СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ АНАЛИТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ОТРАБОТАННЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ (ОБЗОР)

Отработанные автомобильные катализаторы (АК) занимают особое место среди вторичного сырья, содержащего драгоценные металлы (сырье ВДМ). Точное определение платиновых металлов в отработанных катализаторах имеет очень важное, а зачастую и решающее значение для оценки экономической эффективности процесса утилизации. В настоящей работе приведен обзор описанных в литературных источниках методов анализа отработанных АК, а также представлены методические разработки института «Гиредмет» совместно с центром «АНСЕРТЭКО» при НИТУ «МИСиС» по анализу АК. Основное внимание уделено применению автоклавного и микроволнового разложения для химической подготовки таких трудновскрываемых объектов, как АК. Отражены преимущества анализа АК с применением метода пробирного концентрирования на базе разработок Екатеринбургского завода по обработке цветных металлов. Разработаны и аттестованы атомно-эмиссионные, атомно-абсорбционные и химико-спектральные методики анализа АК, а также намечены пути их дальнейшего совершенствования.

1. Попова Н. М. Катализаторы очистки выхлопных газов автотранспорта. — Алма-Ата: Наука, 1987. — 224 с.

2. Обзор рынков МПГ 2016 год. — Johnson Matthey, 2017. — 56 с.

3. Dyachkova A. V., Malutina T. M., Karpov Yu. A., Alekseeva T. Yu. Chemical preparation of samples of dead automobile catalyzers for subsequent determination of platinum, palladium, and rhodium using atomic emission spectrometry with inductively coupled plasma Inorg. Mater. 2012. Vol. 48. N 14. P. 1272 – 1278.

4. Brown J. A., Kunz F. W., Belitz R. K. Characterization of automotive catalysts using inductively coupled plasma mass spectrometry: sample preparation J. Anal. Atom. Spectrom. 1991. Vol. 6. N 5. P. 393 – 395.

5. Borisov O. V., Coleman D. M., Oudsema K. A., Carter R. O. Determination of platinum, palladium, rhodium and titanium in automotive catalytic converters using inductively coupled plasma mass spectrometry with liquid nebulization J. Anal. Atom. Spectrom. 1997. Vol. 12. N 2. P. 239 – 246.

6. Кириченко А. С., Серегин А. Н., Федюнина Н. Н. и др. О некоторых методах определения содержания металлов платиновой группы в отработанных автомобильных катализаторах и продуктах их переработки Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2014. № 1. С. 1.

7. Shaobo Shen, Liang Guishen, Tonglin Pan, et al. Selective adsorption of Pt ions from chloride solutions obtained by leaching chlorinated spent automotive catalysts on ion exchange resin Diaion WA21J J. Colloid Interface Sci. 2011. Vol. 364. P. 482 – 489.

8. Bencs L., Ravindra K., van Grieken R. Methods for the determination of platinum group elements originating from the abrasion of automotive catalytic converters Spectrochim. Acta. Part B. 2003. Vol. 58. P. 1723 – 1755.

9. Rauch S., Morrison G. M., Moldovan M. Scanning laser ablationICP-MS tracking of platinum group elements in urban particles Sci. Total Environ. 2002. Vol. 286. P. 243 – 251.

10. Vanhaecke F., Resano M., Garcia-Ruiz E., et al. Laser ablation-inductively coupled plasma-dynamic reaction cell-mass spectrometry (LA-ICP-DRC-MS) for the determination of Pt, Pd and Rh in Pb buttons obtained by fire assay of platiniferous ores J. Anal. Atom. Spectrom. 2004. Vol. 19. P. 632 – 638.

11. Resano M., Garcнa-Ruiz E., McIntosh K. S., Vanhaecke F. Laser ablation-inductively coupled plasma-dynamic reaction cell-mass spectrometry for the determination of platinum group metals and gold in NiS buttons obtained by fire assay of platiniferous ores J. Anal. Atom. Spectrom. 2008. Vol. 23. P. 1599 – 1609.

12. Vanhaecke F., Resano M., Koch J., et al. Femtosecond laser ablation-ICP-mass spectrometry analysis of a heavy metallic matrix: determination of platinum group metals and gold in lead fire-assay buttons as a case study J. Anal. Atom. Spectrom. 2010. Vol. 25. P. 1259 – 1267.

