Brevet FR2921727A1 — publié le 20090403

PROCEDE D'ANALYSE D'UN MONOLITHE METALLIQUE DE CATALYSEUR Domaine Technique L'invention se rapporte au domaine de l'analyse des différents métaux précieux présents dans un monolithe afin de déterminer la charge globale en métaux précieux contenu dans des monolithes sur une ligne de production, pour par exemple assurer le contrôle qualité. Cette analyse peut également être réalisée sur des prototypes dans la phase de développement de nouveaux monolithes en laboratoire. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à l'analyse des monolithes métalliques de catalyseurs. Par monolithe, on entend une structure alvéolaire permettant le passage des gaz d'échappement, et dont la surface intérieure est recouverte avec un catalyseur comprenant généralement trois composants principaux tels qu'un métal précieux, l'alumine, et un matériau à base de terre rare qui favorise l'activité catalytique. Les métaux précieux couramment utilisés sont le platine, le palladium et le rhodium. Techniques antérieures De façon générale, les monolithes équipant des catalyseurs sont réalisés à partir d'un substrat céramique en cordiérite. Un tel monolithe est alors analysé en prélevant un échantillon représentatif de toute sa hauteur. Un tel échantillon est découpé à l'aide d'une scie à ruban, puis est broyé à l'aide d'un broyeur. La poudre issue du broyage est alors analysée par différents procédés tels que la fluorescence X et/ou ICT. Cependant, un tel procédé n'est pas applicable aux monolithes à substrat métallique puisque ceux-ci ne peuvent être broyés, ni découpés à la scie à ruban. En effet, ils possèdent une structure trop rigide en spirales. Par ailleurs, la méthode d'analyse nécessite de minéraliser un échantillon représentatif de toute la hauteur du monolithe. Elle nécessite également la minéralisation du monolithe, c'est-à-dire sa réduction à l'état liquide par attaque acide. Une telle minéralisation est impossible sur un morceau solide de métal car elle provoque une réaction chimique très exothermique et donc dangereuse. Ainsi, le but de l'invention est de réaliser un procédé permettant d'analyser la proportion des charges en métaux précieux présents dans un monolithe métallique. Exposé de l'invention L'invention concerne donc un procédé d'analyse des charges en métaux précieux présents dans un monolithe de catalyseur. Selon l'invention, ce procédé d'analyse se caractérise en ce qu'il s'applique à 15 un monolithe métallique de catalyseur et qu'il comporte les étapes consistant à : - carotter le monolithe sur toute sa hauteur pour en extraire une carotte et une poudre issue de l'opération de carottage ; - analyser chimiquement la poudre et estimer les proportions respectives en pourcentage des différents métaux précieux présents dans la poudre. 20 Autrement dit, on procède à l'usinage du monolithe au moyen d'un outil à carotter agencé dans le mandrin d'une machine d'usinage permettant de déplacer le monolithe ou l'outil selon une direction perpendiculaire au plan sur lequel est agencé le monolithe. Une telle machine peut se présenter sous la forme d'une 25 perceuse à colonne ou également d'une fraiseuse ou même d'un centre d'usinage. De cette opération de carottage, on extrait du monolithe une carotte et une poudre qui est représentative de la composition du monolithe en métaux précieux sur toute sa hauteur. 10 30 Par ailleurs, on procède ensuite à l'analyse chimique de la poudre de manière a identifier les proportions respectives en pourcentage des différents métaux précieux. Avantageusement, ce procédé d'analyse peut comporter une étape consistant à peser la carotte et la poudre pour déterminer la masse totale de la portion carottée du monolithe. Le pesage de la poudre peut être réalisé au moyen d'un pilulier préalablement taré. La carotte peut, quant à elle, être pesée par une balance classique. On procède alors à la somme des masses de la poudre et de la carotte, ce qui correspond à la masse de la portion carottée du monolithe. En pratique, le procédé d'analyse peut comporter une étape consistant à 15 calculer les proportions respectives en masse des différents métaux précieux présents dans ladite portion carottée du monolithe. Pour ce faire, on multiplie les proportions en pourcentage des différents métaux précieux présents dans la poudre par la masse totale de la portion carottée. 20 On obtient alors la proportion en masse des différents métaux précieux contenus dans la portion carottée. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé d'analyse peut également comporter une étape consistant à déterminer le volume de la portion carottée du 25 monolithe. Ainsi, il est nécessaire de mesurer le diamètre de la portion carottée dans le monolithe qui correspond au diamètre du trou cylindrique formé par l'opération de carottage. Ce diamètre permet de calculer alors l'aire circulaire de l'orifice de la 30 portion carottée et en multipliant cette aire par la hauteur du monolithe, on obtient la valeur du volume de la portion carottée. Avantageusement, le procédé d'analyse peut comporter une étape consistant à calculer la masse volumique totale des métaux précieux présents dans le monolithe. Pour cela, on ajoute les proportions respectives en masse des différents métaux précieux calculés pour la portion carottée, puis on divise cette somme par le volume de cette portion carottée précédemment calculée. Cette masse volumique totale des métaux précieux présents dans le monolithe est également désigné par le terme de charge, et permet de répertorier dans différentes classes les monolithes métalliques. En pratique, l'analyse chimique peut comporter une étape consistant à réduire la poudre à l'état liquide au moyen d'un acide. Cette étape est également appelée minéralisation de l'échantillon formé par la poudre et peut être nécessaire pour l'analyse ICT (Inductively Coupled Plasma) qui est une méthode spectrophotométrique pour des solutions où un plasma argon haute température est utilisé pour limiter les effets de matrice et assurer un étalonnage linéaire. Selon un mode de réalisation particulier, l'opération de carottage peut être réalisée avec un outil en graphite. Un tel outil est suffisamment résistant pour usiner le substrat métallique du monolithe en générant une poudre aisément minéralisable par attaque acide. Un tel outil présente également une faible usure ce qui permet de réaliser différents carottage avec un même outil. Avantageusement, la poudre de l'opération de carottage peut être recueillie sur un support disposé au-dessous du monolithe. Ce support peut notamment se présenter sous la forme d'une feuille de papier disposée sur le plateau de la machine d'usinage avant la mise en place du 30 monolithe. Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien du mode de réalisation qui suit, donné à titre indicatif mais non 5 limitatif, à l'appui des figures dans lesquelles : La figure 1 est une figure en perspective d'une machine d'usinage permettant de procéder au carottage du monolithe ; 10 La figure 2 est une vue en perspective du monolithe une fois carotté ; Les figures 3 et 4 sont des vues en perspectives des portions des monolithes extraites sous forme d'une carotte d'une part, et d'une poudre d'autre part. 15 Manières de réaliser l'invention Comme déjà évoqué, l'invention concerne un procédé d'analyse d'un monolithe métallique de catalyseur. Un tel procédé met en oeuvre une machine permettant de réaliser un carottage du monolithe. Tel que le représente la figure 1, la machine peut se présenter sous la forme d'une perceuse colonne 7 comportant un mandrin de serrage dans lequel un outil 5 est agencé. Cet outil 5 peut être déplacé en translation selon une direction perpendiculaire à une table 11 avec laquelle le monolithe 1 est solidarisé. Préalablement à la mise en place du monolithe 1 sur la table 11, on positionne un support 6 qui peut notamment se présenter sous la forme d'une feuille de papier. 30 On place alors le monolithe 1 sur le support 6 puis on bride le monolithe 1 sur la table 11 au moyen de tiges filetées et de plaques percées 8, 18. Des écrous non représentés permettent alors de procéder au serrage et au maintien en position du monolithe 1 sur la table 11. 20 25 Une fois le monolithe 1 bridé sur la table 11, on fait alors descendre l'outil en graphite 5 et on transperce de part en part le monolithe sur toute sa hauteur. Tel que représenté à la figure 2, l'opération de carottage laisse une portion 5 carottée 4 dans le monolithe 1. Cette portion carottée 4 présente donc un volume cylindrique de diamètre D et de hauteur H. Tel que représenté à la figure 3, l'opération de carottage permet d'extraire une carotte 2 également cylindrique de hauteur H mais de diamètre d inférieur à D. 10 Tel que représenté à la figure 4, l'opération de carottage permet également d'extraire une poudre 3 qui vient se déposer sur le support 6 une fois l'opération de carottage terminée. La masse de la portion carottée 4 est obtenue en additionnant la masse de la carotte 2 et de la poudre 3. L'analyse de la poudre 3 permet de calculer 15 les proportions des différents métaux précieux contenus dans le monolithe 1, et ce sur toute sa hauteur H. En rapportant les proportions en pourcentage des différents métaux précieux contenus dans la poudre au volume et à la masse de la portion carottée 4, on peut ensuite calculer la charge du monolithe 1 qui correspond à la masse volumique total des différents métaux précieux contenus dans la portion 20 carottée et donc, dans le monolithe. Il ressort de ce qu'il précède qu'un procédé d'analyse conforme à l'invention présente de multiples avantages et notamment : 25 - il permet d'être représentatif sur toute la hauteur du monolithe ; -il permet d'utiliser une méthode d'analyse chimique dont la mise en oeuvre est simple à réaliser ; - il ne nécessite pas un appareillage complexe pour procéder à l'extraction d'un échantillon dans un monolithe entier ; 30 - il est peu onéreux à réaliser et la précision des mesures réalisées est relativement fiable. REVENDICATIONS 1/ Procédé d'analyse d'un monolithe métallique (1) de catalyseur comportant les étapes consistant à : - carotter le monolithe (1) sur toute sa hauteur (H) pour en extraire une carotte (2) et une poudre (3) issue de l'opération de carottage ; - analyser chimiquement ladite poudre (3) et estimer les proportions respectives en pourcentage des différents métaux précieux présents dans la poudre (3). 2/ Procédé d'analyse selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à peser la carotte (2) et la poudre (3) pour déterminer la masse totale de la portion carottée (4) du monolithe (1). 3/ Procédé d'analyse selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à calculer les proportions respectives en masse des différents métaux précieux présents dans ladite portion carottée (4) du monolithe (1) 4/ Procédé d'analyse selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une 20 étape consistant à déterminer le volume de ladite portion carottée (4) du monolithe (1). 5/ Procédé d'analyse selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à calculer la masse volumique totale des métaux 25 précieux présents dans le monolithe. 6/ Procédé d'analyse selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'analyse chimique comporte une étape consistant à réduire la poudre (3) à l'état liquide au moyen d'un acide. 7/ Procédé d'analyse selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de carottage est réalisée avec un outil en graphite (5). 308/ Procédé d'analyse selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poudre de l'opération de carottage est recueillie par un support (6) disposé en dessous du monolithe (1). 10 15 20 25 30