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汽车尾气排放催化剂：铂族金属的回收 ? 1、 汽车催化剂中的贵金属90年代以来发达国家在汽车上开始广泛安装尾气控制系统，其中大多数使用的是三元或称三（效）催化剂，用来将CO、未燃尽的碳氢化物（HC）及氧化氮（NOx）转变为无毒的CO2、水和氮。目前所用三元催化剂多由蜂窝型载体（堇青石）及活化涂层（以γ-Al2O3 为铂、铑或钯的担体）构成。每辆车贵金属的用量约为1至2g，依车型及发动机类别而定。大多数催化剂的铂∶铑用量比为5∶1，每kg催化剂铂的用量为1.5g，但近年来为降低成本，贵金属催化剂正向全钯催化剂的方向发展。铂的作用是把碳氢化物转变为水和CO2及造成汽车的快速启动，而铑的作用则在于转变NOx成氮。目前世界汽车的保有量为6.5亿辆，其中至少有3亿辆安装了不同形式的排放控制系统，在这3亿多辆汽车中约70%安装的是三元催化剂。据此可知汽车催化剂中铂族金属的总用量约在50~60t之间。数量之大十分可观，因此从废汽车催化剂中回收贵金属为解决资源不足的主要途径。2、 废汽车催化剂的处理处理块状蜂窝催化剂的前期准备工作，因催化剂的不均匀特性及规格，而颇为复杂。首先须将此类材料破碎并进行研磨。然后将细粉状的产物混合，以达到使材料均匀化的目的，并取得有代表性的样品。在大多数情况下，对这类含贵金属的物料不进行交易，但可向顾主承接有偿熔炼。当拿到贵金属含量的分析结果及经顾主核准之后，即可进行再生。目前，再生的方法有两种，即湿法和火法。3、 湿法回收用硫酸或于压力下用氢氧化钠在碱性介质内进行分解，使载体溶解。溶解后贵金属留在残渣内，再用氯气和盐酸浸出，使铂族金属进入溶液。在碱法中，所含SiO2不溶解全部留下来，从而妨碍了对贵金属的进一步加工处理。用这类方法再生块状载体并不可取，因为在催化剂有效使用期间γ-Al2O3已转变为不溶的α- Al2O3。而另一方面，各种溶解贵金属的方法及贵金属的回收率有较大的变化幅度，这些都是众所周知的，例如用盐酸和氯气、盐酸和硝酸或盐酸和过氧化氢等溶解方法。所有这些方法的主要问题之一，就在于很难将铂族金属与有色金属在稀溶液实现分离。这些方法的回收率，尤其是铑的回收率不能令人满意。湿法冶金再生过程的负面效应可归纳如下：① 废水数量过大；② 浸出过的载体扔弃后有待堆放；③ 损失贵金属；④ 铝酸盐母液硫酸铝溶液不易利用。它们的优点是：工作温度低；在贱金属含量低的情况下贵金属含量易于监控并且沉淀过程易于进行。4、 火法回收通常火法回收汽车尾气催化剂涉及陶瓷载体的熔炼同时与贵金属在金属捕收剂内的富集。载体在不损失贵金属的情况下形成熔渣，对该过程至关重要。氧化铝颗粒的熔点过于高（大约2000℃）是个大问题。因此，对这类材料只能加入助熔剂或采取极高的熔融温度进行造渣。一般考虑使用铜、镍、铅和铁作铂族金属的可能捕收剂。选用的依据是加工过程及其后的湿法化学阶段的难易。用硫酸浸出法将贵金属—铂、钯、铑与金属捕收剂分开。如果选用铜作捕收剂，也可以用电解法使之分离。与湿法冶金再生废汽车催化剂相比，火法的优点要大得多：① 在金属相内富集的浓度高；② 贵金属回收率高；③ 可在有色金属常用的炉型（鼓风炉、转炉）或专用装置（如电炉）内进行再生；④ 副产物或残渣的产出少。4．1 普通熔炼过程铜、镍或铅工业所用炉子的温度通常大约1300℃，因此不十分适于熔化陶瓷基汽车尾气催化剂。这种炉子用焦碳、煤气、燃油或富氧空气加热。大的熔炼厂对额外处理这类材料，肯定不存在任何问题。如果其进料量不足工厂总进料量的1%，则对熔炼过程不会产生任何影响。故而一方面，在这样大的炉子内借众所周知的冶炼方法处理含贵金属材料的真正优点是冶炼和处理进料成本低，但另一方面又存在不能以有效的回收率和高的产率回收贵金属特别是铑。铂族金属的稀释过分和造渣量过大。这种情况表明，后续的铂族金属回收与精炼等富集过程将需要更高的成本。获取纯金属是一个漫长而艰巨的过程。故而该法已被许多厂家摒弃。目前大多数精炼厂和有色金属冶金工厂采用电热高温炉，其优点是：① 规格小容量高② 造渣量小③ 其温度为特种目的所接受④ 有利于环保，排放极少此种电炉目前广泛用于炉渣净化过程、并用于处理烟道灰、熔炼矿物原料等。现将适用于再生汽车尾气净化器的某些高温炉炉型介绍如下：4．2 等离子炉其基本特点是高能密度、高温和短的熔炼时间。但高辐射强度和极高的等离子体温度（大于2000℃）使炉衬的寿命颇成问题。此外，某些美国汽车催化剂相当高的含铅量对加工和环境都造成很大麻烦。4．3 电炉其中一种特殊类型的高温炉就是浸没式电弧炉。在这种以处理高熔点氧化物材料（如铬铁矿、氧化镍等）为特长的电炉内，以加入料为底电极。该法能保证以高的回收率快而完全地进行反应。电能