Hợp kim bạch kim là vật liệu kim loại quý được tạo thành bằng cách thêm các nguyên tố như iridi, rhodium, paladi, rutheni, coban và niken vào ma trận bạch kim. Tính đến tháng 4 năm 2026, giá giao ngay của bạch kim là 1.968 USD/ounce, rhodium là 10.100 USD/ounce và paladi là 1.462 USD/ounce. Giá trị cốt lõi của hợp kim bạch kim nằm ở ba nhóm tính chất vật lý: khả năng chống ăn mòn giúp duy trì sự ổn định trong môi trường axit mạnh như dung dịch aqua regia; độ ổn định ở nhiệt độ cao cho phép các cặp nhiệt điện hợp kim bạch kim-rhidi đo nhiệt độ lên đến 1.800°C trong thời gian ngắn; và hoạt tính xúc tác thúc đẩy phản ứng khử oxy trong pin nhiên liệu màng trao đổi proton. Được phân loại theo các nguyên tố hợp kim, hợp kim bạch kim-iridi chứa 5%–30% iridi, có độ cứng 110 HV ở trạng thái ủ và thể hiện độ bóng cao nhất. Chúng được sử dụng trong điện cực bugi, tiếp điểm đánh lửa hàng không, điện cực máy tạo nhịp tim và chén nung trong phòng thí nghiệm.
Hợp kim bạch kim-rhodium , chủ yếu là Pt-10%Rh và Pt-20%Rh, được sử dụng làm nồi nấu kim loại trong ngành công nghiệp thủy tinh và lưới xúc tác trong sản xuất axit nitric. Hợp kim bạch kim-ruthenium chứa 5% ruthenium, có độ cứng 120 HV ở trạng thái ủ, có thể đạt đến 220 HV sau khi gia công; chúng được sử dụng cho nhẫn trang sức gia công chính xác và điện cực pin nhiên liệu. Hợp kim bạch kim-cobalt chứa 5% cobalt, có độ cứng 135 HV ở trạng thái đúc và độ chảy tuyệt vời; chúng được sử dụng cho các vật đúc chính xác và các bộ phận nam châm vĩnh cửu. Hợp kim bạch kim-palađi đóng vai trò là chất thay thế nhẹ cho bạch kim, làm giảm lượng bạch kim trong màng tách hydro và chất xúc tác khí thải. Các tính chất cơ học của hợp kim bạch kim có liên quan trực tiếp đến các nguyên tố hợp kim của chúng: iridi làm tăng độ cứng và điểm nóng chảy (điểm nóng chảy của iridi là 2.454°C so với bạch kim là 1.773°C), rhodium tăng cường khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao, ruthenium tinh chỉnh kích thước hạt và cải thiện độ bền kéo, coban cải thiện tính lưu động khi đúc, và paladi làm giảm mật độ và chi phí. Các hợp kim bạch kim này đã thiết lập các hệ thống xử lý và thử nghiệm công nghiệp hoàn thiện, với mỗi công thức được điều chỉnh để đáp ứng các yêu cầu cơ học và hóa học của các điều kiện hoạt động cụ thể.
Nguồn phế liệu hợp kim bạch kim được xác định rõ ràng. Bộ chuyển đổi xúc tác ô tô hết hạn sử dụng là nguồn lớn nhất, dự kiến chiếm 71% tổng lượng tái chế kim loại nhóm bạch kim (PGM) vào năm 2026. Một bộ chuyển đổi tiêu chuẩn chứa 2-8 gam PGM, trong đó hợp kim bạch kim, cùng với rhodium và palladium, thực hiện chức năng xúc tác oxy hóa CO và hydrocarbon và khử NOx. Sau thời gian sử dụng 12-15 năm, chúng được đưa vào chuỗi tái chế. Ngành công nghiệp hóa chất là nguồn phế liệu hợp kim bạch kim lớn thứ hai. Trên các dây chuyền sản xuất axit nitric, các tấm lọc xúc tác hợp kim bạch kim-rhodium hoặc bạch kim-rhodium-palladium được thay thế vài tháng một lần; các tấm lọc phế liệu này có hàm lượng rhodium cao và có giá trị tái chế đáng kể. Trong sản xuất sợi thủy tinh, các tấm nhỏ giọt và nồi nấu hợp kim bạch kim-rhodium bị hư hỏng dần do ăn mòn ở nhiệt độ cao. Vì loại phế liệu hợp kim bạch kim này có thành phần đơn nhất và độ tinh khiết cao, hiệu suất thu hồi thường nằm trong khoảng từ 92% đến 98%. Trong ngành công nghiệp điện tử, các tiếp điểm điện bằng hợp kim bạch kim-iridi và bạch kim-niken, cũng như dây quấn chiết áp chính xác, trở thành nguồn phế liệu hợp kim bạch kim nhỏ nhưng có nồng độ cao khi hết thời gian sử dụng. Các cụm điện cực màng (MEA) trong pin nhiên liệu PEM và máy điện phân cũng chứa bạch kim và iridi. Vào tháng 3 năm 2026, Johnson Matthey và Syensqo đã chứng minh một quy trình hóa học quy mô kilogram để thu hồi hợp kim bạch kim từ chất thải CCM. Các nồi nấu, điện cực và cặp nhiệt điện bằng hợp kim bạch kim bị loại bỏ trong phòng thí nghiệm cũng là những nguồn chất thải hợp kim bạch kim đáng kể. Trước khi đưa vào lò tinh luyện, thành phần và dạng hợp kim của mỗi lô phế liệu bạch kim quyết định trực tiếp tính khả thi về kinh tế của việc thu hồi; phế liệu hợp kim bạch kim chứa rhodium và iridi có giá trị đơn vị vượt xa phế liệu bạch kim-palađi thông thường.
