Giới thiệu
Thành phần biến đổi và giá cả không ổn định của các kim loại nhóm platin (PGMs) như platin (Pt), paladi (Pd) và rhodi (Rh) ngày càng trở thành những yếu tố quan trọng trong việc mua bán và tái chế bộ lọc khí thải ô tô. Năm 2020, nhu cầu về Pt, Pd và Rh lần lượt là 215, 308 và 31,2 tấn. Khoảng 32% tổng lượng Pt, 85% tổng lượng Pd và 90% tổng lượng Rh được tiêu thụ bởi ngành công nghiệp khí thải ô tô[1]. Cùng năm đó, 33,7 tấn Pt, 41,2 tấn Pd và 7,3 tấn Rh[1] đã được thu hồi từ các hoạt động tái chế, chủ yếu từ các bộ lọc khí thải ô tô, với tổng giá trị khoảng 12 tỷ USD theo giá trung bình của kim loại tinh khiết vào năm 2020.
Tùy thuộc vào cung, cầu và giá của Pt, Pd và Rh đã biến động mạnh trong 15 năm qua (xem hình 1). Những biến động này cùng với việc thắt chặt luật pháp về khí thải đã ảnh hưởng trực tiếp đến thành phần của các chất xúc tác, từ đó tác động mạnh mẽ đến nhu cầu. Do thiếu hụt nguồn cung, giá của Pd và Rh đã tăng vọt trong giai đoạn 2020-2021.
- Xác định các bộ lọc khí thải riêng lẻ hoặc hỗn hợp chứa hàm lượng PGM cao
- Trả hoặc nhận một mức giá hợp lý
- Phát hiện vật liệu giả mạo pha trộn
Việc xác định chính xác hàm lượng Pt, Pd và Rh trong tái chế bộ lọc khí thải ô tô theo thời gian thực là vô giá để tối đa hóa lợi nhuận và tránh thiệt hại tài chính đáng kể.
Thiết bị phân tích XRF cầm tay – Thermo Scientific™ Niton™
Thermo Fisher Scientific cung cấp toàn bộ dòng thiết bị phân tích XRF cầm tay để định lượng chính xác Pt, Pd và Rh trong các bộ lọc khí thải ô tô:
- Thiết bị phân tích Niton XL2 501 mang lại giá trị tối ưu so với chi phí, trong khi vẫn duy trì hiệu suất cao đối với các kim loại nhóm platin (PGMs).
- Thiết bị phân tích Niton XL3t 501/801, các mẫu tầm trung được trang bị ống dò 50 kV và bộ thay đổi bộ lọc, cho phép điều kiện chùm tia tối ưu và cung cấp kết quả chính xác hơn đối với PGMs.
- Thiết bị phân tích Niton XL3t 951/981 GOLDD+ là các mẫu cao cấp, được trang bị ống dò 50 kV và máy dò SDD với diện tích dò lớn. Các thiết bị Niton XL3t 951/981 GOLDD+ cũng có thể phát hiện các nguyên tố nhẹ như magiê, nhôm hoặc silic và có độ nhạy cao hơn để phát hiện mức độ thấp của PGMs.
- Thiết bị phân tích Niton XL5 Plus là mẫu hàng đầu với phần cứng tiên tiến, bao gồm máy dò SDD với diện tích dò lớn và ống dò 5W, mang lại độ nhạy tối ưu. Năng suất còn được nâng cao nhờ thời gian đo ngắn hơn.
Chế độ Phân tích khí thải ô tô hiệu chỉnh ưu tiên sử dụng phương pháp tham số cơ bản (FP), một thuật toán sửa lỗi bằng cách sử dụng các hằng số lý thuyết cho ảnh hưởng của tất cả các nguyên tố có trong mẫu. FP phù hợp trong việc phân tích các vật liệu tái chế, hiện nay có thành phần biến đổi chưa từng thấy trước đó. Việc đo lường các nguyên tố đất hiếm, zirconi, chì và các nguyên tố khác có khả năng xuất hiện ở mức độ cao trong tái chế bộ lọc khí thải là một điểm quan trọng để có được kết quả chính xác cho Pt, Pd và Rh.