13. Resano M., McIntosh K. S., Vanhaecke F. Laser ablation-inductively coupled plasmamass spectrometry using a double-focusing sector field mass spectrometer of Mattauch-Herzog geometry and an array detector for the determination of platinum group metals and gold in NiS buttons obtained by fire assay of platiniferous ores J. Anal. Atom. Spectrom. 2012. Vol. 27. P. 165 – 173.

14. Алексеева Т. Ю., Филичкина В. А., Карпов Ю. А. Инновационные исследования кафедры сертификации и аналитического контроля в области химического анализа вторичного металлосодержащего сырья Металлург. 2010. № 5. С. 47 – 49.

15. Wayne D. M. Direct determination of trace noble metals (palladium, platinum and rhodium) in automobile catalysts by glow discharge mass spectrometry J. Anal. Atom. Spectrom. 1997. Vol. 12. P. 1195 – 1202.

16. Resano M., Garcнa-Ruiz E., McIntosh K. S., et al. Comparison of the solid sampling techniques laser ablation-ICP-MS, glow discharge-MS and spark-OES for the determination of platinum group metals in Pb buttons obtained by fire assay of platiniferous ores J. Anal. Atom. Spectrom. 2006. Vol. 21. P. 899 – 909.

17. Палесский С. В., Николаева И. В., Козьменко О. А., Анощин Г. Н. Определение элементов платиновой группы и рения в стандартных геологических образцах изотопным разбавлением с масс-спектрометрическим окончанием Журн. анал. химии. 2009. Т. 64. № 3. С. 287 – 291.

18. Asimellis G., Michos N., Fasaki I., Kompitsas M. Platinum group metals bulk analysis in automobile catalyst recycling material by laserinduced breakdown spectroscopy Spectrochim. Acta. Part B. 2008. Vol. 63. P. 1338 – 1343.

19. Lucena P., Vadillo J. M., Laserna J. J. Mapping of platinum group metals in automotive exhaust three-way catalysts using laser-induced breakdown spectrometry Anal. Chem. 1999. Vol. 71. P. 4385 – 4391.

20. Compernolle S., Wambeke D., De Raedt I., et al. Direct determination of Pd, Pt and Rh in fire assay lead buttons by laser ablation-ICP-OES: automotive exhaust catalysts as an example J. Anal. Atom. Spectrom. 2011. Vol. 26. P. 1679 – 1684.

21. Malyutina T. M., D’yachkova A. V., Kudryavtseva G. S., et al. Determination of platinum and palladium in dead catalysts using inductively coupled plasma atomic emission spectrometry after sample digestion by high-temperature fusion Inorg. Mater. 2010. Vol. 46. N 14. P. 1479 – 1482.

22. D’yachkova A. V., Kirillov A. D., Karpov Yu. A., Alekseeva T. Yu. Decomposition of samples of used ceramic-based automotive catalytic converters in analytical autoclaves with resistive heating Inorg. Mater. 2013. Vol. 49. N 14. P. 1272 – 1276.

23. Дьячкова А. В., Алексеева Т. Ю., Еськина В. В., Дальнова О. А. Определение платины, палладия и родия в отработанных атомобильных катализаторах на металлической основе методом атомно-эмиссионной спектрометрии Цветные металлы. 2016. № 6. С. 55 – 61.

24. Bina Gupta, Indu Singh. Extraction and separation of platinum, palladium and rhodium using Cyanex 923 and their recovery from real samples Hydrometallurgy. 2013. Vol. 134 – 135. P. 11 – 18.

25. Ramachandra Reddy B., Raju B., Jin Young Lee, Hyung Kyu Park. Process for the separation and recovery of palladium and platinum from spent automobile catalyst leach liquor using LIX 84I and Alamine 336 J. Hazard. Mater. 2010. Vol. 180. P. 253 – 258.

26. Sun P. P., Lee M. S. Separation of Pt from hydrochloric acid leaching solution of spent catalysts by solvent extraction and ion exchange Hydrometallurgy. 2011. Vol. 110. P. 91 – 98.

27. Krishan Kant Singh, Ritesh Ruhela, Amrita Das, et al. Separation and recovery of palladium from spent automobile catalyst dissolver solution using dithiodiglycolamide encapsulated polymeric beads J. Environ. Chem. Eng. 2015. Vol. 3. P. 95 – 103.

28. Reddy T. Revathi, Meeravali N. N., Reddy A. V. R. Phase transfer catalyst assisted directly suspended droplet microextraction of platinum from geological and spent automobile converter samples prior to HRCS AAS determination Anal. Methods. 2013. Vol. 5. N 9. P. 2343 – 2351.

