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奧林巴斯Vanta XRF分析儀是如何應(yīng)用于汽車催化劑回收行業(yè)的?

閱讀:424      發(fā)布時間:2021-5-26
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   Vanta XRF分析儀 

     應(yīng)用于汽車催化劑回收行業(yè)

 

首先,我們有必要先簡要介紹一下汽車催化轉(zhuǎn)化器(Car Catalyst或Car Cat)的功能。這些轉(zhuǎn)化器的目的是減少汽車尾氣排放到大氣中的污染物。

 

汽車催化轉(zhuǎn)化器是一個蜂窩狀圓柱體,有一層鉑(Pt)、鈀(Pd)和銠(Rh),也稱為鉑族金屬(PGMs),以不同的含量附著在其表面。汽車尾氣中未燃燒的殘留物,如一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔铮–H)或氮氧化物(NO)等,經(jīng)過附有鉑族金屬的蜂窩狀圓柱體,被尾氣中的氧氣氧化并被中和。

 

近50年來,汽車催化劑已經(jīng)成為內(nèi)燃機汽車*的一部分。汽車催化劑的平均壽命取決于幾個因素,如燃料的質(zhì)量和發(fā)動機的體積,但它通??梢跃S持100,000公里(約62,000英里)。通過對汽車催化劑的合理處理,我們可以為其中的鉑族金屬提供第二次生命。通過分類和適當(dāng)處理廢棄的催化劑,鉑族金屬可以被回收并在未來的生產(chǎn)中重復(fù)使用。

 

目前,這些再加工鉑族金屬占催化劑總產(chǎn)量的40%左右,但仍不能滿足日益增長的市場需求。目前,汽車催化劑回收不僅在經(jīng)濟上有利可圖,也是世界經(jīng)濟發(fā)展趨勢和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)所預(yù)測的必然。

含有貴金屬供循環(huán)利用的汽車催化轉(zhuǎn)化

鉑和鈀是中和有害排放物很有效的兩種元素。雖然除了汽車制造外,鉑、鈀還被用于許多行業(yè)——比如珠寶生產(chǎn)——但如今生產(chǎn)的90%的鉑、鈀都用于汽車催化劑的生產(chǎn)。隨著新燃料標(biāo)準(zhǔn)(China VI, Tier 3, Euro 6d, Bharat 6)的采用,可以肯定地說,在未來幾年,鉑族金屬的需求將會增長。因此,汽車催化劑回收有很大的市場前景。

 

另外一個重要的事實是,從環(huán)境的角度來看,回收用過的汽車催化劑比通過采礦提取鉑族金屬的危害要小得多。更不用說,鈀在一般是礦物加工廠的副產(chǎn)品,其提取效率很低。

 

Vanta如何協(xié)助回收汽車催化劑?

 

從采礦和廢料加工行業(yè)引進(jìn)的X射線熒光(XRF)測試方法已被證明可以*勝任汽車催化劑的回收工作。如果不使用特殊設(shè)備,是不可能快速確定汽車催化劑中鉑族金屬的含量的,這為回收過程帶來麻煩。而奧林巴斯便攜式XRF分析儀Vanta可以在幾秒內(nèi)為用戶提供待回收催化劑中的鉑、銠和鈀的含量。

 

使用Vanta分析儀,可以對汽車催化劑進(jìn)行分類,從而以較佳方式提取鉑族金屬并為回收確定一個合理的價格。Vanta分析儀可以與研磨機、攪拌機和秤等一起使用,是汽車催化劑回收較佳的工具。

 

Vanta分析儀可以分析的元素范圍是從鎂(Mg)到鈾(U)(元素周期表的順序),同時顯示多達(dá)45個元素。當(dāng)然,對于汽車催化劑回收來說,感興趣的元素種類要少得多:鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)、鉭(Ta)、鈰(Ce)、硒(Se)、鎢(W)、硅(Si)、鉛(Pb)、鋯(Zr)、釕(Ru)、鑭(La)、鎳(Ni)和硫(S)。所有這些元素都是優(yōu)先考慮的,并包含在Vanta為該應(yīng)用定制的Car Catalyst方法中。然而,你仍然可以分析從鎂(Mg)到鈾(U)范圍內(nèi)的其他元素。

 

隨著汽車催化劑回收業(yè)務(wù)的持續(xù)增長,試圖以盡可能高的價格出售廢舊汽車催化劑的欺騙者數(shù)量也在增加。提高汽車催化劑價值相當(dāng)常見的方法是增加含鉛(Pb)的添加劑。還有更復(fù)雜的欺騙方法,比如在混合物中加入鉭(Ta)或硒(Se)來模擬XRF光譜上的鉑(Pt)峰。錯誤也可能在沒有惡意的情況下發(fā)生——例如,帶有非專業(yè)校準(zhǔn)的pXRF很容易將柴油微粒過濾器(DPF)中的鎢(W)誤認(rèn)為鉑(Pt)——這種情況非常常見。Vanta分析儀可以幫助避免這種混淆,它*的校準(zhǔn)有助于防止此類欺詐或錯誤的發(fā)生。

 

如何從催化轉(zhuǎn)化器中制備樣品,以獲得準(zhǔn)確和有代表性的結(jié)果?

