การกู้คืนโลหะมีค่าจากตัวเร่งปฏิกิริยา

การกู้คืนโลหะมีค่าจากตัวเร่งปฏิกิริยา หมายถึงกระบวนการสกัดแพลตตินัม แพลเลเดียม โรเดียม และโลหะมีค่าอื่นๆ จากตัวเร่งปฏิกิริยาอุตสาหกรรมที่ใช้แล้ว โดยใช้เทคโนโลยีทางกายภาพ เคมี และชีวภาพ ความสำคัญของการกู้คืนโลหะมีค่าจากตัวเร่งปฏิกิริยามีมากกว่ามูลค่าทางเศรษฐกิจ (การรีไซเคิลตัวเร่งปฏิกิริยายานยนต์ที่ใช้แล้วหนึ่งตันให้โลหะกลุ่มแพลตตินัม 1-2 กิโลกรัม มูลค่ากว่า 120,000 ดอลลาร์สหรัฐ โดยมีต้นทุนเพียง 30%-50% ของการทำเหมืองใหม่) นอกจากนี้ยังช่วยลดการพึ่งพาทรัพยากรแร่และบรรเทาอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม คำสั่งเกี่ยวกับยานพาหนะสิ้นอายุการใช้งานของสหภาพยุโรป (EU End-of-Life Vehicles Directive) และกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมในหลายประเทศกำหนดให้มีการรีไซเคิลโลหะมีค่า ซึ่งเป็นแรงผลักดันให้อุตสาหกรรมนี้เข้าสู่วงจร “การผลิต-การใช้งาน-การกู้คืน” แบบวงจรปิด

ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีค่าส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาแบบต่างชนิด (เช่น ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบของแข็งสำหรับการทำให้บริสุทธิ์ไอเสียรถยนต์) และตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเนื้อเดียวกัน (เช่น สารประกอบโลหะที่ละลายน้ำได้ซึ่งใช้ในปฏิกิริยาเคมี) ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีค่าที่รีไซเคิลได้ทั่วไป ได้แก่ เครื่องฟอกไอเสีย (ประกอบด้วยแพลตตินัม แพลเลเดียม โรเดียม) ตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันจากปิโตรเคมี (ประกอบด้วยโมลิบดีนัม นิกเกิล วาเนเดียม) ตัวเร่งปฏิกิริยาเซลล์เชื้อเพลิง (ทำจากแพลตตินัม) และตัวเร่งปฏิกิริยาสิ่งแวดล้อมสำหรับดีไนเตรต (ประกอบด้วยโลหะกลุ่มวาเนเดียม-ไทเทเนียม)

เทคโนโลยีล่าสุดสำหรับการกู้คืนโลหะมีค่าจากตัวเร่งปฏิกิริยา

นวัตกรรมทางเทคโนโลยีปี 2025 มุ่งเน้นไปที่การกู้คืนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีประสิทธิภาพ เทคโนโลยีการชะล้างด้วยไมโครเวฟช่วยเอาชนะข้อจำกัดแบบเดิม: เครื่องปฏิกรณ์แบบใหม่ใช้รังสีไมโครเวฟความถี่ 2450 เมกะเฮิรตซ์ ร่วมกับแท่งแก้วกวนแบบยืดหดได้ ซึ่งช่วยแก้ปัญหาประสิทธิภาพการถ่ายโอนมวลต่ำที่เกิดจากความหนืดสูงของของเหลวไอออนิกโดยตรง ระบบนี้ผสานรวมหัววัดอินฟราเรดคริสตัลเพชร ATR สำหรับการตรวจสอบส่วนประกอบของสารละลายปฏิกิริยาแบบเรียลไทม์และการปรับพารามิเตอร์แบบไดนามิกให้เหมาะสมที่สุด ซึ่งช่วยเพิ่มอัตราการกู้คืนแพลตตินัม แพลเลเดียม และโรเดียมได้อย่างมีนัยสำคัญ

เทคนิคการฟื้นฟูทางชีวภาพใช้จุลินทรีย์ (เช่น Ferriportia oxydans) หรือเส้นใยเชื้อราเพื่อดูดซับอนุภาคนาโนแพลทินัม ทำให้ได้อัตราการฟื้นฟูมากกว่า 90% ด้วยการใช้พลังงานต่ำและมลพิษเป็นศูนย์ วัสดุนาโนแม่เหล็กที่ทำหน้าที่เฉพาะ (เช่น Fe₃O₄@SiO₂-NH₂) จะจับไอออนของโลหะมีค่าอย่างเฉพาะเจาะจงผ่านปฏิกิริยาการประสานงาน ช่วยให้สามารถแยกและรีไซเคิลได้อย่างรวดเร็ว ระบบฟื้นฟูอัจฉริยะผสานรวม IoT และอัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่องเพื่อปรับพารามิเตอร์การชะล้างแบบไดนามิก องค์กรหนึ่งประสบความสำเร็จในการเพิ่มอัตราการฟื้นฟูแพลทินัมขึ้น 12% โดยใช้แบบจำลอง AI

การปรับปรุงกระบวนการไฮโดรเมทัลลูร์จิคัลอย่างต่อเนื่อง: อัตราการฟื้นตัวของแพลเลเดียมในการชะล้างกรดไฮโดรคลอริก/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (HCl/H₂O₂) สูงถึง 92.6% ตัวเร่งปฏิกิริยานาโนแคปซูลฟูลเลอรีนคอร์-Pd ที่สร้างขึ้นหลังจากการทำให้บริสุทธิ์ด้วยยูเรียคอมเพล็กซ์ แสดงให้เห็นถึงฤทธิ์ที่สูงมากในการลด 4-ไนโตรฟีนอล (อัตราการแปลง >99% ภายใน 3.5 นาที) กระบวนการแบบบูรณาการของการระเหยด้วยไดอะไลซิสแบบแพร่ของเหลวไอออนิก-MVR ทำให้ได้อัตราการฟื้นตัวของโลหะมีค่า >98% ในขณะที่ยังคงอัตราการฟื้นตัวของกรด ≥80% และช่วยให้สามารถใช้ทรัพยากรของเกลือที่ตกผลึกได้

