Gli analizzatori XRF portatili hanno un ruolo importante nell'ambito del riciclaggio di catalizzatori di automobili.
Per comprendere la valenza degli analizzatori XRF per il riciclaggio di catalizzatori di automobili, è necessario iniziare da una breve descrizione del convertitore catalitico di automobili denominato catalizzatore di automobili e dalle sue funzioni.
In sintesi lo scopo di un convertitore catalitico di automobile è quello di ridurre gli inquinanti emessi nell'atmosfera attraverso il sistema di scarico del veicolo. È possibile raggiungere questo risultato mediante un catalizzatore (un substrato che accelera una reazione chimica) in grado di trasformare i gas inquinanti, fuoriusciti dal sistema di scarico, in gas meno inquinanti.
Un catalizzatore di automobili è un cilindro con struttura a nido d'ape rivestito con uno strato di platino (Pt), palladio (Pd) e rodio (Rh), noti anche come metalli del gruppo del platino (PGM - platinum group metals). I residui incombusti all'interno del sistema di scarico come monossido di carbonio (CO), idrocarburi (CH) o ossidi di azoto (NO), passano attraverso i cilindri con struttura a nido d'ape rivestiti di PGM e vengono ossidati e neutralizzati dall'ossigeno nel gas di scarico.
Cosa sta dando impulso al riciclaggio dei catalizzatori di automobili?
I catalizzatori di automobili sono diventati una parte indispensabile dei veicoli a motore a combustione interna. La durata media di un catalizzatore di automobile dipende da diversi fattori come la qualità del carburante e del volume dei cilindri del motore. In genere ha una durata di vita di 100 000 km (circa 62 000 miglia).
Attraverso un trattamento ottimale dei catalizzatori di automobili possiamo offrire una seconda vita ai PGM presenti in essi. Effettuando una cernita e un trattamento corretti dei catalizzatori esausti, i PGM possono essere riciclati e riusati in altri processi di produzione. Inoltre il riciclaggio di catalizzatori di automobili è economicamente redditizio e importante per rispettare gli standard ambientali.
Il platino e il palladio sono due degli elementi più efficaci per la neutralizzazione delle emissioni nocive. Sebbene il platino e il palladio siano usati in industrie diverse da quelle della produzione di automobili (es: produzione di gioielli), la maggior parte del platino e del palladio prodotto attualmente viene utilizzato per realizzare i catalizzatori di automobili.
Con l'adozione degli standard sulle emissioni e sui carburanti (China VI, Tier 3, Euro 6d e Bharat Stage VI), la domanda di PGM continuerà a crescere e a dare impulso al riciclaggio dei catalizzatori di automobili.
Dal punto di vista della protezione ambientale, il riciclaggio di catalizzatori esausti di automobili è molto meno pericoloso rispetto all'estrazione dei metalli del gruppo del platino nell'ambito dell'attività mineraria. Inoltre il palladio è in genere un sottoprodotto degli impianti di trattamento dei minerali e la sua estrazione è molto inefficiente.
In quale modo gli analizzatori portatili XRF semplificano il riciclaggio dei catalizzatori di automobili?
Senza un'apparecchiatura speciale, è impossibile determinare velocemente la quantità di PGM nei catalizzatori di automobili. Questo rappresenta un impedimento al processo di recupero PGM. I controlli a fluorescenza a raggi X (XRF) rappresentano una soluzione a questa problematica. Infatti l'XRF è un collaudato metodo analitico usato nel recupero dei catalizzatori di automobili.
Molti operatori addetti al riciclaggio si affidano agli analizzatori XRF portatili per una veloce e semplice analisi di catalizzatori di automobili. Il nostro analizzatore XRF portatile Vanta™ può fornire in pochi secondi le quantità di platino, rodio e palladio presenti nel catalizzatore.
