RECICLAGEM DE METAIS DO GRUPO DA PLATINA PROVENIENTE DE CATALISADORES AUTOMOTIVOS

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1 RECICLAGEM DE METAIS DO GRUPO DA PLATINA PROVENIENTE DE CATALISADORES AUTOMOTIVOS P. M.H. Petter* H. M. Veit Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS LACOR - Laboratório de Corrosão, Proteção e Reciclagem de Materiais Campus do Vale, Setor IV Prédio Av. Bento Gonçalves, Porto Alegre/RS Brasil RESUMO Atualmente, é muito importante utilizar fontes alternativas à mineração da platina, pois em seus depósitos naturais, normalmente, este metal encontra-se associado a minérios sulfetados, em concentrações muito baixas, conseguindo-se uma extração média de 1-2g de metais do grupo da platina/tonelada de minério, já em catalisadores automotivos consegue-se extrair em torno de 3kg/tonelada de platina, minimizando o custo econômico e energético e os danos ambientais da extração em minérios de metais em concentrações tão baixas, sendo assim uma fonte muito atraente que justifica e viabiliza estudos para a reciclagem deste metal a partir desta fonte secundária. Visando a minimização deste custo econômico e energético e a diminuição dos danos ambientais este trabalho tem como principal objetivo caracterizar e avaliar a viabilidade de recuperação do metal platina que está presente em catalisadores automotivos já utilizados. Para isto os catalisadores foram coletados quando sua vida útil já havia se esgotado. Este material foi inicialmente caracterizado quimicamente através da lixiviação em dois meios distintos e a análise química foi realizada com ICP OES. Na sequência as amostras foram caracterizadas pela técnica de DRX a fim de verificar os principais componentes do suporte cerâmico. Os resultados nos mostram que há aproximadamente 3kg Pt/ tonelada de catalisadores na sua constituição que podem ser separados e reutilizados. A DRX mostrou que o suporte cerâmico é composto basicamente de Mg2(Al4Si5O18) e Al0.52Zr0.48O1.74. Palavras chaves: reciclagem, catalisadores automotivos, caracterização. 7513

2 INTRODUÇÃO O preço de metais como platina, paládio e ródio tem aumentado continuamente nos últimos anos o que faz com que aumente o interesse pela reciclagem. Desta forma, a busca por fontes secundárias destes metais, como os catalisadores automotivos, vêm crescendo na mesma proporção, o que estimula estudos quanto à caracterização destes materiais, assim como o desenvolvimento de rotas de reciclagem. De acordo com Traeger et al. os catalisadores automotivos mais comuns consistem de monólitos de cerâmica, que são revestidos principalmente com óxido de alumínio. Além disso, metais do grupo da platina (PGM) são fixados na superfície do referido revestimento cerâmico. De acordo com Chen et al, os catalisadores automotivos monolíticos são do tipo favos de mel com a platina, paládio e ródio distribuídos uniformemente sobre a superfície do suporte de cerâmica, sob a forma de partículas metálicas com um diâmetro geralmente inferior a 2,5 nm (Bradford e Baldwin). Desta forma, a extração e recuperação destes metais provenientes de catalisadores exauridos deve ser realizada. Segundo Aberasturi et al. os metais presentes nos catalisadores podem ser lixiviados com um ácido fortemente oxidante ou em meios contendo cloreto, como água régia, a fim de obter os cloro-complexos de PGM. Outra possibilidade é o uso de processos pirometalúrgicos. Segundo Jha et al, o processo pirometalúrgico é utilizado muitas vezes para concentrar os metais de interesse em uma fração facilitando assim sua recuperação. 1- MATERIAIS E MÉTODOS Os catalisadores automotivos utilizados nesta pesquisa eram catalisadores já utilizados e com sua vida útil extinguida. Eles foram coletados em duas oficinas mecânicas distintas, sendo que os catalisadores estão misturados, não foram separados por marca, modelo de automóvel e nem potência dos mesmos. Foram separados em dois grupos de amostras, amostra A e amostra B. Na figura 1 podemos visualizar amostras do material utilizado no trabalho. 7514

3 Figura 1 Amostra de catalisadores automotivos. A primeira etapa deste projeto consiste na caracterização do resíduo de catalisadores automotivos, consistindo na caracterização química e mineralógica do material. Para a caracterização química inicial dos catalisadores, amostras foram lixiviadas com duas soluções distintas: a primeira consiste em 92 ml de água-régia com a presença de 8 ml ácido sulfúrico concentrado, a segunda consiste de 72 ml de ácido clorídrico concentrado, 20 ml peróxido de hidrogênio e 8 ml ácido sulfúrico concentrado, sempre utilizando refluxo durante o processo de 6 horas e uma temperatura de 90 C. Após realizou-se a caracterização das mesmas pelo método de ICP OES. Os ensaios de lixiviação foram realizados numa relação sólido/líquido (S/L) de 1/10, utilizando aproximadamente 10g de catalisador, sendo sempre utilizada agitação magnética. Os parâmetros utilizados estão descritas na tabela 1. Tabela 1 Parâmetros utilizados para a lixiviação dos catalisadores. Ensaio Reagentes Amostra do catalisador Tempo (horas) Temperatura (ºC) 1 Água-régia + H 2SO 4 A 6 90 ± 3 2 Água-régia + H 2SO 4 B 6 90 ± 3 3 HCl + H 2O 2 + H 2SO 4 A 6 90 ± 3 4 HCl + H 2O 2 + H 2SO 4 B 6 90 ± 3 Na sequência do trabalho, os catalisadores foram caracterizados pela técnica de DRX a fim de verificar os minerais presentes no suporte cerâmico utilizado nos catalisadores. Para este ensaio o resíduo dos dois tipos de catalisadores foi cominuído manualmente utilizando gral e pistilo até granulometrias inferiores a mm (peneira de #325). 3- RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados obtidos com a caracterização química dos catalisadores automotivos após digestão em água-régia e ácido sulfúrico ou ácido nítrico, peróxido de hidrogênio e ácido sulfúrico estão apresentados na tabela

