Os analisadores portáteis por XRF têm um papel fundamental na reciclagem de catalisadores automotivos.
Para entendermos como os analisadores por fluorescência de raios X (X-ray fluorescence, XRF) se integram ao setor de reciclagem de catalisadores automotivos, precisamos começar com uma breve descrição sobre o conversor catalítico automotivo (também conhecido por catalisador automotivo ou simplesmente catalisador) e sua função.
Resumidamente, o conversor catalítico automotivo tem como finalidade reduzir o nível de emissão de poluentes do escapamento dos veículos para a atmosfera. A fim de fazer isso, o sistema usa um catalisador (um substrato que acelera uma reação química) para transformar gases nocivos do sistema de exaustão em gases menos poluentes.
Um catalisador automotivo é um cilindro alveolado revestido com uma camada de platina (Pt), paládio (Pd) e ródio (Rh), também conhecidos como metais do grupo da platina (Platinum group metals, PGMs). Resíduos não queimados no escapamento veicular, como monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos (CH) ou óxidos de nitrogênio (NO), passam pelos cilindros alveolados revestidos com PGMs e são oxidados e neutralizados por oxigênio no gás que sai pelo escape.
O que está impulsionando a reciclagem dos catalisadores automotivos?
Os catalisadores automotivos passaram a ser uma parte indispensável dos veículos movidos a motor de combustão interna. A vida útil média de um catalisador automotivo depende de diversos fatores, como a qualidade do combustível e o volume dos cilindros do motor. Normalmente, o equipamento tem uma vida útil de 100.000 km.
Com o tratamento adequado dos catalisadores automotivos, é possível proporcionar uma segunda vida útil aos PGMs. Ao classificar e processar adequadamente os catalisadores gastos, podemos reciclar e reutilizar os PGMs nos processos de produção. Além disso, a reciclagem de catalisadores automotivos é lucrativa sob o ponto de vista financeiro e importante para a satisfação de padrões ambientais.
Platina e paládio são dois dos elementos mais efetivos na neutralização de emissões nocivas. Embora platina e paládio sejam usados em outros setores além do automotivo (p. ex., produção de joias), hoje em dia a maior parte da produção desses elementos é empregada na fabricação de catalisadores automotivos.
Com a adoção de padrões de emissão e para combustíveis (China VI, Tier 3, Euro 6d e Bharat Stage VI), a demanda por PGMs continuará crescendo e impulsionando a reciclagem de catalisadores automotivos.
Sob o ponto de vista da proteção ambiental, a reciclagem de catalisadores usados é muito menos perigosa do que a extração de PGMs por meio da mineração. Além disso, geralmente o paládio é um subproduto de instalações de processamento de minérios e tem uma extração muito ineficiente.
Como o XRF portátil ajuda na reciclagem de catalisadores automotivos?
Sem o uso de equipamento especial, é impossível determinar rapidamente a quantidade de PGMs em catalisadores automotivos, criando uma barreira para o processo de recuperação de PGM. Por ser um método analítico comprovado usado na recuperação de catalisadores automotivos, o teste por fluorescência de raios X (XRF) é indispensável nessa etapa.
Muitas empresas de reciclagem recorrem aos nossos dispositivos portáteis de XRF para obter uma análise rápida e simples dos catalisadores de automóveis. Nosso analisador portátil por XRF Vanta™ é capaz de fornecer as quantidades de platina, ródio e paládio nos catalisadores em poucos segundos.
Analisadores portáteis por XRF Vanta
O analisador Vanta também é capaz de analisar elementos que vão do magnésio (Mg) ao urânio (U) (seguindo a ordem da tabela periódica de elementos), exibindo até 45 elementos. Os elementos de interesse para a reciclagem de catalisadores automotivos incluem:
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Todos esses elementos são priorizados e incluem o método personalizado do analisador Vanta para catalisadores automotivos. Naturalmente, você também pode analisar outros elementos do Mg ao U.
Usando o analisador por XRF Vanta, as empresas de reciclagem podem categorizar os catalisadores automotivos a fim de selecionar um método ideal de extração para os PGMs e determinar um preço justo para a recuperação. É possível usar o analisador em conjunto com trituradores, misturadores e balanças, fazendo dele uma ferramenta essencial para a reciclagem de catalisadores.
O analisador Vanta também ajuda a prevenir fraudes. O equipamento detecta elementos que podem ser adicionados aos materiais do catalisador a fim de aumentar de maneira falsa seus valores de metais preciosos.
Com o crescimento do setor de reciclagem de catalisadores automotivos, a quantidade de golpistas que tentam vender catalisadores automotivos usados pelo maior preço possível vem aumentando. Um método comum para aumentar de maneira falsa o valor de um catalisador é com o uso de aditivos contendo chumbo (Pb). Métodos mais sofisticados de fraude adicionam tântalo (Ta) ou selênio (Se) à mistura visando simular o pico de platina (Pt) no espectro de XRF.
Também é possível haver erros sem más intenções. Um dispositivo portátil por XRF que não tenha sido calibrado por um profissional pode confundir o tungstênio (W) em um filtro de partículas diesel (Diesel particulate filter, DPF) por platina (Pt). Esse é um erro comum. Graças ao seu método exclusivo de calibração, o analisador Vanta pode ajudar a evitar esses erros e fraudes.
Como preparar amostras de conversores catalíticos para obter resultados precisos e representativos?
