Nel 2020 sono stati prodotti circa 78 milioni di veicoli a motore a livello globale. Nonostante l'aumento della produzione e delle vendite dei veicoli elettrici (EV - electric vehicles), la maggior parte delle automobili possiederanno nei prossimi anni motori a combustione con convertitori catalitici.
Figura 1. Struttura di un convertitore catalitico
La produzione di queste componenti di automobili richiedono rilevanti quantità di materie prime. In particolare si verifica un'elevata domanda a livello globale di metalli preziosi rari presenti all'interno di convertitori catalitici come platino, palladio e rodio La loro funzione è quella di assicurare che i residui incombusti di monossido di carbonio, di idrocarburi o ossidi di azoto siano ossidati e neutralizzati. Questi metalli sono inoltre necessari per veicoli in uso. Dopo circa 100 000 chilometri è in genere necessaria la sostituzione dei convertitori catalitici.
Tuttavia l'estrazione di questi elementi risulta costosa e inquinante. Per ottenere un solo grammo di platino devono essere estratti circa 300 kg di roccia da una profondità di 1 000 metri. Indipendentemente dai mezzi e i costi richiesti per l'estrazione, le grandi miniere in Africa, Russia e America riescono difficilmente a soddisfare la domanda crescente.
Il riciclaggio di convertitori catalitici esausti di automobili rappresenta un approccio molto più compatibile con l'ambiente e con la conservazione delle risorse. Il platino, il palladio e il rodio possono essere recuperati da catalizzatori esausti e riutilizzati per realizzare nuovi catalizzatori se viene attuata una corretta cernita e preparazione degli scarti.
Precisione e trasparenza determinano affidabilità
I prezzi di questi metalli preziosi cambiano in funzione delle variazioni di domanda, dei volumi di produzione e dei rallentamenti della fornitura. Precisione, velocità e trasparenza sono necessarie nel processo di riciclaggio per identificare e valutare correttamente questi metalli costosi.
Gebrüder Naim OHG a Saarbrücken, un'azienda internazionale di riciclaggio che mantiene il rapporto con fornitori e clienti in 50 paesi a livello globale, è consapevole del valore di una precisa valutazione. L'azienda di riciclaggio è stata attiva nel commercio degli scarti metallici dall'inizio degli anni 2000 e si è concentrata sull'acquisto, trattamento e vendita di catalizzatori per molti anni. Tra 300 kg e 10 tonnellate di materie prime arrivano dai fornitori a livello globale (a volte via mare dal Sud Africa e dall'Australia).
Figura 2: Catalizzatori in ingresso
Figura 3. Pesata della merce in ingresso
Le relazioni d'affari virtuose si basano su risultati di analisi precisi e veloci per la definizione del prezzo, oltre a franchezza e onestà. La verifica veloce e diretta sul posto del contenuto di metalli preziosi in catalizzatori esausti contribuiscono a costruire un rapporto di fiducia e a evitare frodi. L'addetto al riciclaggio si affida alle analisi a fluorescenza a raggi X (XRF) per determinare con precisione i numerosi elementi chimici presenti in un campione di catalizzatore. Eseguono questa analisi mediante l'analizzatore XRF portatile Vanta™ Olympus (modello VLW).
Veloci risultati di analisi elementari per la verifica del contenuto di metalli preziosi
L'analizzatore Vanta è robusto e resistente alla polvere-acqua per assicurare un maggiore tempo di operatività e un minore costo di proprietà. Il dispositivo è dotato dell'innovativa Axon Technology™ sviluppata da Olympus per ottenere dei risultati veloci, esatti e riproducibili (da analisi a analisi e da dispositivo a dispositivo). L'analizzatore fornisce delle risposte veloci misurando i raggi X a fluorescenza emessi da un campione quando viene colpito da raggi X. In 30 secondi l'analizzatore determina la quantità di un numero massimo di 25 elementi presente in un campione.
Figura 4 Esempio di analisi di catalizzatore di automobili mediante un analizzatore XRF portatile Vanta
Oltre al platino, palladio e rodio, l'analizzatore può mostrare altri elementi come cerio tungsteno, nichel e rutenio in campioni di catalizzatori. Viene determinata la quantità di piombo visto ce può influenzare il peso della materia prima e quindi del prezzo. Inoltre viene determinata la quantità di tantalio e selenio visto che le loro specifiche linee energetiche possono sovrapporsi alle linee energetiche del platino. Senza conoscere gli elementi presenti, un addetto al riciclaggio potrebbe determinare in modo erroneo che il catalizzatore esausto possieda un'eccessiva quantità di platino. L'analizzatore Vanta evita questa problematica grazie agli algoritmi intelligenti. In questo modo si ottiene una precisione eccezionale coerente con il 99% delle analisi di laboratorio.
Figura 5: Analisi di un campione di catalizzatore mediante un analizzatore Vanta VLW e una workstation
Analisi e trattamento di catalizzatori esausti
In un breve periodo di tempo possono essere analizzati e calcolati integralmente piccole quantità di convertitori catalitici forniti. I convertitori catalitici sono sezionati e compressi per accedere alle strutture monolitiche in ceramica (parte centrale) situate all'interno del telaio che risultano rivestite di metalli preziosi.
Figura 6: Apertura del catalizzatore
Mentre il telaio viene destinato al processo di riciclaggio dell'acciaio, le preziose strutture monolitiche vengono polverizzate in un mulino a sfere e, in seguito, setacciate, omogenizzate, essiccate e miscelate. Un campione di polvere viene compresso con un agente legante e diviso in tre parti.
Figura 7 Strutture monolitiche polverizzate in un mulino a sfere
Figura 8 Campionamento
Una parte è destinata al fornitore a fini di controllo mediante un analizzatore Vanta. Un'altra parte rimane in possesso dell'azienda di riciclaggio. L'ultima parte serve come campione di riserva. Infine viene realizzata un'analisi mediante l'analizzatore XRF portatile Vanta.
Per il trattamento di maggiori quantità, il campione viene anche inviato a un laboratorio esterno per un'analisi chimica per via umida nella quale la polvere può essere convertita in un campione liquido e i diversi metalli preziosi possono essere misurati. Non è possibile superare la precisione dei risultati ottenuti mediante questo metodo. Tuttavia è spesso necessaria una settimana per ottenere i risultati e i costi sono relativamente alti. Per queste maggiori quantità l'azienda di riciclaggio deve innanzitutto pagare una percentuale significativa del valore basato sull'analisi effettuata sul posto e, in seguito, pagare il saldo dopo aver ricevuto i risultati del laboratorio esterno. Questo processo è noto come "toll refining" con il saldo basato sull'analisi.
Figura 9: Analisi di campioni di catalizzatori nel laboratorio
In seguito al calcolo del fornitore tutte le componenti interne macinate dei convertitori catalitici vengono vendute a diverse raffinerie a livello globale per il recupero dei metalli preziosi.
Grazie all'analizzatore XRF portatile Vanta, le aziende di riciclaggio possono, in modo immediato e trasparente, verificare il contenuto di elementi offerti per la definizione veloce e equa di un accordo sul prezzo che possa risultare conveniente per entrambe le parti. Questa garanzia permette di instaurare una relazione di affari duratura e vantaggiosa.
