Перспективы переработки отработанных автомобильных катализаторов с извлечением благородных, редких и редкоземельных металлов в Казахстане

K.T.  Ескалина; С.С.  Коныратбекова; С.B.  Юлусов; A.T.  Хабиев

doi:10.51301/ejsu.2025.i2.02

Авторы

K.T. Ескалина Satbayev University, Казахстан
С.С. Коныратбекова Satbayev University, Казахстан
С.B. Юлусов Институт механики и машиноведения имени академика У.А. Джолдасбекова, Казахстан
A.T. Хабиев Институт механики и машиноведения имени академика У.А. Джолдасбекова, Казахстан

DOI:

https://doi.org/10.51301/ejsu.2025.i2.02

Ключевые слова:

отработанные автомобильные катализаторы, редкие металлы, благородные металлы, редкоземельные элементы, платиновые металлы, гидрометаллургические технологии, пирометаллургические технологии, селективное осажде-ние, вторичное сырье

Аннотация

Отработанные автомобильные катализаторы представляют собой ценный источник редких и благородных металлов, который играет ключевую роль в современной промышленности. Данное сырье содержит редкие редкоземельные и благородные металлы, что делает их переработку высокоэффективной и экономически выгодной. Для разработки комплексной технологии переработки исследовались катализаторы с использованием различных методов анализа, такие как химический, рентгенофазовый, рентгеноспектральный и электронно-микроскопический анализ. Результаты фазового анализа указывают на то, что редкие редкоземельные и благородные металлы находятся в различных фазовых состояниях, в виде оксидов, встроенных включений в алюмосиликатной матрице катализатора. Эти данные дают критическое значение для создания эффективных методов извлечения металлов. Ключевыми подходами для переработки данного сырья являются пирометаллургические и гидрометаллургические технологии, каждая из которых обладает своими преимуществами и уникальными критериями эффективности. В этой статье акцентируется внимание на физико-химических исследованиях отработанных катализаторов и предложенном способе их вскрытия, что позволяет эффективно извлекать редкие, редкоземельные и благородные металлы. Результаты исследований могут быть использованы для оптимизации существующих и разработки новых технологических схем переработки вторичного сырья.

Библиографические ссылки

Noya, I., Inglezakis, V., González-García, S., Katsou, E., Feijoo, G. & Moreira, M.T. (2018). Comparative environmental assessment of alternative waste management strategies in developing regions: A case study in Kazakhstan. Waste Management & Research, 36(8), 689-697. https://doi.org/10.1177/0734242X18786388

Kovalčík, J., Straka, M., Kačmáry, P. & Pavlík, T. (2021). Catalyst processing and recycling. Acta Tecnologia, 7(3), 99-104. https://doi.org/10.22306/atec.v7i3.118

Parajuly, K. & Fitzpatrick, C. (2020). Understanding the impacts of transboundary waste shipment policies: The case of plastic and electronic waste. Sustainability, 12(6), 2412. https://doi.org/10.3390/su12062412

Kipkeeva, A., Ermetova, I., Matyakubov, U. & Palvanbayev, U. (2024). Modern methods for efficiency assessment of special economic and small industrial zones’ ecosystems. BIO Web of Conferences, (130), 08011. https://doi.org/10.1051/bioconf/202413008011

Gaustad, G., Williams, E. & Leader, A. (2021). Rare earth metals from secondary sources: Review of potential supply from waste and byproducts. Resources, Conservation and Recycling, 167, 105213. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2020.105213

Hagelüken, C. (2014). Recycling of (critical) metals. Critical metals handbook, 41-69.

Tleuken, A., Tokazhanov, G., Jemal, K. M., Shaimakhanov, R., Sovetbek, M. & Karaca, F. (2022). Legislative, institutional, industrial and governmental involvement in circular economy in Central Asia: A systematic review. Sustainability, 14(13), 8064. https://doi.org/10.3390/su14138064

Padamata, S. K., Yasinskiy, A. S., Polyakov, P. V., Pavlov, E. A. & Varyukhin, D. Y. (2020). Recovery of noble metals from spent catalysts: a review. Metallurgical and materials transactions B, 51, 2413-2435. https://doi.org/10.1007/s11663-020-01913-w

Saguru, C., Ndlovu, S. & Moropeng, D. (2018). A review of recent studies into hydrometallurgical methods for recovering PGMs from used catalytic converters. Hydrometallurgy, 182, 44-56. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2018.10.012

Harvey, J. P., Khalil, M. & Chaouki, J. (2022). Pyrometallurgical processes for recycling waste electrical and electronic equipment. Electronic Waste: Recycling and Reprocessing for a Sustainable Future, 135-164. https://doi.org/10.1002/9783527816392.ch7

Liddell, K., Newton, T., Adams, M. & Muller, B. (2011). Energy consumption for Kell hydrometallurgical refining versus conventional pyrometallurgical smelting and refining of PGM concentrates. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 111(2), 127-132.

