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应用介绍 | 奥林巴斯Vanta XRF分析仪是如何助力于汽车催化剂回收行业的?

2022-05-27    356

首先,我们有必要先简要介绍一下汽车催化转化器(Car Catalyst或Car Cat)的功能。这些转化器的目的是减少汽车尾气排放到大气中的污染物。

汽车催化转化器是一个蜂窝状圆柱体,有一层铂(Pt)、钯(Pd)和铑(Rh),也称为铂族金属(PGMs),以不同的含量附着在其表面。汽车尾气中未燃烧的残留物,如一氧化碳(CO)、碳氢化合物(CH)或氮氧化物(NO)等,经过附有铂族金属的蜂窝状圆柱体,被尾气中的氧气氧化并被中和。

近50年来,汽车催化剂已经成为内燃机汽车不可缺少的一部分。汽车催化剂的平均寿命取决于几个因素,如燃料的质量和发动机的体积,但它通常可以维持100,000公里(约62,000英里)。通过对汽车催化剂的合理处理,我们可以为其中的铂族金属提供第二次生命。通过分类和适当处理废弃的催化剂,铂族金属可以被回收并在未来的生产中重复使用。

目前,这些再加工铂族金属占催化剂总产量的40%左右,但仍不能满足日益增长的市场需求。目前,汽车催化剂回收不仅在经济上有利可图,也是世界经济发展趋势和环境标准所预测的必然。


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铂和钯是中和有害排放物最有效的两种元素。虽然除了汽车制造外,铂、钯还被用于许多行业——比如珠宝生产——但如今生产的90%的铂、钯都用于汽车催化剂的生产。随着新燃料标准(China VI, Tier 3, Euro 6d, Bharat 6)的采用,可以肯定地说,在未来几年,铂族金属的需求将会增长。因此,汽车催化剂回收有很大的市场前景。

另外一个重要的事实是,从环境的角度来看,回收用过的汽车催化剂比通过采矿提取铂族金属的危害要小得多。更不用说,钯在一般是矿物加工厂的副产品,其提取效率很低。

Vanta如何协助回收汽车催化剂?

从采矿和废料加工行业引进的X射线荧光(XRF)测试方法已被证明可以完全胜任汽车催化剂的回收工作。如果不使用特殊设备,是不可能快速确定汽车催化剂中铂族金属的含量的,这为回收过程带来麻烦。而奥林巴斯便携式XRF分析仪Vanta可以在几秒内为用户提供待回收催化剂中的铂、铑和钯的含量。

使用Vanta分析仪,可以对汽车催化剂进行分类,从而以最佳方式提取铂族金属并为回收确定一个合理的价格。Vanta分析仪可以与研磨机、搅拌机和秤等一起使用,是汽车催化剂回收必备的工具。

Vanta分析仪可以分析的元素范围是从镁(Mg)到铀(U)(元素周期表的顺序),同时显示多达45个元素。当然,对于汽车催化剂回收来说,感兴趣的元素种类要少得多:铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、钽(Ta)、铈(Ce)、硒(Se)、钨(W)、硅(Si)、铅(Pb)、锆(Zr)、钌(Ru)、镧(La)、镍(Ni)和硫(S)。所有这些元素都是优先考虑的,并包含在Vanta为该应用定制的Car Catalyst方法中。然而,你仍然可以分析从镁(Mg)到铀(U)范围内的其他元素。

随着汽车催化剂回收业务的持续增长,试图以尽可能高的价格出售废旧汽车催化剂的诈骗者数量也在增加。提高汽车催化剂价值最常见的方法是增加含铅(Pb)的添加剂。还有更复杂的欺骗方法,比如在混合物中加入钽(Ta)或硒(Se)来模拟XRF光谱上的铂(Pt)峰。错误也可能在没有恶意的情况下发生——例如,带有非专业校准的pXRF很容易将柴油微粒过滤器(DPF)中的钨(W)误认为铂(Pt)——这种情况非常常见。Vanta分析仪可以帮助避免这种混淆,它独特的校准有助于防止此类欺诈或错误的发生。

如何从催化转化器中制备样品,以获得准确和有代表性的结果?


