Análise da caracterização de catalisadores do tipo TWC visando recuperação de Pt, Rh e Pd

Abstract

Os catalisadores automotivos compõem uma grande fração no mercado mundial de catalisadores químicos. Seu desenvolvimento está intrinsicamente vinculado a necessidade de se atender à legislação ambiental corrente, que estabelece rigoroso controle da emissão dos gases poluentes (hidrocarbonetos, óxido de carbono e óxidos de nitrogênio), gerados na reação de combustão nos motores. Estes são responsáveis pela contaminação do ar atmosférico, além de causar diversos efeitos colaterais nos seres vivos. Entretanto, tais equipamentos estão sujeitos à desativação (térmica, química e/ou mecânica) conforme cumprem seu tempo de vida útil, resultando em diminuição de atividade catalítica devido à perda de sítios ativos. Sendo assim, o objetivo deste estudo foi analisar e compreender as formas atuais de caracterização dos catalisadores automotivos do tipo TWC (Three-way catalyst ou catalisador de três vias), visando determinar a quantidade remanescente de metais preciosos (Pt, Rh e Pd), por meio de um estudo exploratório como forma de construção de uma revisão bibliográfica sistemática sólida. Ademais, abordou-se a hidrometalurgia como método de extração e recuperação para compreender como esses componentes podem ser reinseridos no mercado catalítico. A partir das bases de dados e palavras-chaves especificadas neste trabalho, foram encontradas 223 referências que, a partir do filtro estabelecido na metodologia empregada, resultaram em 132 artigos referentes à parte teórica que daria o embasamento do estudo e 71 artigos referentes aos métodos de caracterização e recuperação dos PGMs (Precious Group Metal ou Grupo do Metais Preciosos). Por fim, por meio deste estudo, concluiu-se que as análises de DRX (Difração de Raios X), MEV/EDS (Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios X integrada a Microscopia de Eletrônica de Varredura) e ICP-OES (Espectroscopia de Emissão Ótica em Plasma com Acoplamento Indutivo) são eficientes na detecção da quantidade dos componentes dos catalisadores, possibilitando a observação da interface matriz-fase ativa, o que permitiu a determinação dos tipos de desativação sofridos. Tais análises foram os pontos de partida para avaliar se a recuperação dos PGMs usando o método hidrometalúrgico seria viável economicamente e ambientalmente. Tal método retornou valores positivos de recuperação, mostrando que o uso de solução ácida de HCl, HNO3 e H2O2 durante o processo de lixiviação, bem como de pré-tratamentos, levou a uma maior recuperação dos metais preciosos.

The automobile catalysts make up a large fraction of the chemical catalysts’ worldwide market. Its development is intrinsically linked to the need to be aligned with the current environmental legislation, which establishes rigorous control over the emission of polluting gases (hydrocarbons, carbon oxides and nitrogen oxides), generated in the combustion reaction in the engines. They are the responsible for the atmospheric air contamination, in addition to causing various side effects on living beings. However, such equipments are subjected to the deactivation (thermal, chemical and/or mechanical) as their useful life is reached, resulting in a catalytic activity decrease due to loss of active sites. Therefore, the objective of this study was to analyze and understand the current ways of automobile catalyst from the type TWC (Three-way catalyst) characterization’s, aiming to determine the remaining precious metals (Pt, Rh and Pd), through an exploratory study as a way of building a solid and systematic bibliographical review. In addition, hydrometallurgy was the method of extraction and recovery approached to comprehend how these components can be reinserted in the catalytic market. From the databases and keywords specified in this paper, 223 references were found which, from the filtering established in the employed methodology, resulted in 132 referring to the theoretical part that would form the basis of the study and 71 referring to the methods of characterization and recovery of PGMs (Precious Group Metal). Finally, through this study, it was concluded that the DRX (X-ray Diffraction), SEM/EDS (Scanning Electron Microscopy and Energy Dispersive X-ray spectroscopy) and ICP-OES (Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy) analyzes are efficient in detecting the quantity of the components of the catalysts, allowing the observation of the matrix-active phase interface, which allowed the determination of the deactivation type suffered. Such analyzes were the starting point to evaluate if the recovery of the PGMs using the hydrometallurgical method were environmentally and economically viable. This method returned positive recovery values, showing that the use of acidic solutions containing HCl, HNO3 and H2O2 for the leaching process, as well as pre-treatments, led to a greater precious metal recovery.