Thu hồi kim loại quý từ chất xúc tác đề cập đến quá trình chiết xuất bạch kim, palladi, rhodi và các kim loại quý khác từ chất xúc tác công nghiệp đã qua sử dụng bằng công nghệ vật lý, hóa học và sinh học. Ý nghĩa của việc thu hồi kim loại quý từ chất xúc tác vượt ra ngoài giá trị kinh tế (tái chế một tấn chất xúc tác ô tô đã qua sử dụng thu được 1-2 kg kim loại nhóm bạch kim trị giá hơn 120.000 USD, với chi phí chỉ bằng 30%-50% so với khai thác mới). Nó cũng làm giảm sự phụ thuộc vào tài nguyên khoáng sản và giảm thiểu mối nguy hại môi trường. Chỉ thị về Xe hết hạn sử dụng của EU và quy định môi trường tại nhiều quốc gia bắt buộc tái chế kim loại quý, thúc đẩy ngành hướng tới chu kỳ "sản xuất-sử dụng-thu hồi" khép kín.
Chất xúc tác kim loại quý chủ yếu được phân loại thành chất xúc tác dị thể (ví dụ: chất xúc tác rắn để làm sạch khí thải ô tô) và chất xúc tác đồng thể (ví dụ: hợp kim kim loại hòa tan được sử dụng trong phản ứng hóa học). Các chất xúc tác kim loại quý có thể tái chế phổ biến bao gồm: bộ chuyển đổi xúc tác (chứa bạch kim, palladi, rhodi), chất xúc tác hydro hóa hóa dầu (chứa molypden, niken, vanadi), chất xúc tác pin nhiên liệu (dựa trên bạch kim) và chất xúc tác môi trường khử nitơ (chứa kim loại nhóm vanadi-titan).
Đổi mới công nghệ 2025 tập trung vào thu hồi xanh và hiệu quả. Công nghệ chiết tách hỗ trợ vi sóng khắc phục những hạn chế truyền thống: một lò phản ứng mới sử dụng bức xạ vi sóng 2450MHz kết hợp với thanh khuấy thủy tinh có thể thu vào, giải quyết trực tiếp hiệu suất truyền khối thấp do độ nhớt cao của chất lỏng ion. Hệ thống này tích hợp đầu dò hồng ngoại tinh thể ATR kim cương để giám sát thành phần dung dịch phản ứng theo thời gian thực và tối ưu hóa thông số động, cải thiện đáng kể tỷ lệ thu hồi bạch kim, palladi và rhodi.
Kỹ thuật xử lý sinh học sử dụng vi sinh vật (ví dụ: Ferriportia oxydans) hoặc sợi nấm để hấp phụ hạt nano bạch kim, đạt tỷ lệ thu hồi trên 90% với mức tiêu thụ năng lượng thấp và không gây ô nhiễm. Vật liệu nano từ tính chức năng hóa (ví dụ: Fe₃O₄@SiO₂-NH₂) chọn lọc thu giữ ion kim loại quý thông qua tương tác phối hợp, cho phép tách nhanh và tái chế. Hệ thống thu hồi thông minh tích hợp IoT và thuật toán học máy để điều chỉnh động các thông số chiết tách. Một doanh nghiệp đã đạt mức tăng 12% trong thu hồi bạch kim bằng cách sử dụng mô hình AI.
Tối ưu hóa liên tục quy trình thủy luyện: Thu hồi palladi trong chiết tách axit clohydric/hydro peroxide (HCl/H₂O₂) đạt 92,6%. Chất xúc tác nano vi nang lõi fullerene-Pd, được chế tạo sau khi tinh chế phức hợp urê, thể hiện hoạt tính siêu cao trong quá trình khử 4-nitrophenol (tỷ lệ chuyển đổi >99% trong vòng 3,5 phút). Quy trình tích hợp thẩm tách khuếch tán chất lỏng ion - bay hơi MVR đạt tỷ lệ thu hồi kim loại quý >98%, đồng thời duy trì thu hồi axit ≥80% và cho phép sử dụng tài nguyên muối kết tinh.
Việc thu hồi kim loại quý từ chất xúc tác đã qua sử dụng bắt đầu bằng xử lý trước. Chất xúc tác đã qua sử dụng được nghiền, sàng và tách từ để tách chất mang khỏi thành phần hoạt tính. Tiếp theo là nung nhiệt độ cao (nung kiểm soát oxy bốn giai đoạn ở 50-800°C) để loại bỏ cặn carbon và vật chất hữu cơ. Kích hoạt nhiệt phân xảy ra trong môi trường trơ để ngăn chặn sự bay hơi kim loại (ví dụ: mất rhodi trên 800°C).
Giai đoạn chiết tách sử dụng phương pháp chiết dung môi chọn lọc cho kim loại quý. Các giải pháp thủy luyện phổ biến bao gồm nước cường toan, axit clohydric-clorat hoặc thioure, trong đó pH và thế oxy hóa khử được kiểm soát để hòa tan chọn lọc kim loại mục tiêu. Một quy trình đổi mới sử dụng tác nhân chiết tách hỗn hợp axit clohydric-axit citric-hydro peroxide. Phản ứng xảy ra ở công suất vi sóng 600W và khuấy 200 rpm trong 20 phút, đạt được sự hòa tan hiệu quả cao của kim loại nhóm bạch kim. Sau khi ly tâm dung dịch chiết để tách cặn, dung dịch đi vào giai đoạn tinh chế.
Tinh chế và luyện kim sử dụng phương pháp tách nhiều giai đoạn. Thêm dung dịch Na₂SO₃ vào dung dịch chiết tách loại bỏ hơn 90% tạp chất sắt (ở nhiệt độ ≥303K, pH=1,5-2,0), tiếp theo là chiết ngược với NH₄OH để loại bỏ đồng và kẽm. Chiết dung môi sử dụng chất chiết phốt phin (Cyanex 923) hoặc amin tách lần lượt palladi và bạch kim. Lắng đọng điện hóa lắng đọng chọn lọc kim loại ở thế kiểm soát, đạt độ tinh khiết 99,95%. Sản phẩm cuối cùng là kim loại độ tinh khiết cao hoặc hợp kim có thể sử dụng trực tiếp (ví dụ: ferro-molypden, ferro-niken).
Việc xác định kim loại quý trong chất xúc tác đã qua sử dụng đòi hỏi kết hợp phân tích nguồn gốc với phát hiện nhanh. Bộ chuyển đổi xúc tác ô tô ba chiều (từ xe ở Mỹ, Đức, Pháp, v.v., với quãng đường 110.000-220.000 km) thường chứa bạch kim, palladi và rhodi. Chất mang gốm tổ ong phải được nghiền đến kích thước hạt ≤1 mm để kiểm tra. Chất xúc tác hóa dầu (chất xúc tác hydro hóa, cracking) chứa molypden, niken và vanadi, trong khi chất xúc tác pin nhiên liệu chủ yếu dựa trên bạch kim.
ICP-OES (Quang phổ phát xạ quang học plasma cảm ứng) là phương pháp tiêu chuẩn để phân tích định lượng, cho phép xác định chính xác hàm lượng kim loại (ví dụ: chất xúc tác ban đầu chứa 0,126% Pd). Kinh nghiệm rộng của DONGSHENG trong tái chế kim loại quý chỉ ra mối tương quan giữa dạng chất xúc tác và hàm lượng kim loại quý: chất xúc tác trên nền gốm chủ yếu chứa kim loại nhóm bạch kim, trong khi chất mang than hoạt tính thường được sử dụng để hấp phụ và thu hồi vàng bạc.
Ngôn ngữ