样品制备是XRF分析的重要组成部分。90%的XRF误差与样品制备有关。在汽车催化剂回收领域,通常需要处理两种类型的样品:块状蜂窝状样品(整体或分体)和粉末样品。蜂窝结构表面上涂附的铂族金属常常不均匀(图2),所以这样的样本只能提供一个初步测试结果,可以利用该结果对汽车催化剂进行简单分类或者识别那些铂族金属已经被移除的“空汽车催化剂”,特别是当回收小批量汽车催化剂的时候。

为了对汽车催化剂进行分类以供后续提纯或大批量生产,需要额外的样品制备步骤以获得有代表性的结果。一般来说,我们建议以下方法:

1) 按类型进行粗分类

2) 每一类分别粉碎(重要的是要使颗粒大小分布尽可能均匀)

3) 均质化

4) 取样(如果需要,可以使用压机)


另外,必要时也需要密切监测湿度。超过10%的湿度波动会极大地影响分析的准确性。样品获得后,要做3-5次测试,然后取平均值。如果在样品制备阶段没有发生错误,则应该有一个4ppm-31ppm左右的绝对平均误差。

不同的Vanta型号有什么区别?

奥林巴斯为汽车催化剂回收提供了多种Vanta型号。它们之间的主要区别是分析速度、灵敏度和轻元素(镁(Mg)、铝(Al)、硅(Si)、磷(P)和硫(S)的检测能力。

Vanta L分析仪是一种经济型催化剂分类设备。该设备配备了PIN探测器,所以它无法探测到比钛轻的元素。Vanta L分析仪的平均分析时间约为40-60秒。Vanta C和M分析仪是采用硅漂移探测器(SDD)技术的器件,能够检测轻元素,这将有助于确定碳化硅(SiC)的含量以及控制其含硫(S)量。在这些设备上的平均测试时间约为15-20秒,工作效率是配置PIN检测器设备的3倍。

表中Pd(单位为ppm)的结果和误差显示了这种差异。Vanta M分析仪5秒测试的测量结果与Vanta L分析仪60秒测试的结果接近。



Vanta有哪些特性适合汽车催化剂回收?

首先值得一提的是校准的稳定性和结果的重复性。很难相信这些结果来自便携式XRF。此外,基于Axon专利技术,每一台Vanta分析仪之间都能保证较高的重复性。这对市场的大型参与者来说尤其有利。此外,它还提供了使用“用户因子”来调整设备以适应不同催化剂基质,就像你去另一个时区旅行时,只要改变时钟就可以了。

钨靶材和银靶材X射线管都是汽车催化剂分析的首选。因为使用铑靶材X射线管时,光谱上会出现相应的特征峰。另外,Vanta分析仪测量窗口的大小是很重要的。大窗口能够分析一个大的表面积,从而提高准确性。

回收催化剂是一个粉尘非常大的过程,因此IP55防尘防潮是明显有利的。Vanta系列主线的2年保修期也是一个显著优势。



Vanta工作站

对于生产过程,客户可以使用奥林巴斯XRF工作站(图3),这将Vanta变成一个成熟的台式XRF,便于固定使用。Vanta也符合工业4.0,可以进行网络连接和并打印报告,可以将数据直接从设备发送到ERP系统,而无需用户干预。此功能有助于让工作更加可控。

随着汽车催化剂回收市场的快速增长,提纯工厂将收紧对来料的要求。在计算来料成本时,碳化硅(SiC)和硫(S)的含量将会越来越重要。因此,带有硅漂移探测器(SDD)和X射线粉末衍射仪(XRD)将越来越受欢迎。例如奥林巴斯Terra Ⅱ X射线衍射分析仪,不仅可以定量估计碳化硅(SiC)含量,还可以确定其特定相。

在未来,随着奥林巴斯科学云3.0(Olympus Scientific Cloud 3.0)的开放和优化,我们能够为汽车催化剂回收者提供的不仅仅是一个测量工具,更是一个基于云进行计算和测试的生态系统,这对许多小型参与者来说可能是成功的关键。




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