29. Resano M., del Rosario Flуrez M., Queralt I. T., et al. Determination of palladium, platinum and rhodium in used automobile catalysts and active pharmaceutical ingredients using high-resolution continuum source graphite furnace atomic absorption spectrometry and direct solid sample analysis Spectrochim. Acta. Part B. 2015. Vol. 105. P. 38 – 46.

30. Potter N. M. Determination of rhodium in platinum-rhodium loaded automotive catalyst material by graphite furnace atomic absorption spectrometry Anal. Chem. 1978. Vol. 50. N 7. P. 769 – 772.

31. Dal’nova O. A., Shiryaeva O. A., Karpov Yu. A., et al. Direct atomic-absorption determination of platinum, palladium, rhodium in dead ceramic-based autocatalysts Inorg. Mater. 2010. Vol. 46. N 15. P. 1499 – 1502.

32. Puig A. I., Alvarado J. I. Evaluation of four sample treatments for determination of platinum in automotive catalytic converters by graphite furnace atomic absorption spectrometry Spectrochim. Acta. Part B. 2006. Vol. 61. N 9. P. 1050 – 1053.

33. Дальнова О. А., Ширяева О. А., Карпов Ю. А. и др. Сорбционно-атомно-абсорбционное определение палладия и родия в отработанных автокатализаторах Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2009. Т. 75. № 8. С. 18 – 22.

34. Eskina V. V., Dalnova O. A., Filatova D. G., et al. Separation and concentration of platinum, palladium and rhodium from exhausted automobile catalysts solutions using heterochain polymer S,N-containing sorbent with subsequent theirs determination by high-resolution continuum source graphite furnace atomic absorption spectrometry Talanta. 2016. Vol. 159. P. 103 – 110.

35. Van Meel K., Smekens A., Behets M., et al. Determination of platinum, palladium, and rhodium in automotive catalysts using high-energy secondary target X-ray fluorescence spectrometry Anal. Chem. 2007. Vol. 79. P. 6383 – 6389.

36. Kuzin A. Yu., Zablotskii A. V., Lyamina O. I., et al. An x-ray fluorescence determination of platinum and rhodium in autocatalysts on a ceramic base Measur. Tech. 2013. Vol. 56. N 9. P. 1088 – 1091.

37. Antonova Yu. V., Bukhryakov V. A., Karpov Yu. A., et al. Direct x-ray fluorescence determination of platinum and rhodium in used ceramic-based autocatalysts Inorg. Mater. 2014. Vol. 50. N 14. P. 1431 – 1434.

38. Chen Xiaoli, Wang, Wang Yaming, Zhao Yunkun, et al. Comparison and Research of Acid Digestion Technique for Pt, Pd and Rh in Catalysts Rare Metal Mater. Eng. 2011. Vol. 40. N 10. P. 1867 – 1870.

39. Anran Chen, ShixingWang, Libo Zhang, Jinhui Peng. Optimization of the microwave roasting extraction of palladium and rhodiumfromspent automobile catalysts using response surface analysis Int. J. Mineral Proc. 2015. Vol. 143. P. 18 – 24.

40. Welz B., Morйs S., Carasek E., et al. High-resolution continuum source atomic and molecular absorption spectrometry — a review Appl. Spectrosc. Rev. 2010. Vol. 45. P. 327 – 354.

41. Resano M., Garcнa-Ruiz E. High-resolution continuum source graphite furnace atomic absorption spectrometry: is it as good as it sounds? A critical review Anal. Bioanal. Chem. 2011. Vol. 399. P. 323 – 330.

42. Resano M., Flуrez M. R., Garcнa-Ruiz E. High-resolution continuum source atomic absorption spectrometry for the simultaneous or sequential monitoring of multiple lines. A critical review of current possibilities Spectrochim. Acta. Part B. 2013. Vol. 88. P. 85 – 97.

43. Resano M., Flуrez M. R., Garcнa-Ruiz E. Progress in the determination of metalloids and non-metals by means of high-resolution continuum source atomic or molecular absorption spectrometry. A critical review Anal. Bioanal. Chem. 2014. Vol. 406. P. 2239 – 2259.

44. Welz B., Vale M. G. R., Pereira Й. R., et al. Continuum source atomic absorption spectrometry: past, present and future aspects — a critical review J. Braz. Chem. Soc. 2014. Vol. 25. P. 799 – 821.