 |
 |
 |
 |
|
| Models | XL2 501 | XL3t 501/801 | XL3t 951/981 GOLDD+ | XL5 Plus |
| Năng lượng ống dò tối đa (1) | 2W | 2W | 2W | 5W |
| Điện áp ống dò tối đa (2) | 45 kV | 50 kV | 50 kV | 50 kV |
| Công nghệ dò (3) | Si-PIN | Si-PIN | Large SDD | Extra-Large SDD |
| Số chùm tia cho PGMs / tổng số chùm tia (4) | 1 for PGMs/1 | 2 for PGMs/3 | 2 for PGMs/4 | 2 for PGMs/4 |
| Tổng thời gian thực hiện (5) | 80 seconds | 120 seconds | 60 seconds | 30 seconds |
| Giới hạn phát hiện (3σ) tại thời gian đo cụ thể | Pt: 20 ppm Pd: 13ppm Rh: 13 ppm |
Pt: 16 ppm Pd: 7 ppm Rh: 6 ppm |
Pt: 10 ppm Pd: 5 ppm Rh: 5 ppm |
Pt: 9 ppm Pd: 3 ppm Rh: 3 ppm |
| Độ chính xác (6) | ✮✮ | ✮✮✮ | ✮✮✮✮ | ✮✮✮✮ |
| Độ lặp lại (7) | ✮ | ✮✮ | ✮✮✮ | ✮✮✮✮ |
| Độ nhạy (8) | ✮ | ✮✮ | ✮✮✮ | ✮✮✮✮ |
| Năng suất (9) | ✮ | ✮✮ | ✮✮✮ | ✮✮✮✮ |
(1) Công suất cao hơn cung cấp độ chính xác tốt hơn và cho phép thời gian đo ngắn hơn với độ chính xác không đổi. Độ nhạy cũng được cải thiện.
(2) Điện áp cao hơn mang lại độ chính xác và độ đúng tốt hơn cho các nguyên tố như Pd, Rh và các nguyên tố đất hiếm.
(3) Công nghệ máy dò SDD thu thập tỷ lệ đếm cao hơn, cải thiện độ chính xác, độ nhạy và cho phép phát hiện các nguyên tố nhẹ so với công nghệ Silicon-positive-intrinsic-negative (Si-PIN).
(4) Nhiều điều kiện chùm tia với các bộ lọc khác nhau có nghĩa là độ chính xác và độ nhạy tốt hơn cho các đường phổ với các mức năng lượng khác nhau.
(5) Giới hạn phát hiện phụ thuộc vào thời gian kiểm tra, interferences/matrix và mức độ tin cậy thống kê.
(6) Chỉ ra mức độ gần với giá trị thực.
(7) Chỉ ra mức độ lặp lại và khả năng tái lập của một phép đo.
(8) Chỉ ra khả năng phát hiện lượng nhỏ các kim loại nhóm platin (PGMs).
(9) Năng suất kinh tế: thông lượng mẫu và khả năng thu hồi kinh tế của Pt, Pd và Rh.
Chuẩn bị mẫu
Bộ lọc khí thải thu thập được sẽ trải qua quá trình tách, tức là tách lớp gốm có cấu trúc tổ ong ra khỏi vỏ thép. Vật liệu lọc khí thải ô tô được làm từ đế gốm, chủ yếu là cordierite phủ một lớp phủ chứa các kim loại nhóm platin (PGM). Do đó, toàn bộ lớp gốm được phân loại, nghiền nhỏ, xay và thường được trộn lẫn với các bộ lọc khác. Ngược lại, các bộ lọc có đế kim loại được xé nhỏ hoặc nghiền trước; sau đó, các bộ phận kim loại được tách ra bằng cách sử dụng nam châm và dụng cụ sàng để tách từ lớp bột phủ chứa kim loại quý. Do sự dồi dào này, hàm lượng PGM trong lớp phủ của các bộ lọc khí thải kim loại thường cao hơn nhiều so với các bộ lọc khí thảo làm từ gốm. Trong cả hai trường hợp, vật liệu được nghiền thành bột, kích thước hạt thường nhỏ hơn 250 µm, sau đó được đưa vào cốc phân tích XRF và đặt trên bề mặt thử nghiệm.