Reck, B.K. & Graedel, T.E. (2012). Challenges in metal recycling. Science, 337(6095), 690-695. https://doi.org/10.1126/science.1217501

Peng, Z., Li, Z., Lin, X., Tang, H., Ye, L., Ma, Y., & Jiang, T. (2017). Pyrometallurgical recovery of platinum group metals from spent catalysts. JOM, 69, 1553-1562. https://doi.org/10.1007/s11837-017-2450-3

Golwalkar, K. (2025). Typical Features of Metallurgical Industries. In Industrial Work Cultures: Impact on Productivity. Cham: Springer Nature Switzerland

Gustin, J.L. (2005). Safety of chlorine production and chlorination processes. Chemical Health & Safety, 12(1), 5-16. https://doi.org/10.1016/j.chs.2004.08.002

Stegemann, L. & Gutsch, M. (2025). Environmental Impacts of Pyro-and Hydrometallurgical Recycling for Lithium-Ion Batteries-A Review. Journal of Business Chemistry, 22(1), 62-76. https://doi.org/10.17879/43998523309

Zheng, H., Ding, Y., Wen, Q., Zhao, S., He, X., Zhang, S. & Dong, C. (2022). Slag design and iron capture mechanism for recovering low-grade Pt, Pd, and Rh from leaching residue of spent auto-exhaust catalysts. Science of The Total Environment, 802, 149830. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.149830

Vidyadhar, A. (2016). A review of technology of metal recovery from electronic waste. InTech. https://doi.org/10.5772/61569

Ramprasad, C., Gwenzi, W., Chaukura, N., Azelee, N.I.W., Rajapaksha, A.U., Naushad, M. & Rangabhashiyam, S. (2022). Strategies and options for the sustainable recovery of rare earth elements from electrical and electronic waste. Chemical Engineering Journal, 442, 135992. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135992

Machado, T.S.S., da Costa Leal, P.H.A., Cardoso, T.A.S., da Silva Borges, L., de Melo Santos, C.J. & Sant’Anna, A.M.O. (2023). Risk and safety assessment in the foundry process in the metallurgical industry. Revista Produção Online, 23(3), 5104-5104. https://doi.org/10.14488/1676-1901.v23i3.5104

Zabelina, A.V. & Sergienko, O.I. (2021). Applying of the Best Available Techniques in the Municipal Solid Waste Recycling. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 720(1), 012073. https://doi.org/10.1088/1755-1315/720/1/012073

Sverdrup, H.U. (2019). Sustainable resource management. Sustainability, 11(10), 2874. https://doi.org/10.3390/su11102874

Costa-Campi, M.T., García-Quevedo, J. & Martínez-Ros, E. (2017). What are the determinants of investment in environmental R&D?. Energy Policy, 104, 455-465. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2017.01.024

Pathak, A., Al-Sheeha, H., Navvamani, R., Kothari, R., Marafi, M. & Rana, M. S. (2022). Recycling of platinum group metals from exhausted petroleum and automobile catalysts using bioleaching approach: a critical review on potential, challenges, and outlook. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 21(4), 1035-1059. https://doi.org/10.1007/s11157-022-09636-x

Kumari, R. & Samadder, S. R. (2022). A critical review of the pre-processing and metals recovery methods from e-wastes. Journal of Environmental Management, 320, 115887. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.115887

Birloaga, I. & Vegliò, F. (2022). An innovative hybrid hydrometallurgical approach for precious metals recovery from secondary resources. Journal of Environmental Management, 307, 114567. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.114567

Jadhao, P.R., Mishra, S., Pandey, A., Pant, K.K. & Nigam, K.D.P. (2021). Biohydrometallurgy: A sustainable approach for urban mining of metals and metal refining. Catalysis for Clean Energy and Environmental Sustainability: Biomass Conversion and Green Chemistry, (1), 865-892. https://doi.org/10.1007/978-3-030-65017-9_27

Atlee, J.R. (2005). Operational sustainability metrics: a case of electronics recycling (doctoral dissertation). Massachusetts Institute of Technology

Nukusheva, A., Rustembekova, D., Abdizhami, A., Au, T. & Kozhantayeva, Z. (2023). Regulatory obstacles in municipal solid waste management in Kazakhstan in comparison with the EU. Sustainability, 15(2), 1034. https://doi.org/10.3390/su15021034

De Sa, P. & Korinek, J. (2021). Resource efficiency, the circular economy, sustainable materials management and trade in metals and minerals. OECD Publishing. https://doi.org/10.1787/69abc1bd-en