A recuperação de metais preciosos de catalisadores refere-se ao processo de extração de platina, paládio, ródio e outros metais preciosos de catalisadores industriais usados, utilizando tecnologias físicas, químicas e biológicas. A importância da recuperação de metais preciosos de catalisadores vai além do valor económico (a reciclagem de uma tonelada de catalisadores automotivos usados produz 1-2 quilogramas de metais do grupo da platina no valor de mais de $120.000, a um custo de apenas 30%-50% da nova mineração). Também reduz a dependência de recursos minerais e mitiga os perigos ambientais. A Diretiva de Veículos em Fim de Vida da UE e os regulamentos ambientais em vários países tornam obrigatória a reciclagem de metais preciosos, orientando a indústria para um ciclo fechado de "produção-uso-recuperação".
Os catalisadores de metais preciosos são principalmente categorizados em catalisadores heterogéneos (por exemplo, catalisadores sólidos para purificação de escape automotivo) e catalisadores homogéneos (por exemplo, compostos metálicos solúveis usados em reações químicas). Catalisadores de metais preciosos comummente recicláveis incluem: conversores catalíticos (contendo platina, paládio, ródio), catalisadores de hidrogenação petroquímica (contendo molibdénio, níquel, vanádio), catalisadores de células de combustível (à base de platina) e catalisadores ambientais de desnitrificação (contendo metais do grupo vanádio-titânio).
A inovação tecnológica de 2025 foca na recuperação verde e eficiente. A tecnologia de lixiviação assistida por micro-ondas supera as limitações tradicionais: um novo reator utiliza radiação de micro-ondas de 2450MHz combinada com uma haste de agitação de vidro retrátil, abordando diretamente a baixa eficiência de transferência de massa causada pela alta viscosidade de líquidos iónicos. Este sistema integra uma sonda infravermelha de cristal ATR de diamante para monitorização em tempo real dos componentes da solução de reação e otimização dinâmica de parâmetros, aumentando significativamente as taxas de recuperação de platina, paládio e ródio.
Técnicas de biorremediação utilizam microorganismos (por exemplo, Ferriportia oxydans) ou micélio fúngico para adsorver nanopartículas de platina, atingindo taxas de recuperação superiores a 90% com baixo consumo de energia e zero poluição. Nanomateriais magnéticos funcionalizados (por exemplo, Fe₃O₄@SiO₂-NH₂) capturam seletivamente iões de metais preciosos através de interações de coordenação, permitindo separação rápida e reciclagem. Sistemas inteligentes de recuperação integram IoT e algoritmos de aprendizagem automática para ajustar dinamicamente os parâmetros de lixiviação. Uma empresa alcançou um aumento de 12% na recuperação de platina usando modelos de IA.
Otimização contínua de processos hidrometalúrgicos: a recuperação de paládio em lixiviação com ácido clorídrico/peróxido de hidrogénio (HCl/H₂O₂) atingiu 92,6%. Um catalisador de nanocápsulas de núcleo de fulereno-Pd, construído após purificação por complexação com ureia, demonstrou atividade ultraelevada na redução de 4-nitrofenol (taxa de conversão >99% dentro de 3,5 minutos). O processo integrado de diálise por difusão de líquido iónico-evaporação MVR atinge taxas de recuperação de metais preciosos >98%, mantendo a recuperação de ácido ≥80% e permitindo a utilização de recursos de sais cristalizados.
A recuperação de metais preciosos de catalisadores usados começa com pré-tratamento. Catalisadores usados passam por trituração, peneiração e separação magnética para isolar o suporte dos componentes ativos. Segue-se calcinação a alta temperatura (calcinação controlada por oxigénio em quatro estágios a 50-800°C) para remover depósitos de carbono e matéria orgânica. A ativação pirolítica ocorre sob atmosfera inerte para prevenir a volatilização de metais (por exemplo, perda de ródio acima de 800°C).
A fase de lixiviação emprega extração seletiva por solvente para metais preciosos. Soluções hidrometalúrgicas comuns incluem água régia, ácido clorídrico-clorato ou tioureia, onde o pH e o potencial redox são controlados para dissolver seletivamente metais-alvo. Um processo inovador utiliza um agente de lixiviação misto de ácido clorídrico-ácido cítrico-peróxido de hidrogénio. A reação ocorre a 600W de potência de micro-ondas e agitação a 200 rpm durante 20 minutos, alcançando dissolução altamente eficiente de metais do grupo da platina. Após centrifugação da solução de lixiviação para separar resíduos, a solução entra na fase de purificação.
A purificação e refinação empregam separação multi-etapas. A adição de solução de Na₂SO₃ à solução de lixiviação remove mais de 90% das impurezas de ferro (a temperaturas ≥303K, pH=1,5-2,0), seguida de extração contracorrente com NH₄OH para remover cobre e zinco. A extração por solvente usando extratores à base de fosfina (Cyanex 923) ou amina separa sequencialmente paládio e platina. A deposição eletroquímica deposita seletivamente metais a potenciais controlados, alcançando pureza de 99,95%. Os produtos finais são metais de alta pureza ou ligas diretamente utilizáveis (por exemplo, ferro-molibdénio, ferro-níquel).
A identificação de metais preciosos em catalisadores usados requer combinar análise de origem com deteção rápida. Conversores catalíticos automotivos de três vias (de veículos nos EUA, Alemanha, França, etc., com quilometragem de 110.000-220.000 km) tipicamente contêm platina, paládio e ródio. O suporte de colmeia cerâmica deve ser triturado a um tamanho de partícula ≤1 mm para testes. Catalisadores petroquímicos (catalisadores de hidrogenação, craqueamento) contêm molibdénio, níquel e vanádio, enquanto catalisadores de células de combustível são principalmente à base de platina.
ICP-OES (Espectrometria de Emissão Ótica com Plasma Indutivamente Acoplado) é o método padrão para análise quantitativa, permitindo a determinação precisa do conteúdo metálico (por exemplo, catalisador original contendo 0,126% Pd). A vasta experiência da DONGSHENG em reciclagem de metais preciosos indica uma correlação entre a forma do catalisador e o conteúdo de metais preciosos: catalisadores suportados em cerâmica contêm predominantemente metais do grupo da platina, enquanto suportes de carvão ativado são comummente usados para adsorção e recuperação de ouro e prata.
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