Při recyklaci automobilových katalyzátorů hrají hlavní roli ruční analyzátory s technologií rentgenové fluorescenční spektrometrie (XRF analyzátory).
Abychom pochopili, proč jsou XRF analyzátory pro recyklaci automobilových katalyzátorů tak vhodné, je nutné nejdříve začít stručným popisem automobilového katalyzátoru (někdy též katalyzátor výfukových plynů či katalytický konvertor) a jeho funkce.
Ve zkratce: automobilový katalytický konvertor slouží ke snížení množství znečišťujících látek vypouštěných z výfuku automobilu do ovzduší. Tohoto účinku dosahuje pomocí katalyzátoru – substrátu, který urychluje chemickou reakci přeměňující škodlivé plyny z výfukového systému na méně znečišťující plyny.
Automobilový katalyzátor je válec s šestihrannou vnitřní strukturou, podobnou včelím plástvím, potažený vrstvou platiny (Pt), palladia (Pd) a rhodia (Rh), kovy známými též jako kovy platinové skupiny (PGM). Nespálené zbytky vypouštěné z vozidla jako oxid uhelnatý (CO), uhlovodíky (CH) či oxidy dusíku (NO) procházejí šestihrannými válci potaženými kovy PGM a jsou oxidovány a neutralizovány kyslíkem obsaženým ve výfukovém plynu.
Co pohání recyklaci automobilových katalyzátorů?
Automobilové katalyzátory se staly nepostradatelnou součástí automobilů s motory s vnitřním spalováním. Průměrná životnost automobilových katalyzátorů závisí na několika faktorech, například na kvalitě paliva a objemu válců motoru. Obvykle se pohybuje kolem 100 000 km (přibližně 62 000 mil).
Při správném zpracování použitých automobilových katalyzátorů můžeme kovům PGM, které jsou v nich obsaženy, zajistit druhý život. Správným tříděním a zpracováním použitých katalyzátorů lze kovy platinové skupiny recyklovat a v budoucnu při výrobě znovu použít. Recyklace automobilových katalyzátorů je navíc jak ekonomicky výnosná, tak i důležitá z hlediska plnění požadavků norem na ochranu životního prostředí.
Platina a palladium jsou dva prvky, které patří z hlediska neutralizace škodlivých emisí k těm nejúčinnějším. I když se platina a palladium používají také v jiných oborech, než je automobilový průmysl (např. při výrobě šperků), v současnosti je naprostá většina vyprodukované platiny a palladia použita k výrobě automobilových katalyzátorů.
S přijetím norem týkajících se emisí a paliv (China VI, Tier 3, Euro 6d a Bharat Stage VI) bude poptávka po kovech platinové skupiny stále narůstat a pohánět recyklaci automobilových katalyzátorů.
Z pohledu ochrany životního prostředí je recyklace použitých automobilových katalyzátorů mnohem méně nebezpečná než získávání kovů platinové skupiny těžbou. Navíc palladium je obecně vedlejším produktem zpracování nerostných surovin a jeho extrakce je velmi neefektivní.
Jak při recyklaci automobilových katalyzátorů pomáhají ruční XRF analyzátory?
Bez speciálního vybavení je nemožné rychle určit množství kovů PGM obsažených v automobilovém katalyzátoru – tím vzniká v procesu zpětného získávání kovů PGM překážka. A tady přichází na řadu zkoušení založené na principu rentgenové fluorescenční spektrometrie (XRF). XRF je osvědčená analytická metoda používaná k zpětnému získávání materiálů z automobilových katalyzátorů.
Mnoho společností zabývajících se recyklací spoléhá na přenosné XRF přístroje, kterými lze provádět rychlou a spolehlivou analýzu katalyzátorů. Náš ruční XRF analyzátor Vanta™ poskytuje informace o množství platiny, rhodia a palladia obsažených v katalyzátoru během několika sekund.
Ruční XRF analyzátory Vanta
Analyzátor Vanta dokáže analyzovat také prvky v rozsahu od hořčíku (Mg) po uran (U) (v pořadí podle periodické tabulky prvků), je tak schopen zobrazit až 45 prvků. Při recyklaci automobilových katalyzátorů patří mezi zájmové prvky:
|
|
V metodě analyzátoru Vanta uzpůsobené pro automobilové katalyzátory jsou všechny tyto prvky zahrnuty a patřičně prioritizovány. Samozřejmě můžete i nadále analyzovat další prvky od Mg po U.
