Nieuwe technieken om platinagroepmetalen te recupereren

Platinagroepmetalen beschikken over eigenschappen die bijzonder goed van pas komen in bijvoorbeeld autokatalysatoren. Daarin ­leveren ze een bijdrage om schadelijke uitlaatgassen om te zetten in minder schadelijke gassen. Hoe strenger de emissienormen, hoe meer ­platinagroepmetalen er zullen nodig zijn. Belangrijke grondstoffen dus voor Europa, die ze helaas niet zelf in de bodem heeft zitten. Het Platirus onderzoeksproject onderzocht daarom hoe deze metalen gerecycleerd kunnen worden uit end of life katalysatoren. De eerste resultaten zijn alvast veelbelovend: de katalysatoren uit de herwonnen metalen presteren zelfs iets beter dan die uit primaire grondstoffen.

Osmium, iridium, platinum, palladium, ruthenium, rhodium zijn de metalen die samen de platina­groepmetalen genoemd worden. Belangrijke bouwstenen in onze hightech maatschappij vandaag. Ze worden immers toe­gepast in katalysatoren, elektronica, harddrives, conden­satoren in print­platen … Europa bestempeld ze zelfs als kritieke grond­stoffen om onze welvaart op peil te houden. Het Europese onderzoeksproject Platirus moest daarom nadenken over waar en met welke technologie ze herwonnen konden worden. VITO senior researcher Sustainable Materials Management Jeroen Spooren: “Het uitgangs­punt was een zo holistisch mogelijke benadering waar we voor elke stap in de recuperatie van deze metalen uit auto­katalysatoren, elektronisch afval en uit afval van de metallurgische sector (bijvoor­beeld slakken en slibs) de best mogelijke techniek ontwikkelden. Recyclage moet voor 30% van de aanvoer van platinagroepmetalen kunnen zorgen.”

Platinagroepmetalen worden nu al herwonnen door middel van pyrolyse. Spooren: “Een techniek die om grote invoervolumes vraagt, terwijl het net relatief beperkte afvalstromen betreft. Ofwel moeten die gecentraliseerd worden over Europa, ofwel hebben we nieuwe processen nodig om platinagroepmetalen te recupereren.” In de eerste twee jaar van het project kwam een brede waaier van technologie aan bod om de drie processen van uitlogen, scheiden en recupereren zo goed mogelijk te realiseren. In totaal werden elf technologiepistes onderzocht om vervolgens de drie meest belovende verder te ontwikkelen voorbij laboschaal tot TRL 5. “Het onderscheid gebeurde op basis van een volledige duurzaamheidsanalyse. Uiteindelijk zijn we verder gegaan met processen die rendabel waren, een hoge terugwinningsgraad konden voorleggen, efficiënt omsprongen met energie en materiaal en slechts een zeer beperkte impact hadden op het milieu. Volgens conservatieve inschattingen zouden de geselecteerde technologieën een terugverdientijd hebben van ongeveer zes jaar.” 

De eerste stap in het herwinnen van platina­groep­metalen is het uitlogen. “Door de toepassing van microgolven kan je materiaal heel snel en efficiënt van binnenuit opwarmen. De afvalstroom, in dit geval keramische materiaal die deeltjes platinagroepmetalen bevatten, gemengd met een waterige zure oplossing, absorbeert de microgolven en zet ze om in warmte. Onder invloed van de gegeneerde warmte en de juiste hoeveelheid zuur lossen de platinagroepmetalen efficiënt en snel op”, vat Spooren samen. De reactie nam in eerste instantie een tiental minuten in beslag. Door verder onderzoek werd dit al teruggebracht tot drie minuten. Er is ook minder zuur nodig dan in traditionele systemen.

Eenmaal de platinagroepmetalen opgelost zijn, is het zaak ze te scheiden. Het project wees daarvoor naar solventextractie als beste oplossing. Spooren legt uit: “In functie van de keuze van de solvent laten bepaalde elementen zich beter oplossen dan andere. Het SOLVOMET team van KU Leuven ontwikkelde een specifiek solventextractie­proces dat erin slaagt de platina­groepmetalen te ont­trekken aan de waterige fase. Door bovendien een cyclisch systeem te gebruiken waarbij het solvent altijd weer gerecupereerd kan worden, is er zeer weinig afval en een zeer beperkte impact op het milieu.”

De platinagroepmetalen zijn nu selectief aangerijkt maar bevinden zich wel nog in oplossing met een rits aan andere metalen. Om ze in metallische fase ter herwinnen ontwikkelde Xochitl Dominguez van VITO gasdiffusie-elektrokristallatie, een nieuwe elektrochemische techniek, die door VITO geoctrooieerd werd. In dit proces, wordt een gas, vaak zuurstof of CO₂gereduceerd aan een gasdiffusie elektrode. Hierbij ontstaan chemische reagentia, die inwerken op de opgeloste platinagroepmetalen en deze selectief uit oplossing verdrijven. Er kan heel specifiek tewerk gegaan worden door gas te kiezen in functie van wat men precies wil neerslaan en of dat als oxide of metallisch moet gebeuren”, verduidelijkt Spooren.

De drie technologieën werden zo getest dat ze perfect na elkaar kunnen worden ingezet. Vandaag zit men aan TRL 5. Het is de bedoeling om in het vervolgproject PEACOC om tot TRL 7 te geraken en de technieken dus klaar te stomen voor industrieel gebruik. Dit zal al voldoende zijn om de inputstroom van katalysatoren die Monolithos voorziet te verwerken in Griekenland. “De techniek kan ook voor kmo’s in België interessant zijn net door zijn lokale toepasbaarheid. En niet alleen om platinagroepmetalen terug te winnen. Printplaten, fotovoltaïsche cellen … bevatten tevens veel goud of zilver. Het proces kan ook daarvoor toegepast worden”, sluit Spooren af.   

Platirus consortium
Platirus was een op en top Europees onderzoeks­project met financiering van­uit het Horizon 2020 Research & Innovation programma. Het consortium bestond uit Tecnalia (Spanje), Monolithos (Griekenland), KU Leuven (België), Vienna University of Technology (Oostenrijk), VITO (België), SINTEF (Noorwegen), CRF (Italië), Ford Otosan (Turkije), Boliden Harjavalta (Finland), Johnson Matthey (Engeland) en PNO Innovation (België).