45. Resano M., Aramendнa M., Belarra M. A. High-resolution continuum source graphite furnace atomic absorption spectrometry for direct analysis of solid samples and complex materials: a tutorial review J. Anal. Atom. Spectrom. 2014. Vol. 29. P. 2229 – 2250.

46. Гинзбург С. И., Езерская Н. А., Прокофьева И. В., Федоренко Н. В. Аналитическая химия платиновых металлов. — М.: Наука, 1972. — 616 с.

47. Simpson L. A., Hearn R., Catterick T. The Development of a High Accuracy Method for the Analysis of Pd, Pt and Rh in Auto Catalysts Using a Multi-Collector ICP-MS J. Anal. Atom. Spectrom. 2004. Vol. 19. Р. 1244 – 1251.

48. Palacios M. A., Gomez M. M., Moldovan M., Morrison G. Platinum-group elements quantification in collected exhaust fumes and studies of catalyst surfaces Sci. Total Environ. 2000. Vol. 257. Р. 1 – 15.

49. Rao C. R. M., Reddy G. S. Platinum group metals (PGM); occurrence, use and recent trends in their determination TrAC-Trends Anal. Chem. 2000. Vol. 19. N 9. P. 565 – 586.

50. Kylander M. E., Rauch S., Morrison G. M., Andam K. Impact of automobile emissions on the levels of platinum and lead inAccra, Ghana J. Environ. Monit. 2003. N 5. P. 91 – 95.

51. Дубакин В. А., Зотов В. С., Кузнецов С. Д. Нейтрализация отработавших газов автомобильных двигателей. — М.: Компания «Экомаш-КН», 2008. — 141 с.

52. Кузьмин Н. М., Золотов Ю. А. Концентрирование следов элементов. — М.: Наука, 1988. — 268 с.

53. Мархол М. Ионообменники в аналитической химии. Ч. 2. — М.: Мир, 1985. — 280 с.

54. Симанова С. А., Кукушкин Ю. Н. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1985. Т. 28. № 8. С. 3.

55. Печенюк С. И. Сорбционно-гидролитическое осаждение платиновых металлов на поверхности неорганических сорбентов. — Л.: Наука, 1991. — 248 с.

56. Аналитическая химия металлов платиновой группы Под ред. Ю. А. Золотова, Г. М. Варшал, В. М. Иванова. — М.: УРСС, 2003. — 592 с.

57. Гинзбург С. И., Гладышевская К. А., Езерская Н. А. и др. Руководство по химическому анализу платиновых металлов и золота. —М.: Наука, 1965. — 315 с.

58. Fraser J., Beamish F. E., McBryde W. Anal. Chem. 1954. Vol. 26. P. 495.

59. Акимов В. К. Тезисы докладов VI совещания по анализу благородных металлов. — М.: 1963. С. 6.

60. Касиков А. Г., Петрова А. М. Переработка дезактивированных платино-рениевых катализаторов Химическая технология. 2008. Т. 9. № 8. С. 376 – 385.

61. Смирнов И. В., Караван М. Д., Ефремова Т. И. и др. Экстракция америция, европия, технеция и палладия фосфорилированными каликсаренами из азотнокислых сред Радиохимия. 2007. Т. 49. № 5. С. 423 – 431.

62. Калимгулова А. Н., Парфенова М. А., Улендеева А. Д. и др. Сульфиды на основе трет-додецилмеркаптана и их экстракционные свойства по отношению к палладию (II) и золоту (III) Журн. прикл. химии. 2006. Т. 79. № 11. С. 1818 – 1821.

63. Успехи аналитической химии: к 75-летию академика Ю. А. Золотова. — М.: Наука, 2007. — 391 с.

64. Пат. РФ 2205237. Способ извлечения драгоценных и тяжелых металлов из растворов Дальнова Ю. С., Ковтуненко С. В., Иващенко А. А., Алексеев С. В., Жирнов Б. С.; заявитель и патенто-обладатель ООО Научно-производственная фирма «Паллада»; заявл. 08.06.2001; опубл. 27.05.2003.

65. Барановская В. Б., Алексеева Т. Ю., Марьина Г. Е. и др. Особенности аналитического контроля отработанных автомобильных нейтрализаторов, содержащих драгоценные металлы Сб. докладов III Международной научно-практической конференции «Материалы в автомобилестроении», 19 – 20 июня 2008 г., Тольятти – Самара, Россия.