Thị trường phế liệu kim loại nhóm bạch kim sẽ cho thấy sự phân hóa giá trị đáng kể vào năm 2026. Rhodium hiện là kim loại công nghiệp đắt nhất, với giá giao ngay là 10.100 USD/ounce, tương đương khoảng 325 USD/gram. Nguồn phế liệu của nó bao gồm các lớp khử trong bộ chuyển đổi xúc tác ba chiều của xe chạy xăng và các tấm lưới xúc tác hợp kim bạch kim-rhodium được sử dụng trong ngành công nghiệp axit nitric. Giá giao ngay của iridium ở mức khoảng 6.650 USD/ounce, với nguồn phế liệu chủ yếu từ các lớp xúc tác anot của máy điện phân PEM và điện cực bugi hợp kim bạch kim-iridium. IDTechEx dự đoán rằng khối lượng thu hồi iridium sẽ đạt gấp 2,7 lần so với mức năm 2026 vào năm 2046. Giá giao ngay của palladium đang được giao dịch ở mức 1.462 USD/ounce, với phế liệu tập trung ở các chất xúc tác khí thải của xe chạy xăng và các mô-đun màng lọc hydro. Vào năm 2026, khoảng 21%–34% nhu cầu kim loại nhóm bạch kim toàn cầu sẽ được đáp ứng bởi vật liệu tái chế. Thị trường tái chế phế liệu hợp kim bạch kim chiếm 73% tổng giá trị toàn cầu của việc tái chế các vật liệu quan trọng.
Các công ty như UMICORE, DOWA, DONGSHENG Precious Metals và Tanaka Precious Metals đã đạt được độ tinh khiết tinh luyện 99,95%. Vào tháng 4 năm 2026, Lifezone Metals đã công bố lần đầu tiên sản xuất hàng loạt bạch kim, paladi và rhodium từ chất xúc tác ô tô đã qua sử dụng tại Hoa Kỳ. Công nghệ thủy luyện Hydromet của công ty đã đạt tỷ lệ thu hồi vượt quá 99% đối với bạch kim và paladi, và 95% đối với rhodium. Giá trị phế liệu của bộ chuyển đổi xúc tác đã qua sử dụng thường chiếm 25%–35% giá thị trường; sau khi trừ đi chi phí tinh luyện, một bộ chuyển đổi loại Foreign Medium có thể thu về 250–500 đô la. Giá trị thu hồi của phế liệu chất xúc tác oxy hóa diesel có hàm lượng rhodium cao có thể tăng gấp đôi. Giá trị của phế liệu hợp kim bạch kim đã hình thành một vòng tuần hoàn thương mại tự duy trì trong chuỗi cung ứng. Đối với mỗi tấn phế liệu từ bộ chuyển đổi đã qua sử dụng, phế liệu hợp kim bạch kim trải qua quá trình nghiền, lấy mẫu, nấu chảy và tách hóa học trước khi tái gia nhập chuỗi sản xuất công nghiệp. Đối với các nhà tái chế đang nắm giữ hàng tồn kho, các chuyên gia trong ngành khuyến nghị nên vận chuyển ngay lập tức khi giá rhodium vượt quá 10.000 USD/ounce, và cũng nên thanh lý hàng tồn kho khi giá palladium tăng hơn 10% trong một tuần.