Společnosti zabývající se recyklací mohou pomocí XRF analyzátoru Vanta kategorizovat automobilové katalyzátory tak, aby mohli vybrat optimální způsob extrakce kovů PGM a určit přiměřenou cenu zpětného získání. Analyzátor lze používat v kombinaci s drtiči, mísiči a váhami, což z něj činí zcela zásadní nástroj pro recyklaci automobilových katalyzátorů.
Analyzátor Vanta také pomáhá jako nástroj pro předcházení padělání. Detekuje prvky, které by mohly být do materiálu katalyzátoru přidány za účelem falešného navýšení hodnoty obsažených drahých kovů.
S rostoucím odvětvím recyklace automobilových katalyzátorů roste i počet podvodníků, kteří se pokouší prodávat použité automobilové katalyzátory za co nejvyšší možnou cenu. Častým způsobem falešného navýšení hodnoty automobilového katalyzátoru je přidání aditiv obsahujících olovo (Pb). Důmyslnějšími způsoby klamání jsou přidání tantalu (Ta) nebo selenia (Se) do směsi, které simulují pík platiny (Pt) ve spektru rentgenové fluorescence.
K chybě však může dojít i bez nekalého záměru. Přenosný XRF přístroj, který nebyl odborně zkalibrován, může ve filtru pevných částic (DPF) zaměnit wolfram (W) za platinu (Pt). K této chybě dochází často. Analyzátor Vanta dokáže těmto chybám a falešnému navýšení hodnoty zamezit, a to díky své jedinečné kalibraci.
Jak připravujete vzorky z katalytických konvertorů, abyste získali přesné a reprezentativní výsledky?
Příklad kusu katalyzátoru se strukturou podobnou včelím plástvím (vlevo) a předběžné výsledky povrchové koncentrace palladia (Pd) (ppm) (vpravo), které napomáhají hrubému roztřídění
Příprava vzorku je důležitou součástí přesné XRF analýzy. Při recyklaci automobilových katalyzátorů se obvykle připravují dva typy vzorků: kusové objemové vzorky se strukturou podobnou včelím plástvím (celé nebo dělené) a práškové vzorky.
Povlak obsahující kovy PGM je na struktuře tvaru včelích pláství často rozložen nerovnoměrně. V důsledku tak tyto vzorky mohou poskytnout pouze předběžné výsledky zkoušky sloužící k zatřídění automobilových katalyzátorů nebo k identifikování „prázdných“ katalyzátorů, ze kterých byly kovy PGM již odstraněny.
Pro zatřídění automobilových katalyzátorů pro účely čištění nebo sériové výroby je k získání reprezentativních výsledků zapotřebí provést ještě další kroky přípravy vzorků. Obecně doporučujeme následující postup:
- Hrubé roztřídění podle typu
- Nadrcení (namletí) podle typu (je důležité dosáhnout co nejrovnoměrnějšího rozdělení velikosti částic)
- Homogenizace
- Vzorkování (podle potřeby je možné použít lis)
Navíc je nutné důsledně sledovat vlhkost. Kolísání vlhkosti vyšší než 10 % může ovlivnit přesnost analýzy. Po vzorkování je důležité provést 3–5 zkoušek a výsledky zprůměrovat, aby takto byla monitorována homogenita materiálu.
Které modely Vanta jsou pro analýzu automobilových katalyzátorů ideální?
Pro recyklaci automobilových katalyzátorů nabízíme několik modelů analyzátoru Vanta. Tyto modely se liší třemi základními vlastnostmi:
- Rychlost provedení analýzy
- Citlivost
- Schopnost detekovat lehké prvky, jako je hořčík (Mg), hliník (Al), křemík (Si), fosfor (P) a síra (S)
Například model Vanta L je nákladově nejefektivnější analyzátor pro třídění katalyzátorů. Analyzátor je vybaven PIN detektorem, nemůže tak detekovat prvky lehčí než titan. Průměrná doba provedení analýzy analyzátorem Vanta L je přibližně 40–60 sekund.