3.JPG
 
 
汽車催化劑塊樣本以及該樣本的初步Pd含量(ppm)
 

樣品制備是XRF分析的重要組成部分。90%的XRF誤差與樣品制備有關(guān)。在汽車催化劑回收領(lǐng)域,通常需要處理兩種類型的樣品:塊狀蜂窩狀樣品(整體或分體)和粉末樣品。蜂窩結(jié)構(gòu)表面上涂附的鉑族金屬常常不均勻(圖2),所以這樣的樣本只能提供一個初步測試結(jié)果,可以利用該結(jié)果對汽車催化劑進(jìn)行簡單分類或者識別那些鉑族金屬已經(jīng)被移除的“空汽車催化劑”,特別是當(dāng)回收小批量汽車催化劑的時候。

 

為了對汽車催化劑進(jìn)行分類以供后續(xù)提純或大批量生產(chǎn),需要額外的樣品制備步驟以獲得有代表性的結(jié)果。一般來說,我們建議以下方法:

 

1)   按類型進(jìn)行粗分類

2)   每一類分別粉碎(重要的是要使顆粒大小分布盡可能均勻)

3)   均質(zhì)化

4)   取樣(如果需要,可以使用壓機)

 

另外,必要時也需要密切監(jiān)測濕度。超過10%的濕度波動會很大程度上地影響分析的準(zhǔn)確性。樣品獲得后,要做3-5次測試,然后取平均值。如果在樣品制備階段沒有發(fā)生錯誤,則應(yīng)該有一個4ppm-31ppm左右的平均誤差。

 

不同的Vanta型號有什么區(qū)別?

 

奧林巴斯為汽車催化劑回收提供了多種Vanta型號。它們之間的主要區(qū)別是分析速度、靈敏度和輕元素(鎂(Mg)、鋁(Al)、硅(Si)、磷(P)和硫(S)的檢測能力。

 

Vanta L分析儀是一種經(jīng)濟型催化劑分類設(shè)備。該設(shè)備配備了PIN探測器,所以它無法探測到比鈦輕的元素。Vanta L分析儀的平均分析時間約為40-60秒。Vanta C和M分析儀是采用硅漂移探測器(SDD)技術(shù)的器件,能夠檢測輕元素,這將有助于確定碳化硅(SiC)的含量以及控制其含硫(S)量。在這些設(shè)備上的平均測試時間約為15-20秒,工作效率是配置PIN檢測器設(shè)備的3倍。

 

表中Pd(單位為ppm)的結(jié)果和誤差顯示了這種差異。Vanta M分析儀5秒測試的測量結(jié)果與Vanta L分析儀60秒測試的結(jié)果接近。

圖片
 
Vanta L分析儀和Vanta M分析儀對Pd的檢測結(jié)果和誤差比較
 

Vanta有哪些特性適合汽車催化劑回收?

 

首先值得一提的是校準(zhǔn)的穩(wěn)定性和結(jié)果的重復(fù)性。很難相信這些結(jié)果來自便攜式XRF。此外,基于Axon技術(shù),每一臺Vanta分析儀之間都能保證較高的重復(fù)性。這對市場的大型參與者來說尤其有利。此外,它還提供了使用“用戶因子”來調(diào)整設(shè)備以適應(yīng)不同催化劑基質(zhì),就像你去另一個時區(qū)旅行時,只要改變時鐘就可以了。

 

鎢靶材和銀靶材X射線管都是汽車催化劑分析的較佳選擇。因為使用銠靶材X射線管時,光譜上會出現(xiàn)相應(yīng)的特征峰。另外,Vanta分析儀測量窗口的大小是很重要的。大窗口能夠分析一個大的表面積,從而提高準(zhǔn)確性。

 

回收催化劑是一個粉塵非常大的過程,因此IP55防塵防潮是明顯有利的。Vanta系列主線的3年保修期也是一個顯著優(yōu)勢。

 
Vanta工作站

對于生產(chǎn)過程,客戶可以使用奧林巴斯XRF工作站(圖3),這將Vanta變成一個成熟的臺式XRF,便于固定使用。Vanta也符合工業(yè)4.0,可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和并打印報告,可以將數(shù)據(jù)直接從設(shè)備發(fā)送到ERP系統(tǒng),而無需用戶干預(yù)。此功能有助于讓工作更加可控。

 

隨著汽車催化劑回收市場的快速增長,提純工廠將收緊對來料的要求。在計算來料成本時,碳化硅(SiC)和硫(S)的含量將會越來越重要。因此,帶有硅漂移探測器(SDD)和X射線粉末衍射儀(XRD)將越來越受歡迎。例如奧林巴斯Terra Ⅱ X射線衍射分析儀,不僅可以定量估計碳化硅(SiC)含量,還可以確定其特定相。

 

在未來,隨著奧林巴斯科學(xué)云3.0(Olympus Scientific Cloud 3.0)的開放和優(yōu)化,我們能夠為汽車催化劑回收者提供的不僅僅是一個測量工具,更是一個基于云進(jìn)行計算和測試的生態(tài)系統(tǒng),這對許多小型參與者來說可能是成功的關(guān)鍵。

 

 

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