Trong bốn tháng đầu năm 2026, những đột phá đã đạt được trong ba lĩnh vực xúc tác hợp kim bạch kim. Đầu tiên là tổng hợp chính xác các hợp chất liên kim loại gốc bạch kim có kích thước dưới 3 nanomet. Một nhóm nghiên cứu chung từ Đại học Thanh Hoa và Đại học Khoa học Địa chất Trung Quốc đã đề xuất chiến lược “giam giữ bằng vi sóng đông lạnh”, tổng hợp các hợp kim liên kim loại Pt-Fe với kích thước hạt nhỏ hơn 3 nm. Các hợp kim này thể hiện điện thế quá mức chỉ 27 mV ở mật độ dòng điện 10 mA/cm² trong axit sulfuric 0,5 M. Hơn nữa, chiến lược này có thể được mở rộng cho nhiều hệ hợp kim bạch kim khác nhau, bao gồm Pt-Cr, Pt-Mn, Pt-Co, Pt-Ni và Pt-Zn, từ đó giải quyết thách thức công nghiệp về sự kết tụ hạt nano do quá trình ủ ở nhiệt độ cao. Thứ hai là thiết kế sắp xếp nguyên tử hợp kim bạch kim dựa trên trí tuệ nhân tạo. Các nhóm nghiên cứu từ KAIST và Đại học Quốc gia Seoul đã sử dụng học máy và mô phỏng hóa học lượng tử để dự đoán xu hướng sắp xếp nguyên tử chất xúc tác. Họ phát hiện ra rằng kẽm đóng vai trò là chất trung gian trong hợp kim bạch kim-cobalt, làm giảm đáng kể nhiệt độ xử lý nhiệt cần thiết cho sự hình thành cấu trúc liên kim loại. Chất xúc tác kẽm-bạch kim-cobalt được tổng hợp theo dự đoán của AI cho hiệu quả vượt trội so với các chất xúc tác hợp kim bạch kim thương mại cả về hoạt tính và độ bền. Thứ ba là chất xúc tác nano hợp kim bạch kim có cấu trúc L1₀ được tạo ra bởi kẽm.
Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Kyoto đã đưa kẽm vào hệ thống Pt-Co và Pt-Ni, và bằng cách tận dụng nhiệt độ chuyển pha thấp hơn của L1₀ -PtZn để điều chế các hạt nano hợp kim bạch kim có độ trật tự cao (>80%) thông qua quá trình ủ ở nhiệt độ thấp. Trong số đó, Pt₅Co₄Zn₁ đạt được hoạt tính riêng là 1,71 mA/cm², cung cấp một lộ trình tổng hợp khả thi về mặt công nghiệp cho chất xúc tác PEMFC giúp tăng cường hoạt tính ORR trong khi vẫn duy trì kích thước hạt. Trong các ứng dụng thực tế, các chất xúc tác hợp kim bạch kim này vẫn gặp phải vấn đề rò rỉ kim loại không quý trong môi trường axit; tuy nhiên, do tương tác quỹ đạo d mạnh, cấu trúc hợp chất liên kim loại thể hiện khả năng chống oxy hóa và ăn mòn vượt trội đáng kể so với các hợp kim bạch kim không có trật tự, và độ bền được tăng cường này đã được xác minh trong nhiều thí nghiệm độc lập. Rào cản công nghiệp hóa đối với chất xúc tác nano hợp kim bạch kim hiện nay tập trung vào việc đạt được kích thước hạt đồng nhất và tải trọng nhất quán trong quá trình sản xuất hàng loạt. Một số nhà sản xuất cụm điện cực màng (MEA) của pin nhiên liệu đã thử nghiệm tốc độ suy giảm hoạt tính của chất xúc tác hợp kim bạch kim dưới 3 nanomet sau 10.000 chu kỳ trên dây chuyền sản xuất của họ; dữ liệu sơ bộ cho thấy sự suy giảm hoạt tính theo khối lượng của hợp kim bạch kim liên kim loại thấp hơn hơn 50% so với hợp kim bạch kim không có cấu trúc trật tự. Giá trị của phế liệu hợp kim bạch kim đang được đánh giá lại trong các ứng dụng mới nổi này. Các cụm điện cực màng hợp kim bạch kim từ pin nhiên liệu đã qua sử dụng sẽ trở thành nguồn phế liệu hợp kim bạch kim lớn thứ hai sau chất xúc tác ô tô. Xu hướng tăng dài hạn về giá trị của phế liệu hợp kim bạch kim xuất phát từ vai trò không thể thay thế của iridi và bạch kim trong cơ sở hạ tầng hydro, cũng như những cải tiến liên tục về hiệu quả tách các nguyên tố từ phế liệu hợp kim bạch kim thông qua các công nghệ tinh chế.
Ngôn ngữ
