Recycling of precious metals from automotive catalytic converters with hydrometallurgical methods
Authors: Γιακουμής Ιάκωβος 
Published: December 2023

Όλα τα σύγχρονα οχήματα που λειτουργούν με μηχανές εσωτερικής καύσης, διαθέτουν καταλυτικά συστήματα (τριοδικούς καταλύτες για τα οχήματα καυσίμου βενζίνης ή οξειδωτικούς καταλύτες για τα οχήματα καυσίμου πετρελαίου - diesel), με στόχο να μετατρέπουν τα τοξικά αέρια του μονοξειδίου του άνθρακα (CO), των υδρογονανθράκων (HC) και των οξειδίων του αζώτου (NOx) σε μη τοξικά, χρησιμοποιώντας πλατινοειδή μέταλλα, όπως Πλατίνα, Παλλάδιο και Ρόδιο. Τα πλατινοειδή μέταλλα περιλαμβάνουν τα μέταλλα της Πλατίνας, του Παλλαδίου, του Ροδίου, του Ιριδίου, του Οσμίου και του Ρουθηνίου, τα οποία ανήκουν σε μια μεγαλύτερη κατηγορία υλικών, αυτή των κρίσιμων. Η κρισιμότητα αυτών των υλικών εξαρτάται από την επαρκή τους προσφορά και την κάλυψη της ζήτησης τους για την παραγωγή νέων αγαθών, αλλά και τη συνεισφορά που έχουν στην οικονομική ανάπτυξη της βιομηχανίας και του τρόπου ζωής μας. Η μακροπρόθεσμη ζήτηση των πλατινοειδών διαφαίνεται να σημειώνει ιδιαίτερη αύξηση, λαμβάνοντας υπόψιν την βελτίωση και την ανάπτυξη νέων πράσινων τεχνολογιών, που στόχο έχουν τη συμμόρφωση με τις οδηγίες της Ευρωπαϊκής Ένωσης για αυστηρότερα όρια στις εκπομπές των καυσαερίων. Η κάλυψη αυτών των αναγκών θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί είτε με αύξηση του ρυθμού εξόρυξης αυτών των μεταλλευμάτων είτε με την ανακύκλωση συσκευών/υλικών μετά το τέλος ζωής τους, ανακτώντας τις απαιτούμενες ποσότητες πολυτίμων μετάλλων. Καθώς η διαδικασία και οι μέθοδοι της εξόρυξης είναι πολύ κοστοβόρες και ενεργοβόρες, ενώ ταυτόχρονα παράγονται δυσανάλογα μεγάλοι όγκοι αποβλήτων σε σχέση με τη συγκέντρωση των μεταλλευμάτων, η ανακύκλωσης αποφαίνεται πιο οικονομικά συμφέρουσα και περιβαλλοντικά φιλική. Για παράδειγμα, τα μεταλλεύματα των πλατινοειδών της Νοτίου Αφρικής, η οποία είναι από τους κύριους εξαγωγείς Pt, παγκοσμίως, διαθέτουν μόλις 2-6g/t πολυτίμων μετάλλων, ενώ ένας απενεργοποιημένος καταλύτης αυτοκινήτου, περιέχει 2000g/t πολυτίμων μετάλλων, καθιστώντας τους ιδιαίτερα ελκυστική λύση για την εξαγωγή πολυτίμων μετάλλων. Στη παρούσα εργασία παρουσιάζεται ένα ολοκληρωμένο βιομηχανικό μοντέλο κυκλικής οικονομίας σύμφωνα με το οποίο περιγράφεται η χρήση των πολυτίμων μετάλλων τα οποία έχουν ανακτηθεί από δευτερεύουσες πηγές και πρόκειται να χρησιμοποιηθούν στην παραγωγή νέων υλικών, εξίσου αποδοτικών με αυτά εξ ων ανακτήθηκαν. Τα επιμέρους χαρακτηριστικά βήματα τα οποία συνθέτουν το κυκλικό μοντέλο περιγράφονται λεπτομερώς σε κάθε κεφάλαιο που ακολουθεί. Στα κεφάλαια που ακολουθούν αναλύονται τα βήματα της προ-επεξεργασίας των πηγών που περιέχουν τα πολύτιμα μέταλλα, θα περιγραφούν και μέθοδοι με τις οποίες γίνεται η εξαγωγή των μετάλλων (leaching) σε μορφή αλάτων του χλωρίου, η μετατροπή τους σε νιτρικά άλατα (όπου απαιτείται), η εναπόθεση τους σε νέα υποστρώματα και τέλος η δημιουργία νέων υλικών καθώς και η αξιολόγηση τους όσον αφορά στην καταλυτική τους ενεργότητα. Παράμετροι που επηρεάζουν την απόδοση της ανάκτησης των πλατινοειδών μετάλλων, όπως το είδος διαλυτών, τα οξειδωτικά μέσα, ο χρόνος ανάδευσης και η θερμοκρασία, μελετήθηκαν συζητούνται εκτενώς. Η υδρομεταλλουργική μέθοδος που αναπτύχθηκε, χρησιμοποιήθηκε για την ανάκτηση πολυτίμων μετάλλων από απενεργοποιημένους καταλυτικούς μετατροπείς αυτοκίνητων (τόσο μικρών οχημάτων – τριοδικοί καταλύτες – όσο και βαρέων οχημάτων – οξειδωτικοί καταλύτες) και πολυμερικές ηλεκτρολυτικές μεμβράνες από κελιά καυσίμου (Fuel Cells) και συσκευές παραγωγής υδρογόνου (electrolyzers). Τέλος, το μοντέλο της κυκλικής οικονομίας συμπληρώνεται με την παρασκευή νέων υλικών, τόσο τριοδικών όσο και οξειδωτικών καταλυτικών μετατροπέων και την αξιολόγηση της καταλυτικής τους ενεργότητας αναφορικά με τους καταλύτες πρώτης τοποθέτησης. Επιπλέον, πραγματοποιείται η ανάλυση της αγοράς για την παρασκευή καταλυτικών μετατροπέων εξ’ ολοκλήρου από ανακυκλωμένα μέταλλα.