Katalitik konvertörlerden platin grubu metallerinin geri kazanımı
Recovery of platinum group metals from catalytic converters
Yazar: ÇAĞRI EYÜBOĞLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA AKÇİL
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Katalitik konvertör, egzoz gazlarını daha az zararlı bileşenlere dönüştürmeye yardımcı olan bir egzoz emisyon kontrol cihazıdır. Özellikle otomobillerde kullanılır ve ana hedefi karbon monoksit, nitrojen oksitler ve hidrokarbonları daha az zararlı maddelere dönüştürmektir. Katalitik konvertörün içinde genellikle platinyum, paladyum ve rodyum gibi değerli metaller bulunur, bu metaller katalizör olarak görev yaparlar ve kimyasal reaksiyonları hızlandırırlar.
Katalitik konvertörlerin geri dönüşümü hem çevre hem de ekonomi için oldukça önemlidir. İçerdikleri değerli metaller nedeniyle, kullanılmış veya bozuk konvertörler değerli madde geri dönüşüm tesislerinde işleme alınabilir. Bu metaller daha sonra endüstride yeniden kullanılır. Bu geri dönüşüm süreci, doğal kaynakların israfını önler, ekonomiye geri kazandırılmasını sağlar ve çevreye olan negatif etkiyi azaltır.
Yapılan çalışmada katalitik konvertördeki PGM'lerin geri kazanımı için öncelikle öğütülüp fırında 700oC de ısıl işleme tabi tutulmuştur. Bu işlem sonunda %3,06 kütle kaybına uğramıştır. Bu işlem sonrasında 200 mesh elekten elenerek numuneler hazırlanmıştır.
Çözümlendirme deney serilerinde öncelikle HCl-H2O2 ve ardından NaClO ilavesi incelenmiştir. Optimum şartlar olan 300 rpm karıştırma hızı, 120 dakika reaksiyon süresi, 1/20 katı-sıvı oranı, 75oC sıcaklık ve 300 mg NaClO ilavesiyle platin ve paladyum için %95'in, rodyum için ise %85'in üzerinde verim elde edilmiştir.
Solvent ekstraksiyon deneylerinde paladyum için pH 2'de LIX84I ile ekstraksiyon deneyleri yapılmıştır. Bu deneylerde LIX84I konsantrasyonu etkisi ve paladyumun diğer elementler ile olan ilişkisini irdelemek için ayırma faktörü hesaplanmıştır. Bunun dışında hekzan, Belone SC ve toluen gibi çeşitli seyrelticilerin etkisi incelenmiştir. Paladyum için son olarak HCl-tiyoüre çözeltisi ile sıyırma parametreleri incelenmiştir. Bu bağlamda %0,5 LIX84I konsantrasyonu %99,2 ekstraksiyon verimi sağlamıştır. En uygun seyreltici Belone SC olarak belirlenmiştir. Sıyırma deneylerinde ise 1M HCl ve 0,5M tiyoüre ile yaklaşık %99 sıyırma verimi sağlanmıştır.
Platin solvent ekstraksiyonunda ise Aliquat 336 konsantrasyonu etkisi ve HCl-tiyoüre ile sıyırma parametreleri incelenmiştir. Yapılan deney serileri sonrasında en uygun solvent konsantrasyonunun %0,5 Aliquat 336 olarak bulunmuştur. Son olarak ise en uygun sıyırma parametresinin 1M HCl ve 0,5M tiyoüre olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
The catalytic converter is an exhaust emission control device that helps convert exhaust gases into less harmful components. It is mainly used in automobiles and its main goal is to convert carbon monoxide, nitrogen oxides and hydrocarbons into less harmful substances. The catalytic converter usually contains precious metals such as platinum, palladium and rhodium, these metals speed up chemical reactions.
Recycling of catalytic converters is very important for both the environment and the economy. Because of the precious metals they contain, used converters can be treated at precious metal recycling facilities. These metals are then reused in industry. This recycling process prevents the waste of natural resources, ensures their recovery to the economy and reduces the negative impact on the environment.
In the study, for the recovery of PGMs in the catalytic converter, they were first ground and heat treated in the furnace at 700oC. At the end of this process, it lost 3.06% mass. After this process, samples were prepared by screening through a 200 mesh sieve.
In the dissolution series, the addition of HCl-H2O2 and NaClO was investigated. The optimum conditions were 300 rpm stirring speed, 120 minutes of reaction time, 1/20 solid-liquid ratio, 75oC reaction temperature and 300 mg NaClO addition, yields over 95% for platinum and palladium and over 85% for rhodium were obtained.
In solvent extraction experiments, extraction experiments were performed with LIX84I at pH 2 for palladium. In these experiments, the separation factor was calculated to examine the effect of LIX84I concentration and the relationship of palladium with other elements. Apart from that, the effect of various diluents such as hexane, Belone SC and toluene were investigated. Finally, the stripping parameters were investigated with HCl-thiourea solution for palladium. In this context, 0.5% LIX84I concentration provided 99.2% extraction efficiency. The most suitable diluent was determined as Belone SC. In the stripping experiments, approximately 99% stripping efficiency was achieved with 1M HCl and 0.5M thiourea.
In platinum solvent extraction, the effect of Aliquat 336 concentration and stripping parameters with HCl-thiourea were investigated. After the series of experiments, the most suitable solvent concentration was found to be 0.5% Aliquat 336. Finally, it was determined that the most suitable stripping parameters were 1M HCl and 0.5M thiourea.