Återvinning av platinametaller ur fordons katalysatorer: Litteraturstudie om återvinningsprocesser av katalysatorer inom fordonsindustrin med avseende på miljöpåverkan
2023 (Swedish)Independent thesis Basic level (degree of Bachelor), 10 credits / 15 HE credits
Student thesis
Abstract [sv]
Antalet bilar fortsätter att öka kraftigt i världen vilket skapar stora mängder av utsläpp som orsakar allvarliga miljöproblem. För att minska utsläppet av fordon med förbränningsmotorer används fordons katalysatorer. Katalysatorns huvudfunktion är att omvandla skadliga ämnen från avgassystemet till mindre skadliga ämnen för vår miljö. Katalysatorn innehåller två bärare som har en bikakestruktur, dessa två bärare är belagda av platinametaller som platina, rodium och palladium. Dessa metaller är sällsynta och förekommer i låga halter i jorden. Platina, rodium och palladium används i många industrier som fordons-, smyckes- och elektronikindustrin samt även inom sjukvården. Utvinning av dessa metaller sker med gruvdrift vilket kräver mycket resurser och orsakar miljöproblem.
Syftet med denna rapport är att undersöka och analysera de olika återvinningsprocesser för katalysatorer inom fordonsindustrin med avseende på miljöpåverkan vid återvinning och utvinning av ingående metaller som platina, rodium och palladium. I början av arbetet utfördes en bred sökning av ämnet fordons katalysator för att samla in övergripande fakta om katalysatorns uppbyggnad och huvudfunktion i ett fordon. Därefter studerades ämnet djupare för att veta vilka återvinningsprocesserna det finns för att återvinna katalysatorer samt vilka möjligheter och svårigheter som finns med dessa återvinningsprocesserna vid återvinning av värdefulla metaller i uttjänta katalysatorer.
Återvinning av fordon katalysatorer är en vinst för både ekonomin och miljön då det krävs mindre resurser för att återvinna platinametaller ur katalysatorer än att utvinna de ur jorden. Miljöpåverkan är betydligt mindre vid återvinning av dessa metaller än vid utvinning med gruvdrift. För att återvinna metaller ur fordons katalysatorer finns det två olika återvinningsprocesser: hydrometallurgisk process och pyrometallurgisk process. Den hydrometallurgiska processen innefattar upplösning av metaller från katalysator i syror som saltsyra och aqua regis för att sedan urlakas i närvaro av oxidationsmedel som klorgas (𝐶𝐿2 ) ,Natriumhypoklorit (𝑁𝑎𝐶𝑙𝑂) och väteperoxid (𝐻202 ). Den pyrometallurgiska processen innefattar användning av höga temperaturer för att smälta metallerna, principen bakom denna process är att olika metaller når olika faser vid olika temperaturer och på sådant sätt separeras metallerna.
Den pyrometallurgiska processen används främst i större verksamheter eftersom det krävs speciell utrustning som inte är lätt tillgängliga för mindre återvinningsverksamheter. En ytterligare nackdel med denna process är att då processen är väldigt energikrävande, orsakas även giftiga utsläpp på grund av den förbränning som sker vid höga temperaturer. Det är inte lönsamt att återvinna mindre mängder av metaller med den pyrometallurgiska processen, då det krävs mer resurser än vad som ska återvinnas kan det i sin tur leda till ekonomiska förluster och negativ miljöpåverkan. Den hydrometallugiska processen är ett bättre val för återvinning av platinametaller ur katalysatorer, speciellt om det är mindre volymer av metaller som ska återvinnas. Den hydrometallurgiska processen kräver ej speciell utrustning och den orsakar inte lika stor miljöpåverkan jämfört med den pyrometallurgiska processen vilket bidrar till en mer hållbar återvinning.
Abstract [en]
The amount of cars keeps increasing in the world, which in turn creates a lot of emissions that cause major environmental problems. The catalytic converter is used in order to reduce the emissions created from vehicles. Its main function is to convert harmful substances from the exhaust system into lesser harmful substances for our environment. The catalytic converter consists of two bearers with honeycomb structure which are coated with platinum group metals such as platinum, rhodium and palladium. The metals are considered to be rare and occur in low concentrations in the soil. Platinum, rhodium and palladium are used in various industries such as the automotive-, jewelry-, and the electronics industry as well as in healthcare. The recovery of these metals are made through mining, which in turn requires a lot of resources and causes environmental issues.
The reason behind this report is to examine and analyze the different types of recycling processes for catalytic converters in the automotive industry with regard to environmental impact during recycling and recovery of metals such as platinum, rhodium and palladium. During the beginning of the writing phase, a broad search about the subject “Catalytic converter” was conducted in order to collect general facts about the structure and main function of the catalytic converter in a vehicle. Subsequently a more in-depth study of the subject was done in order to know which recycling processes there are for recycling of catalytic converters as well as what opportunities and challenges exist for these recycling processes during recycling of precious metals in spent catalytic converters.
Recycling of catalytic converters is profitable for both the economy and the environment as it requires lesser resources to recycle platinum group metals from catalytic converters rather than extracting them through ore mining. The environmental impact is also significantly lesser through recycling of platinum metals compared to mining. In order to recycle metals from automotive catalytic converters there are two main recycling processes: hydrometallurgical process and pyrometallurgical process. The hydrometallurgical process involves dissolving metals from the catalytic converter in acids such as hydrochloric acid and aqua regis to then later get leached along with oxidants such as chlorine gas (𝐶𝐿2 ), sodium hypochlorite (𝑁𝑎𝐶𝑙𝑂) and hydrogen peroxide (𝐻202 ). The pyrometallurgical process involves the usage of high temperatures in order to smelt the metals, the main principle behind this process is that dissimilar metals reach distinct phases in different temperatures which can then be separated.
The pyrometallurgical process is mainly used in larger businesses, as it requires special equipment which are not easily accessible for smaller recycling businesses. Another disadvantage of this process is that because of the process being very energy intense it also results in toxic emissions through combustion due to high temperatures. It is not profitable to recycle smaller amounts of metals through the pyrometallurgical process, as it requires far more resources in contrast to the amount of metals being recycled which in turn can lead to financial losses and negative environmental impact. The hydrometallurgical process is a better choice of recycling platinum group metals from catalytic converters, particularly when there are smaller amounts of metals that are going to be recycled. The hydrometallurgical process does not require any special equipment and it does cause as much environmental impact as the pyrometallurgical process, which in turn contributes to a more sustainable recycling method.
Place, publisher, year, edition, pages
2023. , p. 27
Series
TRITA-ITM-EX ; 2022:398
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-324116OAI: oai:DiVA.org:kth-324116DiVA, id: diva2:1738162
Supervisors
Examiners
2023-02-212023-02-212023-02-21Bibliographically approved