Naproti tomu modely Vanta C a M používají křemíkový driftový detektor (SDD) a mohou tak detekovat i lehčí prvky. To je užitečné při určování obsahu karbidu křemíku (SiC) a kontrolování obsahu síry (S). Průměrná doba provedení této zkušební analýzy je přibližně 15–20 sekund – to je 3x efektivnější než v případě analyzátorů opatřených PIN detektorem.
Tyto rozdíly ukazuje tabulka níže, ve které jsou uvedeny výsledky a chyby stanovení obsahu palladia (v ppm). Výsledky měření analyzátorem Vanta M provedené během 5 sekund jsou podobné výsledkům získaným analyzátorem Vanta L během 60 sekund.
Srovnání výsledků a chyb zkoušky na obsah palladia (Pd) provedené analyzátorem Vanta L a analyzátorem Vanta M, ukazující typickou přesnost při srovnání s dobou měření
Které vlastnosti XRF analyzátorů Vanta činí z tohoto analyzátoru nástroj vhodný k použití při recyklaci automobilových katalyzátorů?
Opakovatelnost výsledků: Všechny analyzátory Vanta jsou opatřeny zabudovanou elektronikou Axon Technology™ a vyznačují se vysokým stupněm opakovatelnosti, takže získáte stejné výsledky zkoušek provedených různými přístroji i stejné výsledky při srovnání mezi zkouškami provedenými jedním přístrojem.
Přizpůsobitelnost: Substrát katalyzátorů se může v různých regionech lišit, a to v závislosti na místních regulatorních předpisech vztahujících se na emise. Analyzátor můžete snadno přizpůsobit různým substrátům katalyzátorů pomocí uživatelské funkce User Factors (Uživatelské faktory), která slouží ke zlepšení přesnosti zkoušky.
Možnosti provedení rentgenové trubice: Můžete si vybrat z rentgenek s anodou ze stříbra, wolframu nebo rhodia. Pro analýzu automobilových katalyzátorů jsou ideální rentgenky s wolframovou i stříbrnou destičku. Důvodem, proč nejsou upřednostňovány rentgenky s rhodiem, je to, že při použití rentgenek s rhodiovou destičkou se ve spektru objevují korespondující charakteristické píky.
Velké okénko pro měření: Velké okénko analyzátorů umožňuje provádět analýzu velké povrchové plochy a zlepšuje přesnost dosahovanou během zkoušení, a to jak u nerozdrcených, tak i u namletých vzorků.
Robustnost: Zpětné získávání materiálů z katalyzátorů je prašný proces. Stupeň krytí IP55/54 k ochraně před vniknutím prachu a vody pomáhá udržovat analyzátor v dobrém provozním stavu. Analyzátory Vanta jsou odolné a vztahuje se na ně komplexní záruka se záruční dobou 3 roky, což pomáhá udržet náklady na vlastnictví na nízké úrovni.
Příslušenství pro XRF: Pracovní stanice Vanta přeměňuje ve výrobním procesu analyzátor Vanta na funkční stolní nástroj XRF, který zajišťuje pohodlnou analýzu bez nutnosti použití rukou. Stolní použití je ideální pro konečnou analýzu vzorků před jejich další úpravou v recyklačním závodě nebo tavírně pro účely zpětného získání kovů PGM.
Pracovní stanice Vanta
Podporuje postupy průmyslu 4.0: Analyzátor Vanta je vybaven síťovou konektivitou a umožňuje použití technologie založené na cloudu. Data získaná technologií XRF mohou být odesílána přímo do systému ERP bez zásahu uživatele.
Detekce lehkých prvků: S rychlým nárůstem recyklace automobilových katalyzátorů zpřísňují rafinační závody své požadavky na příchozí materiál. Pro výpočet ceny příchozího materiálu se stává stále důležitějším faktorem obsah karbidu křemíku (SiC) a síry (S). V důsledku se tak oblíbenou volbou pro analýzu automobilových katalyzátorů stávají XRF analyzátory vybavené křemíkovým driftovým detektorem (SDD), umožňující detekci lehkých prvků.
Související obsah
Recyklace katalytického konvertoru: 4 rychlé tipy z oblasti XRF na analýzu kovů platinové skupiny
Webinář: Recyklace automobilových katalyzátorů pomocí ručního XRF analyzátoru Vanta
Video: Jak správně provádět zkoušení automobilového katalyzátoru pomocí ručního XRF analyzátoru