4 Tabela 2 Resultados obtidos na caracterização química dos catalisadores automotivos. Ensaio Reagente Amostra do catalisador Pt (g/ton) 1 Água-régia + H 2SO 4 A Água-régia + H 2SO 4 B HCl + H 2O 2 + H 2SO 4 A HCl + H 2O 2 + H 2SO 4 B 2572 Aberasturi et al encontrou na caracterização química valores de 1888 gpt/ton catalisador. Podemos verificar, de acordo com os resultados obtidos, que conseguimos digerir valores superiores para a platina. Na seqüência as amostras de catalisadores foram analisadas pela técnica da Difração de Raio X. Na figura 2 e figura 3 podemos verificar os resultados obtidos na amostra A e B analisada respectivamente. Figura 2 Resultado da análise do DRX para a amostra A. 7516

5 Figura 3 Resultado da análise do DRX para amostra B. A análise de DRX constatou a presença de dois compostos o composto A sendo a cordierita e B óxido de zircônio e alumínio em ambos os tipos de catalisadores. Estes resultados são compatíveis com os dados obtidos por Aberasturi et al para os componentes formadores do suporte cerâmico. 4- CONCLUSÕES De acordo com as análises realizadas e os resultados obtidos até a presente etapa do projeto podemos concluir que: a caracterização química mostrou que os catalisadores automotivos apresentam teores interessantes de platina; também podemos verificar que os lixiviantes utilizados na digestão das amostras foram efetivos e que não apresentaram diferenças significativas entre ambos; as análises realizadas por DRX detectaram os principais componentes da parte cerâmica do catalisador, entre eles quartzo e calcário; não foi constatada nenhuma grande diferença entre a composição química para a amostra A e B dos catalisadores coletados. 5- AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de agradecer a CAPES e o CNPq pelo apoio financeiro. 7517

6 6- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1- Aberasturi, D. J., Pinedo, R., Larramendi, I. R. de, Larramendi, J.I. R. de, Rojo T. Recovery by hydrometallurgical extraction of the platinum-group metals from car catalytic converters Minerals Engineering 24 (2011) Bradford, C.W., Baldwin, S.G., Recovery of Precious Metals from Exhaust Catalysts.GB patent 3-Chen, S., Shen, S., Cheng, Y., Wang, H., L, B., Wang, F.. Effect of O2, H2 and CO pretreatments on leaching Rh from spent auto-catalysts with acidic sodium chlorate solution. Hydrometallurgy (2014) Jimenez de Aberasturi, D., Pinedo, R., Ruiz de Larramendi, I., Ruiz de Larramendi, J.I., Rojo, T., Recovery by hydrometallurgical extraction of the platinum-group metals from car catalytic converters. Miner. Eng. 24, Jha, M.K., Lee, J. Kim, M. Jeong, J., Kim, B., Kumar, V.. Hydrometallurgical recovery/recycling of platinum by the leaching of spent catalysts: A review. Hydrometallurgy 133 (2013) Traeger, J., König, J., Städtke, A., Holdt, H.-J. Development of a solvent extraction system with 1,2- bis(2-methoxyethylthio) benzene for the selective separation of palladium(ii) from secondary raw materials. Hydrometallurgy (2012) RECICLAGEM DE METAIS DO GRUPO DA PLATINA PROVENIENTE DE CATALISADORES AUTOMOTIVOS ABSTRACT Currently, it is very important to use alternative sources to mining platinum because of its natural deposits, typically this metal is associated with sulphide minerals, in very low concentrations, achieving an average extraction 1-2g group metals platinum per ton of catalysts, as in automotive catalysts can be extracted around 3kg of platinum per ton of catalysts, minimizing the economic and energy cost and environmental damage from the extraction of metals from ores at such low concentrations, as well as a source very attractive that justifies and enables studies for the recycling of this metal from this secondary source. Order to minimize this economic and energy cost and reducing the environmental damage this work aims to characterize and evaluate the platinum metal recovery feasibility is present in automotive catalysts already used. For this the catalysts were collected when his life had already been exhausted. This material was initially chemically characterized by leaching in two different media and chemical analysis was performed with ICP OES. Following samples were characterized by XRD technique to verify the main components of the ceramic support. The results show that approximately 3kg of Pt per ton of catalysts in their constitution than can be separated and reused. XRD showed that the ceramic support consists primarily of Mg2(Al4Si5O18) and Al0.52Zr0.48O1.74. Keywords: recycling, automotive catalysts, characterization 7518