Exemplo de amostra de fragmento alveolado de catalisador automotivo (esquerda) e resultados preliminares de concentração (ppm) de paládio na superfície (direita) para auxiliar na classificação geral
A preparação da amostra é uma parte importante de uma análise precisa por XRF. Normalmente, dois tipos de amostras são preparados durante a reciclagem de catalisadores automotivos: amostras de fragmentos do elemento alveolado (integral ou partida) e amostras em pó.
Em geral, os revestimentos de PGM nas estruturas alveoladas não são distribuídos uniformemente. Como resultado, essas amostras só são capazes de fornecer um resultado preliminar para classificar catalisadores automotivos ou identificar “catalisadores vazios”, nos quais os PGMs já foram removidos.
Para a obtenção de resultados representativos, é necessário executar etapas adicionais no processo de preparação de amostra a fim de classificar os catalisadores automotivos para a fase de purificação ou produção em lote. Em geral, recomendamos o uso dos seguintes métodos:
- Classificação bruta por tipo
- Moagem por tipo (é importante distribuir o tamanho das partículas da maneira mais uniforme possível)
- Homogeneização
- Amostragem (se necessário, é possível usar uma prensa)
Além disso, não esqueça de monitorar a umidade de maneira atenta. Flutuações de umidade superiores a 10% podem afetar a precisão da análise. Após fazer a amostragem, é importante realizar de 3 a 5 testes e calcular a média dos resultados para monitorar a homogeneidade.
Quais modelos Vanta são ideais para a análise de catalisadores automotivos?
Oferecemos vários modelos Vanta para a reciclagem de catalisadores automotivos. Os modelos diferem de três maneiras cruciais:
- Velocidade de análise
- Sensibilidade
- Capacidade de detecção de elementos leves, como magnésio (Mg), alumínio (Al), silício (Si), fósforo (P) e enxofre (S)
Por exemplo, o modelo Vanta L é um analisador econômico para a classificação de catalisadores. O analisador tem um detector PIN, o que significa que ele não é capaz de detectar elementos mais leves do que o titânio. O tempo médio de análise do Vanta L varia de 40 a 60 segundos.
Por outro lado, os modelos Vanta C e M usam um detector de desvio de silício (Silicon drift detector, SDD) para detectar elementos mais leves. Isso é útil na determinação do conteúdo de carboneto de silício (SiC) e controle do conteúdo de enxofre (S). O tempo médio de teste desses analisadores varia de 15 a 20 segundos, sendo 3 vezes mais eficientes em relação aos analisadores equipados com detectores PIN.
Os resultados e erros de paládio (em ppm) na tabela abaixo mostram essas diferenças. Os resultados de medição do analisador Vanta M, obtidos em 5 segundos, são semelhantes aos resultados do analisador Vanta L, obtidos em 60 segundos.
Comparação de resultados e erros de teste com paládio (Pd) entre os analisadores Vanta L e M, exibindo a precisão habitual em relação ao tempo de medição
Quais recursos no analisador por XRF Vanta tornam ele adequado para a reciclagem de catalisadores automotivos?
Repetibilidade de resultados: fabricado usando componentes eletrônicos com Axon Technology™, cada analisador Vanta tem um alto grau de repetibilidade, para que você obtenha os mesmos resultados em instrumentos e testes distintos.
Personalizável: os substratos catalisadores podem ter composição diferente em regiões distintas de acordo com as regulações locais de emissões. É possível adaptar facilmente o analisador a diferentes substratos usando fatores personalizados de usuário a fim de aprimorar a precisão dos testes.
Opções de tubo de raios X: você pode escolher entre tubos de raios X com anodos de prata, tungstênio ou ródio. Lembramos que os tubos de raios X para alvos de tungstênio e prata são ideais para a análise de catalisadores automotivos. Por haver picos de características correspondentes no espectro ao usar tubos de raios X com um alvo de ródio, os tubos de ródio não são adequados para esse tipo de operação.
Ampla janela de medição: a janela ampla no analisador Vanta permite a análise de uma grande área superficial, melhorando a precisão durante o teste de amostras moídas ou íntegras do núcleo.
Robustez: a recuperação de catalisadores é um processo que gera muita poeira. A classificação IP 55/54 de proteção contra poeira e umidade ajuda a manter o analisador em boas condições de uso. Os analisadores Vanta são duráveis e incluem uma garantia abrangente de 3 anos para manter o custo de propriedade baixo.
Acessórios de XRF: em processos de produção, a Estação de trabalho Vanta transforma o analisador Vanta em um XRF de mesa totalmente funcional para uma análise confortável e sem toque. O uso do analisador de mesa é ideal para análise final de amostras antes do refino posterior na unidade de reciclagem ou em uma fundição para a recuperação de PGM.
Estação de trabalho Vanta
Compatibilidade com práticas da Indústria 4.0: o analisador Vanta oferece conectividade de rede e é habilitado para a tecnologia de nuvem. É possível enviar os dados de XRF diretamente para um sistema de Planejamento de recurso corporativo sem intervenção do usuário.
Detecção de elementos leves: com o crescimento rápido da reciclagem de catalisadores automotivos, as unidades de purificação vão reforçar os requisitos para os materiais recebidos. O conteúdo de carboneto de silício (SiC) e enxofre (S) está ganhando maior importância durante o cálculo de custos dos materiais recebidos. Como resultado, os analisadores por XRF com detectores de desvio de silício (SDD) para detecção de elementos leves serão uma opção popular para a análise de catalisadores automotivos.
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