Bảng 1: Kết quả phân tích cụ thể cho một vật liệu chuẩn được chứng nhận của bộ lọc khí thải ô tô có sẵn trên thị trường.
| Vật liệu/Thành phần | Giá trị Niton (ppm) |
Giá trị chứng nhận (ppm) |
| BAM ERM-504a | ||
| Pt | 1495 ± 41 (2σ) | 1414 ± 15 |
| Pd | 1583 ± 19 (2σ) | 1596 ± 6 |
| Rh | 210 ± 8 (2σ) | 210 ± 4 |
Kết quả
Kết quả phân tích của một mẫu chuẩn có sẵn được trình bày trong Bảng 1. Các giá trị của Pt, Pd và Rh được đo bằng thiết bị phân tích Niton XL5 Plus rất phù hợp với các giá trị đã được chứng nhận. Các Hình 2 đến 4 hiển thị các đường biểu diễn tương quan giữa kết quả phân tích trong phòng thí nghiệm (thử nghiệm nung + ICP) so với nồng độ được đo bằng thiết bị Niton XL5 Plus. Đối với tất cả các nguyên tố được xác định trong 120 mẫu, có sự tương quan tuyến tính tối ưu trên một phạm vi nồng độ rộng giữa các giá trị trong phòng thí nghiệm và giá trị đo được: cả độ dốc và hệ số xác định (R²) đều gần với 1. Sự khác biệt tương đối trung bình giữa các giá trị trong phòng thí nghiệm và giá trị đo được là 5,0% đối với Pt, 3,9% đối với Pd và 2,9% đối với Rh. Những kết quả này chứng tỏ độ bền vững của phép phân tích trước các thay đổi matrix đáng kể và đôi khi là các nồng độ rất cao của các nguyên tố đi kèm quan trọng được tìm thấy trong 120 mẫu như cerium, lanthanum, zirconium, chì, sắt hoặc crom
Thí nghiệm tính năng
Thermo Fisher đã tham gia vào bài test do công ty XRF nổi tiếng Fluxana tổ chức [3] để phân tích hai mẫu FLX-CRM 132 và FLX-CRM 133, under lab code #9. Kết quả được trình bày trong Bảng 2 và báo cáo được phát hành bởi Fluxana [4], điều này một lần nữa chứng minh độ chính xác vượt trội của phép phân tích đạt được bằng cách sử dụng thiết bị Thermo Fisher Niton XL3t 980 (cùng loại thiết bị với XL3t 951/981).
Bảng 2: Kết quả kiểm tra
| Mean Niton XL3t 980 Value ± sd (ppm) |
Certified Value ± uncertainty (ppm) |
|
| FLX-CRM 132 | ||
| Pd | 1668±18 | 1673±27 |
| Pt | 1758±16 | 1770±73 |
| Rh | 284±6 | 295±12 |
| FLX-CRM 133 | ||
| Pd | 1062±10 | 1075±40 |
| Pt | 460±4 | 465±28 |
| Rh | 232±4 | 242±18 |
Kết luận
Bộ lọc khí thải lõi lọc gốm từ động cơ xăng hoặc diesel, lớp phủ từ các bộ lọc khí thải kim loại và hỗn hợp vật liệu đều được phân tích chính xác bằng cách sử dụng các thiết bị phân tích XRF cầm tay – Niton. Các thiết bị phân tích XRF Niton là công cụ lý tưởng cho việc phân tích đáng tin cậy dành cho các cá nhân và công ty mua bán và tái chế các bộ lọc khí thải ô tô
Các lợi ích chính khi sử dụng thiết bị phân tích XRF Niton bao gồm:
- Độ chính xác cao đã được chứng minh qua nhiều năm hoạt động.
- Phân tích thời gian thực.
- Dễ sử dụng so với phân tích trong phòng thí nghiệm yêu cầu kiến thức chuyên môn đặc biệt.
- Lợi tức đầu tư nhanh và chi phí sở hữu thấp.
Nguồn:
[1,2] Johnson Matthey, Pgm market report February 2021 http://www.platinum.matthey.com/
[3] https://fluxana.com/products/reference-materials/proficiency-tests
[4] https://fluxana.com/images/products/Ringversuch/FINAL_ Report_RV_2017_01.pdf
Nội dung được dịch từ: https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/CAD/Application-Notes/AutoCatalyticConverter-AppNote.pdf
Minh Khang là nhà nhập khẩu và phân phối trực tiếp các thiết bị X-ray hãng Thermo Fisher.
EN