La récupération de métaux précieux à partir des catalyseurs désigne le processus d'extraction du platine, du palladium, du rhodium et d'autres métaux précieux des catalyseurs industriels usagés en utilisant des technologies physiques, chimiques et biologiques. L'importance de la récupération des métaux précieux des catalyseurs va au-delà de la valeur économique (le recyclage d'une tonne de catalyseurs automobiles usagés produit 1 à 2 kilogrammes de métaux du groupe du platine d'une valeur supérieure à 120 000 $, pour un coût représentant seulement 30 à 50 % de l'extraction minière nouvelle). Elle réduit également la dépendance aux ressources minérales et atténue les risques environnementaux. La directive européenne sur les véhicules hors d'usage et les réglementations environnementales de plusieurs pays rendent obligatoire le recyclage des métaux précieux, orientant l'industrie vers un cycle fermé « production-utilisation-récupération ».
Les catalyseurs à métaux précieux sont principalement classés en catalyseurs hétérogènes (par exemple, les catalyseurs solides pour la purification des gaz d'échappement automobiles) et catalyseurs homogènes (par exemple, les composés métalliques solubles utilisés dans les réactions chimiques). Les catalyseurs à métaux précieux couramment recyclables comprennent : les catalyseurs d'échappement (contenant du platine, du palladium, du rhodium), les catalyseurs d'hydrogénation pétrochimique (contenant du molybdène, du nickel, du vanadium), les catalyseurs de piles à combustible (à base de platine) et les catalyseurs environnementaux de dénitrification (contenant des métaux du groupe vanadium-titane).
L'innovation technologique en 2025 se concentre sur une récupération verte et efficace. La technologie de lixiviation assistée par micro-ondes surmonte les limitations traditionnelles : un nouveau réacteur utilise un rayonnement micro-ondes de 2450 MHz combiné à une tige d'agitation en verre rétractable, abordant directement la faible efficacité de transfert de masse causée par la viscosité élevée des liquides ioniques. Ce système intègre une sonde infrarouge à cristal ATR en diamant pour la surveillance en temps réel des composants de la solution réactionnelle et l'optimisation dynamique des paramètres, améliorant considérablement les taux de récupération du platine, du palladium et du rhodium.
Les techniques de biorestauration utilisent des micro-organismes (par exemple, Ferriportia oxydans) ou du mycélium fongique pour adsorber les nanoparticules de platine, atteignant des taux de récupération supérieurs à 90 % avec une faible consommation d'énergie et zéro pollution. Les nanomatériaux magnétiques fonctionnalisés (par exemple, Fe₃O₄@SiO₂-NH₂) capturent sélectivement les ions métalliques précieux par des interactions de coordination, permettant une séparation et un recyclage rapides. Les systèmes de récupération intelligents intègrent l'IoT et des algorithmes d'apprentissage automatique pour ajuster dynamiquement les paramètres de lixiviation. Une entreprise a atteint une augmentation de 12 % de la récupération de platine en utilisant des modèles d'IA.
Optimisation continue des procédés hydrométallurgiques : la récupération du palladium en lixiviation acide chlorhydrique/peroxyde d'hydrogène (HCl/H₂O₂) a atteint 92,6 %. Un catalyseur à nanocapsules à cœur de fullerène-Pd, construit après purification par complexation à l'urée, a démontré une activité ultra-élevée dans la réduction du 4-nitrophénol (taux de conversion >99 % en 3,5 minutes). Le procédé intégré de dialyse à diffusion de liquide ionique - évaporation MVR atteint des taux de récupération de métaux précieux >98 %, tout en maintenant une récupération d'acide ≥80 % et en permettant une valorisation des sels cristallisés.
La récupération des métaux précieux des catalyseurs usagés commence par un prétraitement. Les catalyseurs usagés subissent un broyage, un criblage et une séparation magnétique pour isoler le support des composants actifs. Suit une calcination à haute température (calcination contrôlée à l'oxygène en quatre étapes de 50 à 800°C) pour éliminer les dépôts de carbone et les matières organiques. L'activation pyrolytique se produit sous atmosphère inerte pour éviter la volatilisation des métaux (par exemple, perte de rhodium au-dessus de 800°C).
L'étape de lixiviation utilise une extraction sélective par solvant pour les métaux précieux. Les solutions hydrométallurgiques courantes comprennent l'eau régale, l'acide chlorhydrique-chlorate ou la thiourée, où le pH et le potentiel redox sont contrôlés pour dissoudre sélectivement les métaux cibles. Un procédé innovant utilise un agent de lixiviation mixte acide chlorhydrique-acide citrique-peroxyde d'hydrogène. La réaction se produit à une puissance micro-ondes de 600 W et une agitation de 200 tr/min pendant 20 minutes, permettant une dissolution hautement efficace des métaux du groupe du platine. Après centrifugation de la solution de lixiviation pour séparer les résidus, la solution entre dans l'étape de purification.
La purification et l'affinage utilisent une séparation multi-étapes. L'ajout d'une solution de Na₂SO₃ à la solution de lixiviation élimine plus de 90 % des impuretés de fer (à des températures ≥303 K, pH=1,5-2,0), suivie d'une contre-extraction avec NH₄OH pour éliminer le cuivre et le zinc. L'extraction par solvant utilisant des extractants à base de phosphine (Cyanex 923) ou d'amine sépare séquentiellement le palladium et le platine. Le dépôt électrochimique dépose sélectivement les métaux à des potentiels contrôlés, atteignant une pureté de 99,95 %. Les produits finaux sont des métaux de haute pureté ou des alliages directement utilisables (par exemple, fer-molybdène, fer-nickel).
L'identification des métaux précieux dans les catalyseurs usagés nécessite de combiner l'analyse de la source avec une détection rapide. Les catalyseurs d'échappement automobiles trois voies (provenant de véhicules aux États-Unis, en Allemagne, en France, etc., avec un kilométrage de 110 000 à 220 000 km) contiennent généralement du platine, du palladium et du rhodium. Le support en nid d'abeille céramique doit être broyé à une granulométrie ≤1 mm pour les tests. Les catalyseurs pétrochimiques (catalyseurs d'hydrogénation, de craquage) contiennent du molybdène, du nickel et du vanadium, tandis que les catalyseurs de piles à combustible sont principalement à base de platine.
L'ICP-OES (spectrométrie d'émission optique à plasma inductivement couplé) est la méthode standard pour l'analyse quantitative, permettant une détermination précise de la teneur en métal (par exemple, le catalyseur d'origine contenant 0,126 % de Pd). La vaste expérience de DONGSHENG dans le recyclage des métaux précieux indique une corrélation entre la forme du catalyseur et la teneur en métaux précieux : les catalyseurs supportés sur céramique contiennent principalement des métaux du groupe du platine, tandis que les supports à charbon actif sont couramment utilisés pour l'adsorption et la récupération de l'or et de l'argent.
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