ขั้นตอนการกู้คืนโลหะมีค่าจากตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้แล้ว

การกู้คืนโลหะมีค่าจากตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้แล้วเริ่มต้นด้วยการปรับสภาพเบื้องต้น ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้แล้วจะถูกบด คัดแยก และแยกด้วยแม่เหล็กเพื่อแยกตัวพาออกจากส่วนประกอบสำคัญ จากนั้นจึงทำการเผาด้วยอุณหภูมิสูง (การเผาด้วยออกซิเจนควบคุมสี่ขั้นตอนที่อุณหภูมิ 50-800°C) เพื่อกำจัดคราบคาร์บอนและสารอินทรีย์ การกระตุ้นด้วยไพโรไลติกเกิดขึ้นภายใต้บรรยากาศเฉื่อยเพื่อป้องกันการระเหยของโลหะ (เช่น การสูญเสียโรเดียมที่อุณหภูมิสูงกว่า 800°C)

ขั้นตอนการชะล้างใช้การสกัดโลหะมีค่าด้วยตัวทำละลายแบบเลือกเฉพาะ สารละลายไฮโดรเมทัลลูร์จีที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ กรดกัดกร่อน กรดไฮโดรคลอริก-คลอเรต หรือไทโอยูเรีย ซึ่งควบคุมค่า pH และศักย์รีดอกซ์เพื่อละลายโลหะเป้าหมายอย่างเฉพาะเจาะจง กระบวนการใหม่นี้ใช้สารชะล้างผสมกรดไฮโดรคลอริก-กรดซิตริก-ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่กำลังไฟไมโครเวฟ 600 วัตต์ และกวนด้วยความเร็ว 200 รอบต่อนาที เป็นเวลา 20 นาที ทำให้โลหะกลุ่มแพลทินัมละลายได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง หลังจากนำสารละลายชะล้างไปปั่นเหวี่ยงเพื่อแยกสารตกค้าง สารละลายจะเข้าสู่ขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์

การทำให้บริสุทธิ์และการกลั่นใช้การแยกหลายขั้นตอน การเติมสารละลาย Na₂SO₃ ลงในน้ำชะล้างสามารถกำจัดสิ่งเจือปนเหล็กได้มากกว่า 90% (ที่อุณหภูมิ ≥303K, pH=1.5-2.0) ตามด้วยการสกัดแบบย้อนกลับด้วย NH₄OH เพื่อกำจัดทองแดงและสังกะสี การสกัดด้วยตัวทำละลายโดยใช้สารสกัดที่มีฟอสฟีน (Cyanex 923) หรือสารสกัดที่มีเอมีน จะแยกแพลเลเดียมและแพลทินัมออกจากกันตามลำดับ การสะสมด้วยไฟฟ้าเคมีจะสะสมโลหะอย่างเฉพาะเจาะจงที่ศักย์ควบคุม ทำให้ได้ความบริสุทธิ์ 99.95% ผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือโลหะที่มีความบริสุทธิ์สูงหรือโลหะผสมที่สามารถใช้งานได้โดยตรง (เช่น เฟอร์โร-โมลิบดีนัม เฟอร์โร-นิกเกิล)

วิธีการแยกแยะและระบุโลหะมีค่าในตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้แล้ว

เครื่องฟอกไอเสีย (จากยานพาหนะในสหรัฐอเมริกา เยอรมนี ฝรั่งเศส ฯลฯ ที่มีระยะทาง 110,000-220,000 กิโลเมตร) โดยทั่วไปจะประกอบด้วยแพลทินัม แพลเลเดียม และโรเดียม ตัวพาความร้อนแบบรังผึ้งเซรามิกจะต้องถูกบดให้มีขนาดอนุภาค ≤1 มิลลิเมตรเพื่อทดสอบ ตัวเร่งปฏิกิริยาปิโตรเคมี (ไฮโดรจีเนชัน ตัวเร่งปฏิกิริยาการแตกตัว) ประกอบด้วยโมลิบดีนัม นิกเกิล และวาเนเดียม ในขณะที่ตัวเร่งปฏิกิริยาเซลล์เชื้อเพลิงส่วนใหญ่มีแพลทินัมเป็นส่วนประกอบ

ICP-OES (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy) เป็นวิธีมาตรฐานสำหรับการวิเคราะห์เชิงปริมาณ ช่วยให้สามารถกำหนดปริมาณโลหะได้อย่างแม่นยำ (เช่น ตัวเร่งปฏิกิริยาเดิมที่มี Pd 0.126%) ประสบการณ์อันยาวนานของ DONGSHENG ด้านการรีไซเคิลโลหะมีค่าบ่งชี้ถึงความสัมพันธ์ระหว่างรูปแบบตัวเร่งปฏิกิริยาและปริมาณโลหะมีค่า ตัวเร่งปฏิกิริยาที่รองรับด้วยเซรามิกส่วนใหญ่ประกอบด้วยโลหะกลุ่มแพลตตินัม ในขณะที่ตัวรองรับคาร์บอนกัมมันต์มักใช้ในการกู้คืนการดูดซับทองและเงิน