Химическая пробоподготовка отработанных автомобильных катализаторов

Дьячкова А.В.,¹ Кириллов А.Д.²

¹ Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»,

Москва, Россия.

Аспирант 3г.

² ОАО «Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет», Москва, Россия. Молодой учёный.

Научный руководитель: Карпов Ю.А.

Отработанные автомобильные катализаторы (АК) представляют значительный интерес как вторичное сырье для получения платиновых металлов (ПМ). Характерными особенностями отработанных АК как объекта анализа является относительно низкое содержание ПМ (n 10^-1 – n·10^-3) % и нестереотипные соотношения матричных и определяемых компонентов. В настоящее время используют два типа АК – на керамической либо металлической основе. В связи с высокой стоимостью ПМ и значительными объемами перерабатываемого материала основным требованием, предъявляемым при определении ПМ в отработанных АК, является высокая точность анализа.

Одним из современных эффективных инструментальных методов анализа является метод атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП). Высокая стабильность разряда плазмы, экспрессность измерений, простота градуирования, возможность одновременного многоэлементного определения макро- и микрокомпонентов и высокие метрологические показатели обуславливают эффективность использования этого метода для определения ПМ в отработанных АК. Поскольку при анализе методом АЭС-ИСП состав анализируемых растворов должен адекватно отражать состав исходных образцов испытуемых материалов по определяемым элементам и не создавать помех для точного измерения их аналитических сигналов, важно сделать правильный выбор способа предварительной химической пробоподготовки (ХПП). Кроме того, при определении ПМ методом АЭС-ИСП необходимо учитывать матричные спектральные и неспектральные влияния на результаты анализа. Поэтому выбор способа ХПП и условий проведения АЭС-ИСП применительно к каждому конкретному объекту анализа является актуальной аналитической задачей.

Целью настоящего исследования являлось систематическое изучение различных способов разложения проб отработанных АК на керамической и металлической основе с учетом их специфики как объекта анализа с последующим инструментальным определением платины, палладия и родия методом АЭС-ИСП.

Определение ПМ выполняли на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно связанной плазмой iCAP 6300 фирмы Thermo Scientific. Для определения платины была выбрана аналитическая линия 265,94 нм, для определения палладия – 363, 47 нм, для определения родия – 343,50 нм. Изучено влияние сопутствующих компонентов, а также кислот, используемых при разложении проб отработанных АК, на аналитические сигналы платины, палладия и родия.

Проведены исследования кислотного разложения проб отработанных АК на керамической и металлической основе в аналитических автоклавах. Процесс разложения проб в автоклавах протекает более эффективно по сравнению с открытыми системами, при этом сокращается время ХПП, снижается расход реагентов, улучшаются условия работы, уменьшается энергоемкость и трудоемкость этапа разложения проб [1]. В работе использованы аналитические автоклавы АТ-3С и системы автоклавной пробоподготовки с резистивным нагревом МКП-04 (производство НПВФ АНКОН-АТ-2). Проведена серия опытов по автоклавному разложению проб отработанных АК при температурах 160 – 240 ^оС, длительность разложения находилась в интервале 0,5 – 4 ч. Полнота перевода ПМ в раствор подтверждена методом варьирования навесок, а также сопоставлением с результатами анализа, полученными после полного разложения пробы. Изучена зависимость степени перевода компонентов пробы в раствор от температуры, длительности разложения и соотношения реагентов.

Установлено, что при кислотном разложении АК на металлической основе образуется раствор с высоким содержанием железа и хрома, что существенно затрудняет определение ПМ методом АЭС-ИСП. С целью устранения влияний мешающих компонентов предложено проводить сорбционное отделение и концентрирование ПМ из раствора с помощью гетероцепных S,N-содержащих сорбентов, полученных реакцией тиометилирования полиаминов. Данные сорбенты обладают высокой емкостью и селективностью по отношению к ПМ [2]. В результате проведенных исследований установлено, что при анализе отработанных АК на металлической основе применение сорбентов позволяет провести селективное отделение и концентрирование платины, палладия и родия из полученного раствора. При этом макрокомпоненты анализируемых проб (алюминий, железо, хром и т.д.) не переходят в сорбат, что дает возможность успешно провести определение ПМ методом АЭС-ИСП.

На основании проведенных исследований разработана методика анализа отработанных АК, включающая кислотное разложение проб в аналитических автоклавах и последующее определение ПМ методом АЭС-ИСП. Относительное стандартное отклонение по разработанной методике составляет 11 – 5 % отн. при содержаниях платины, палладия и родия от 0,03 до 0,3 %.

Литература:

[1] Карпов Ю.А., Орлова В.А. Зав. Лаб. 73, 4-11 (2007)

[2] Дальнова О.А., Филатова Д.Г., Карпов Ю.А., Ширяева О.А., Алексеева Т.Ю., Ширяев А. А. Зав. Лаб. 75, 18-22 (2009)

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки ГК 16.552.11.7043.