La recuperación de metales preciosos de catalizadores se refiere al proceso de extracción de platino, paladio, rodio y otros metales preciosos de catalizadores industriales usados mediante tecnologías físicas, químicas y biológicas. La importancia de recuperar metales preciosos de catalizadores va más allá del valor económico (el reciclaje de una tonelada de catalizadores automotrices usados produce 1-2 kilogramos de metales del grupo del platino por valor de más de $120,000, con un costo de solo 30%-50% de la minería nueva). También reduce la dependencia de recursos minerales y mitiga los peligros ambientales. La Directiva de Vehículos Fuera de Uso de la UE y las regulaciones ambientales en múltiples países exigen el reciclaje de metales preciosos, impulsando a la industria hacia un ciclo cerrado de "producción-uso-recuperación".
Los catalizadores de metales preciosos se clasifican principalmente en catalizadores heterogéneos (por ejemplo, catalizadores sólidos para purificación de escape automotriz) y catalizadores homogéneos (por ejemplo, compuestos metálicos solubles utilizados en reacciones químicas). Los catalizadores de metales preciosos comúnmente reciclables incluyen: convertidores catalíticos (que contienen platino, paladio, rodio), catalizadores de hidrogenación petroquímica (que contienen molibdeno, níquel, vanadio), catalizadores de celdas de combustible (a base de platino) y catalizadores ambientales de desnitrificación (que contienen metales del grupo vanadio-titanio).
La innovación tecnológica 2025 se centra en la recuperación verde y eficiente. La tecnología de lixiviación asistida por microondas supera las limitaciones tradicionales: un nuevo reactor utiliza radiación de microondas de 2450MHz combinada con una varilla de agitación de vidrio retráctil, abordando directamente la baja eficiencia de transferencia de masa causada por la alta viscosidad de líquidos iónicos. Este sistema integra una sonda infrarroja de cristal ATR de diamante para monitoreo en tiempo real de componentes de la solución de reacción y optimización dinámica de parámetros, mejorando significativamente las tasas de recuperación de platino, paladio y rodio.
Las técnicas de biorremediación utilizan microorganismos (por ejemplo, Ferriportia oxydans) o micelio fúngico para adsorber nanopartículas de platino, logrando tasas de recuperación superiores al 90% con bajo consumo energético y cero contaminación. Nanomateriales magnéticos funcionalizados (por ejemplo, Fe₃O₄@SiO₂-NH₂) capturan selectivamente iones de metales preciosos mediante interacciones de coordinación, permitiendo separación rápida y reciclaje. Los sistemas inteligentes de recuperación integran IoT y algoritmos de aprendizaje automático para ajustar dinámicamente parámetros de lixiviación. Una empresa logró un aumento del 12% en la recuperación de platino utilizando modelos de IA.
Optimización continua de procesos hidrometalúrgicos: la recuperación de paladio en lixiviación con ácido clorhídrico/peróxido de hidrógeno (HCl/H₂O₂) alcanzó 92.6%. Un catalizador de nanocápsulas de núcleo de fullereno-Pd, construido tras purificación por complejación con urea, demostró ultra alta actividad en la reducción de 4-nitrofenol (tasa de conversión >99% en 3.5 minutos). El proceso integrado de diálisis por difusión de líquido iónico-evaporación MVR logra tasas de recuperación de metales preciosos >98%, manteniendo recuperación de ácido ≥80% y permitiendo utilización de recursos de sales cristalizadas.
La recuperación de metales preciosos de catalizadores usados comienza con el pretratamiento. Los catalizadores usados se someten a trituración, cribado y separación magnética para aislar el soporte de los componentes activos. Le sigue la calcinación a alta temperatura (calcinación controlada por oxígeno en cuatro etapas a 50-800°C) para eliminar depósitos de carbono y materia orgánica. La activación pirolítica ocurre bajo atmósfera inerte para prevenir la volatilización de metales (por ejemplo, pérdida de rodio por encima de 800°C).
La etapa de lixiviación emplea extracción selectiva con solventes para metales preciosos. Las soluciones hidrometalúrgicas comunes incluyen agua regia, ácido clorhídrico-clorato o tiourea, donde se controlan el pH y el potencial redox para disolver selectivamente los metales objetivo. Un proceso innovador utiliza un agente de lixiviación mixto de ácido clorhídrico-ácido cítrico-peróxido de hidrógeno. La reacción ocurre a 600W de potencia de microondas y agitación a 200 rpm durante 20 minutos, logrando una disolución altamente eficiente de metales del grupo del platino. Tras centrifugar la solución de lixiviación para separar residuos, la solución entra en la etapa de purificación.
La purificación y refinación emplean separación multietapa. La adición de solución de Na₂SO₃ a la solución de lixiviación elimina más del 90% de las impurezas de hierro (a temperaturas ≥303K, pH=1.5-2.0), seguida de contraextracción con NH₄OH para eliminar cobre y zinc. La extracción con solventes utilizando extractantes a base de fosfina (Cyanex 923) o amina separa secuencialmente paladio y platino. La deposición electroquímica deposita selectivamente metales a potenciales controlados, logrando una pureza del 99.95%. Los productos finales son metales de alta pureza o aleaciones directamente utilizables (por ejemplo, ferro-molibdeno, ferro-níquel).
Identificar metales preciosos en catalizadores usados requiere combinar análisis de origen con detección rápida. Los convertidores catalíticos automotrices de tres vías (de vehículos en EE.UU., Alemania, Francia, etc., con kilometraje de 110,000-220,000 km) típicamente contienen platino, paladio y rodio. El soporte de nido de abeja cerámico debe triturarse a un tamaño de partícula ≤1 mm para pruebas. Los catalizadores petroquímicos (catalizadores de hidrogenación, craqueo) contienen molibdeno, níquel y vanadio, mientras que los catalizadores de celdas de combustible son principalmente a base de platino.
ICP-OES (Espectrometría de Emisión Óptica con Plasma Acoplado Inductivamente) es el método estándar para análisis cuantitativo, permitiendo la determinación precisa del contenido metálico (por ejemplo, catalizador original que contiene 0.126% Pd). La amplia experiencia de DONGSHENG en reciclaje de metales preciosos indica una correlación entre la forma del catalizador y el contenido de metales preciosos: los catalizadores soportados en cerámica contienen predominantemente metales del grupo del platino, mientras que los soportes de carbón activado se usan comúnmente para adsorción y recuperación de oro y plata.
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