітіндісіне қол жетімді болады.

Шаймалау операциясы

Сілтілеу кезеңінде алдын ала өңделген катализаторлар цианид бар ерітіндімен, әдетте натрий цианидімен (NaCN) реакциялық ыдысқа орналастырылады. Содан кейін реакциялық ыдыс тиісті жоғары температураға дейін, әдетте 120-180 °C диапазонында қыздырылады және қысым талаптарға сәйкес реттеледі. ПГМ тотығуын күшейту және кешен түзілу реакциясын күшейту үшін оттегі немесе тотықтырғыш агент жиі енгізіледі. Сілтілеу уақыты катализатордың құрамына және реакция жағдайларына байланысты өзгереді, әдетте бірнеше сағаттан он сағаттан астам уақытқа дейін.

PGM бөлу және қалпына келтіру

Шаймалау процесінен кейін ерітіндіде еріген PGM – цианидті кешендер болады. PGM қалпына келтіру үшін әртүрлі бөлу әдістерін қолдануға болады. Жалпы тәсілдердің бірі еріткішпен экстракция болып табылады, мұнда цианидті сілтісіздендіру ерітіндісінен PGM таңдап алу үшін қолайлы органикалық экстрагент қолданылады. Мысалы, белгілі бір иондық сұйықтықтар шайма ерітіндісінен Pt және Pd бөлу үшін жақсы селективтілікті көрсетті. Тағы бір әдіс - жауын-шашын. Ерітіндінің рН мәнін реттеу немесе арнайы тұндырғыштарды қосу арқылы PGM-ді ерітіндіден металл тұздары немесе комплекстер түрінде тұндыруға болады, содан кейін олар таза PGM алу үшін одан әрі тазартылуы мүмкін.

Жоғары температурадағы цианидті шаймалаудың артықшылықтары

Жоғары қалпына келтіру тиімділігі

Автомобиль катализаторларынан PGM қалпына келтірудің кейбір дәстүрлі әдістерімен салыстырғанда, жоғары температурада цианидті шаймалау салыстырмалы түрде жоғары қалпына келтіру жылдамдығына қол жеткізе алады. Зерттеулер оңтайландырылған жағдайларда Pt, Pd және Rh шаймалау жылдамдығы 90%-дан жоғары, ал кейбір жағдайларда тіпті 100%-ға дейін жетуі мүмкін екенін көрсетті. Мысалы, таусылған автокаталитикалық түрлендіргіштерден PGM жоғары температурада цианидті сілтісіздендіру бойынша жүргізілген зерттеуде 150 °C температурада автоклавты шаймалау, оттегінің парциалды қысымы 200 psi және 120 минут уақытпен PGM-нің > 90% еруін берді.

Таңдау

Цианид PGM-мен комплексті түзуде белгілі дәрежеде селективтілікке ие. Тиісті жағдайларда ол Pt, Pd және Rh-пен жақсырақ әрекеттесе алады, ал катализатор матрицасындағы керамикалық компоненттер және кейбір негізгі металдар сияқты көптеген басқа элементтермен азырақ әрекеттесе алады. Бұл селективтілік кейінгі бөлу процесін жеңілдетеді және жоғары тазалығы бар PGM алуға көмектеседі.

Қиындықтар мен шешімдер

Цианидтің уыттылығы

Сілтілеу процесінде цианидті пайдалану оның жоғары уыттылығына байланысты маңызды экологиялық және қауіпсіздік мәселелерімен байланысты. Цианид дұрыс пайдаланылмаса, адам денсаулығы мен қоршаған ортаға зиян тигізуі мүмкін. Бұл мәселені шешу үшін өндірістік процесте қатаң қауіпсіздік шаралары жүзеге асырылады. Мысалы, тұйық циклді жүйелер қоршаған ортаға цианидтің шығуын барынша азайтуға арналған. Сонымен қатар, құрамында цианид бар ағынды суларды тазарту өте маңызды. Химиялық тотығу және биологиялық тазарту сияқты ағынды суларды тазартудың озық технологияларын сарқынды суларды ағызбас бұрын цианидті азырақ зиянды заттарға ыдырату үшін пайдалануға болады.

Жоғары энергия тұтыну

Процестің жоғары температура талабы салыстырмалы түрде жоғары энергия шығынына әкеледі. Бұл мәселені жеңілдету үшін реакция жағдайларын оңтайландыруға күш салынуда. Мысалы, температураны, қысымды және реакция уақытын дәл бақылау арқылы сілтісіздендірудің жоғары тиімділігін сақтай отырып, энергия шығынын азайтуға болады. Сонымен қатар, энергияны үнемдейтін жылыту жабдықтарын дамыту және қалдық жылуды қалпына келтіру жүйелерін пайдалану да жоғары температурада цианидті шаймалау процесінің энергия тиімділігін арттыруға көмектеседі.

қорытынды

Жоғары температурада цианидті сілтілеу автомобиль катализаторларынан бағалы металдарды , әсіресе PGM-дерді алудың үлкен әлеуетін көрсетеді . Ол жоғары қалпына келтіру тиімділігі мен селективтілігін ұсынады, бұл осы құнды ресурстарды экономикалық және тиімді қайта өңдеу үшін өте маңызды. Цианидтің уыттылығы және жоғары энергия тұтынуы сияқты қиындықтар болғанымен, бұл мәселелерді шешу үшін үздіксіз зерттеулер мен технологиялық инновациялар жүргізілуде. PGM-дерге деген сұраныстың артуымен және ресурстарды қайта өңдеу мен қоршаған ортаны қорғауға баса назар аударылуымен, жоғары температурада цианидті сілтілеу автомобиль катализаторларын қайта өңдеу өнеркәсібінің болашағында маңызды рөл атқарады деп күтілуде.