Analizzatori XRF portatili Vanta
Gli analizzatori Vanta possono inoltre analizzare gli elementi che spaziano dal magnesio (Mg) all'uranio (U) [nell'ordine della tavola periodica degli elementi), visualizzando fino a 45 elementi. Gli elementi di interesse per il riciclaggio di catalizzatori di automobili includono:
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Tutti questi elementi sono definiti in modo prioritario e inclusi nel metodo personalizzato per catalizzatore di automobili dell'analizzatore Vanta. Naturalmente è sempre possibile analizzare altri elementi dal Mg all'U.
Usando l'analizzatore XRF Vanta, gli operatori addetti al riciclaggio possono classificare i catalizzatori di automobili in modo da scegliere un ottimale metodo di estrazione dei PGM e determinare un corretto prezzo di recupero. L'analizzatore può essere usato in combinazione con sistemi di macinazione, miscelatori e bilance, rendendolo uno strumento essenziale per il riciclaggio di catalizzatori di automobili.
Inoltre l'analizzatore Vanta aiuta a prevenire le frodi. Rileva gli elementi che possono essere aggiunti ai materiali per incrementare in modo fraudolento il valore dei metalli preziosi.
Con lo sviluppo del settore del riciclaggio di catalizzatori di automobili, è aumentato il numero di truffatori che hanno provato a vendere catalizzatori esausti di automobili al maggior prezzo possibile. Un metodo usato comunemente per incrementare in modo fraudolento il valore dei catalizzatori di automobili consiste nell'aggiungere additivi contenenti piombo (Pb). I metodi più sofisticati di contraffazione prevedono l'aggiunta di tantalio (Ta) o selenio (Se) alla combinazione di elementi, in modo da simulare il picco del platino (Pt) nello spettro XRF.
Inoltre possono verificarsi degli errori senza intenti fraudolenti. Uno strumento XRF portatile che non è stato calibrato in maniera professionale può scambiare il tungsteno (W) con il platino (Pt) nel filtro antiparticolato (DPF - diesel particulate filter) Questo errore risulta comune. L'analizzatore Vanta può permettere di evitare questi errori e frodi grazie alla sua eccezionale calibrazione.
Per raggiungere dei risultati precisi e rappresentativi, come si preparano i campioni dei convertitori catalitici ?
Esempio di un campione di struttura a nido d'ape di catalizzatore di automobile (a sinistra) e risultati preliminari della concentrazione (ppm) in superficie del palladio (Pd) [a destra] per semplificare le classificazioni complesse
La preparazione di campioni è una fase importante di un'analisi XRF precisa. Quando si riciclano catalizzatori di automobili, vengono in genere preparati due tipi di campioni: campioni integri di strutture a nido d'ape (interi o frazioni) e campioni di strutture a nido d'ape polverizzate.
I rivestimenti di PGM sulle strutture a nido d'ape sono spesso non uniformemente distribuite. Di conseguenza questi campioni possono fornire solamente risultati di analisi preliminari per classificare i catalizzatori di automobili o identificare "catalizzatori di automobili svuotati" dove i PGM sono già stati rimossi.
Per classificare i catalizzatori di automobili per la purificazione o la produzione in serie e ottenere dei risultati rappresentativi, è necessario aggiungere delle fasi supplementari al processo di preparazione dei campioni. In generale consigliamo il seguente metodo:
- Classificazione approssimativa per tipologia
- Macinatura per tipo (è importante rendere la distribuzione delle dimensioni delle particelle il più uniforme possibile)
- Omogenizzazione
- Campionamento (se necessario, può essere usata una pressa)
Inoltre assicurarsi di verificare attentamente l'umidità. Fluttuazioni dell'umidità superiori al 10% possono influenzare la precisione dell'analisi. Dopo il campionamento è importante effettuare la media dei risultati di 3–5 analisi, in modo da verificare l'omogeneità.
Quali modelli Vanta sono ideali per l'analisi dei catalizzatori di automobili?
Sono disponibili diversi modelli Vanta per il riciclaggio di catalizzatori di automobili. I modelli differiscono in base a tre caratteristiche:
- Velocità di analisi
- Sensibilità
- Capacità di rilevare elementi leggeri come magnesio (Mg), alluminio (Al), silicio (Si), fosforo (P) e zolfo (S)
Per esempio, il modello Vanta L rappresenta un analizzatore conveniente per la classificazione dei catalizzatori. L'analizzatore integra un rilevatore PIN, pertanto non può rilevare elementi più leggeri dell'alluminio. I tempi di analisi medi dell'analizzatore Vanta L sono pari a circa 40–60 secondi.
