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Cómo la EDXRF mide los metales del grupo del platino en convertidores catalíticos automotrices

By 11.27.2024

por Pascal Lemberge

Los catalizadores de automoción (ACC) desempeñan un papel esencial en los sistemas de escape para reducir la emisión de contaminantes nocivos, como el monóxido de carbono (CO), los hidrocarburos (HC) y los óxidos de nitrógeno (NOx). Un convertidor típico es de base cerámica y consiste en un sustrato de cordierita (2MgO.2Al2O3.5SiO2) formado en muchos canales finos de aspecto similar a un panal. El sustrato se lava con alúmina (Al2O3), a la que se añade una combinación de metales del grupo del platino (PGM), como platino (Pt), paladio (Pd) y rodio (Rh), así como óxidos de tierras raras, como CeO2 y ZrO2. Los MGP son responsables de las reacciones de conversión que transforman los contaminantes en gases inocuos.

La Asociación para el Control de Emisiones por Catalizador AECC (AISBL) señala que “se han desarrollado sistemas de recubrimiento que permiten la máxima eficacia con un uso óptimo de los metales preciosos platino (Pt), paladio (Pd) y rodio (Rh). La nanotecnología empleada en los revestimientos catalíticos incluye cristalitos estabilizados, materiales de revestimiento que mantienen una elevada superficie a temperaturas en torno a los 1.000 °C, componentes mejorados de almacenamiento de oxígeno y novedosos procesos de revestimiento para optimizar su distribución. Todos ellos intervienen en la elevada eficacia de los catalizadores”.

La organización también señala que los metales preciosos utilizados en los catalizadores de control de emisiones pueden reciclarse, y las tasas de reciclado están aumentando, lo que contribuye aún más a la asequibilidad de los vehículos del futuro.

La recuperación de metales preciosos mediante el reciclado de los ACC usados representa un valor económico sustancial. La mayoría de los catalizadores reciclados en EE. UU. contienen cantidades recuperables de MGP que oscilan entre 1 y 2 gramos para un coche pequeño y entre 12 y 15 gramos para un camión grande. El valor de los MGP recuperados puede variar desde menos de 100 dólares hasta más de 1.000 dólares.  El informe sobre minerales del USGS de 2023 sobre los MGP estima que en 2022 se recuperaron en todo el mundo unos 110.000 kilogramos de paladio y platino a partir de chatarra nueva y vieja, incluidos unos 40.000 kilogramos de paladio y 11.000 kilogramos de platino recuperados de catalizadores de automóviles en Estados Unidos.

 

Análisis y determinación del contenido de MGP

Los fabricantes que utilizan MGP deben analizar cualquier material recibido para garantizar la calidad de los suministros que reciben.

La fluorescencia de rayos X por dispersión de energía (EDXRF) ofrece una determinación rápida y precisa del contenido de Pt, Pd y Rh en los ACC usados. La EDXRF está diseñada para analizar grupos de elementos simultáneamente. Este tipo de instrumentación XRF separa los rayos X característicos de los distintos elementos en un espectro de energía de fluorescencia completo que se procesa para el análisis cualitativo o cuantitativo. Se colocan filtros entre la muestra y el detector para mejorar la señal, reducir el fondo y centrarse en determinadas regiones de los espectros.

Los ACC son inhomogéneos hasta el nivel microscópico y requieren una preparación minuciosa de la muestra antes de que sea posible un análisis reproducible. Un primer paso consiste en moler el material utilizando un disco vibratorio o un molino de anillos y discos. Merece la pena comprobar las intensidades de las líneas características de los elementos en función del tiempo de molienda y asegurarse de que han alcanzado un valor constante. Esto no sólo debe comprobarse para los metales preciosos, sino también para los demás elementos presentes (es decir, Al, Zr, Ce, etc.). Deben evitarse los juegos de esmerilado de carburo de wolframio (WC), ya que la contaminación de la muestra con wolframio provocará que las líneas características del wolframio interfieran con las líneas del platino.

Una vez molidos, los polvos pueden prensarse hasta formar un gránulo con ayuda de un aglutinante. Al igual que ocurre con las muestras geológicas, la naturaleza no homogénea de los ACC seguirá provocando efectos mineralógicos. Para evitarlos, algunos laboratorios prefieren fundir la muestra, pero esto conlleva otras dificultades relacionadas con la inestabilidad de los óxidos de metales preciosos y su tendencia a aglomerarse o alearse con los crisoles de Pt/Au.

Lea el estudio para ver cómo el análisis EDXRF se compara con el ICP-OES para determinar las concentraciones de Rh, Pd y Pt en un conjunto de 10 muestras de ACC.

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