Invece i modelli Vanta C e M utilizzano un rilevatore SDD (silicon drift detector) per rilevare elementi più leggeri. Questo risulta utile per determinare il contenuto di carburo di silicio (SiC) e per controllare il contenuto di zolfo (S). I tempi di analisi medi di questi analizzatori sono pari a circa 15–20 secondi, quindi tre volte più efficienti rispetto agli analizzatori dotati di rilevatori PIN.
I risultati e gli errori del palladio (in ppm) nella seguente tabella evidenziano queste differenze. I risultati di misura dell'analizzatore Vanta M ottenuti in 5 secondi sono simili a quelli dell'analizzatore Vanta L ottenuti in 60 secondi.
Confronto dei risultati e degli errori di analisi del palladio (Pd) tra gli analizzatori L e M con illustrazione di una tipica precisione in funzione del tempo di misura
Quali caratteristiche dell'analizzatore XRF Vanta lo rendono adatto per il riciclaggio dei catalizzatori di automobili?
Ripetibilità dei risultati: Integrando la Axon Technology™ ogni analizzatore Vanta possiede un elevato grado di ripetibilità, pertanto è possibile ottenere gli stessi risultati anche cambiando strumento o effettuando nuovamente l'analisi.
Personalizzabile: I substrati dei catalizzatori possono variare di composizione in diverse aree, in funzione delle normative locali relative alle emissioni. È possibile adattare facilmente l'analizzatore a diversi substrati di catalizzatori mediante i personalizzati Fattori Utente, in modo da migliorare la precisione di analisi.
Opzioni del tubo a raggi X: È possibile scegliere tra i tubi a raggi X con anodo all'argento, al tungsteno o al rodio. Notare che i tubi a raggi X per target di tungsteno e argento sono ideali per l'analisi dei catalizzatori di automobili. La ragione per cui non sono preferiti i tubi al rodio è che esistono dei corrispondenti specifici picchi nello spettro quando si utilizzano tubi a raggi X con un target di rodio.
Ampia area di misura: L'ampia area di misura dell'analizzatore Vanta permette l'analisi di una grande superficie, migliorando la precisione durante l'analisi di campioni integri e polverizzati.
Robustezza: Il recupero dei catalizzatori rappresenta un processo polveroso. Il grado di protezione IP55/54 per la protezione dalla polvere e dall'umidità facilita il mantenimento dell'analizzatore in condizioni operative. Gli analizzatori Vanta sono durevoli e includono una garanzia completa di 3 anni per mantenere basso il costo di proprietà.
Accessori XRF: Nei processi di produzione, la workstation Vanta trasforma l'analizzatore Vanta in un analizzatore XRF da banco in grado di permettere un'analisi agevole e a mani libere. L'utilizzo dell'analizzatore da banco è ideale per le analisi finali dei campioni prima di procedere al processo di raffinazione nell'impianto di riciclaggio o nella fonderia per il recupero dei PGM.
Workstation Vanta
Supporto delle procedure dell'Industria 4.0: L'analizzatore Vanta possiede la connettività di rete e supporta la tecnologia Cloud. I dati XRF possono essere trasmessi direttamente a un sistema ERP senza l'intervento dell'utente.
Rilevamento di elementi leggeri: Con il rapido sviluppo del riciclaggio di catalizzatori di automobili, gli impianti di purificazione rendono più rigorosi i requisiti per i materiali in ingresso. Il contenuto di carburo di silicio (SiC) e di zolfo (S) sta assumendo una crescente importanza nel calcolo del costo dei materiali in ingresso. Di conseguenza gli analizzatori con i rilevatori SDD (silicon drift detector) per il rilevamento di elementi leggeri sta diventando un'opzione preferenziale per l'analisi dei catalizzatori di automobili.
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