Zagadnienia wybrane:

Recykling metali szlachetnych.

1. Wprowadzenie

Metale szlachetne, do których zaliczamy platynowce (m.in. platyna, pallad, rod) oraz srebro i złoto, stanowią szczególną grupę wśród metali nieżelaznych. Natomiast stal i żeliwa należą do grupy metali żelaznych, których cechą charakterystyczną - z punktu widzenia odzysku - jest możliwość ich oddzielania na drodze magnetycznej. Metale żelazne jako pierwsze poddawane były procesowi odzysku, a ich wskaźniki odzysku oscylują w granicach 100%. Do metali nieżelaznych zaliczamy z kolei wszystkie metale, z wyjątkiem żelaza w postaci czystej lub stopów żelaza z niewielką domieszką (poniżej 10%). Najczęściej spotykane metale nieżelazne to aluminium, miedź, cynk, ołów, nikiel, ołów i chrom, spośród których największy wskaźnik odzysku ma aluminium (ok. 90%). Stąd też istotne jest opracowanie odpowiednich technologii segregacji i odzysku metali szlachetnych. Odzysk należących do tej grupy metali, podobnie jak wszystkich metali nieżelaznych, zależy od prawidłowego działania stacji demontażu i funkcjonowania specjalistycznych zakładów recyklingu, przy czym bardzo ważny jest problem sortowania gatunków metali.

2. Motoryzacja i jubilerstwo

Platyna, pallad i rod są wykorzystywane przede wszystkim w przemyśle motoryzacyjnym do produkcji reaktorów katalitycznych, potocznie nazywanych katalizatorami. W Stanach Zjednoczonych zużywa się w tym celu 48% całości zasobów platyny wykorzystywanej w przemyśle. Jeszcze większe zapotrzebowanie w tej branży jest na pallad i rod - odpowiednio 86% i 90% całkowitej produkcji tych metali. Na potrzeby jubilerstwa, drugiego odbiorcy platyny, przeznacza się 17% podaży tego surowca.

Tabela 1. Zapotrzebowanie na platynę do celów przemysłowych w USA w 2002 r.

Zastosowanie	Ilość zużywanej platyny, kg	Udział, %
Reaktory katalityczne	24 994	48
Jubilerstwo	8 839	17
Elektronika	3 759	7
Przemysł chemiczny	3 150	6
Przemysł monetarny	1 422	3
Przemysł paliwowy	1 219	2
Produkcja szkła	914	2
Inne	7 925	15
Suma	52 222	100

Mimo prowadzonych na szeroką skalę badań nad zamianą metali szlachetnych na inne związki chemiczne, o zbliżonej efektywności działania katalitycznego, nie znaleziono - jak na razie - skuteczniejszych rozwiązań ograniczania emisji szkodliwych składników spalin.

Tabela 2. Zapotrzebowanie na pallad do celów przemysłowych w USA 2002 r.

Zastosowanie	Ilość zużywanej platyny, kg	Udział, %
Reaktory katalityczne	24 994	48
Jubilerstwo	8 839	17
Elektronika	3 759	7
Przemysł chemiczny	3 150	6
Przemysł monetarny	1 422	3
Przemysł paliwowy	1 219	2
Produkcja szkła	914	2
Inne	7 925	15
Suma	52 222	100

3. Zagrożenia środowiska

Od początku stosowania reaktorów katalitycznych zwraca się uwagę na zagrożenie niesione przez emisję metali szlachetnych do atmosfery oraz zwiększone wydobycie tych rzadkich metali. Na odcinku pierwszych kilkuset kilometrów eksploatacji reaktor katalityczny emituje do atmosfery i do gleby ok. 30% metali szlachetnych zużytych do jego produkcji. Jest to problem szczególnie istotny ze względu na brak danych dotyczących wpływu na ludzkie zdrowie rosnącego stężenia tych metali w glebie.

Problem stanowią także ograniczone zasoby platynowców. Kosztowny proces wydobycia i rzadkość występowania tych metali, a także rosnący popyt ze strony przemysłu motoryzacyjnego powodują, że ich cena rynkowa jest wysoka.

Kolejnym argumentem przemawiającym za odzyskiem platynowców jest energochłonność wydobycia tych metali i odpady generowane w tym procesie. Uzyskanie 1 kg platyny wymaga wydobycia ok. 150 ton rudy z głębokości 1000 m. Wydobyta ruda, oprócz platynowców, zawiera dużo miedzi i niklu oraz znaczne ilości innych metali, takich jak chrom, żelazo, kobalt, bizmut, arsen, selen czy tellur, w postaci związków siarki. W sumie podczas procesu wydobycia (nie produkcji platyny) powstaje 400 ton odpadów i żużlu, które muszą być składowane i są bezużyteczne. Proces ten jest dodatkowo bardzo energochłonny i powoduje szkody w środowisku naturalnym. W porównaniu z procesem wydobycia zawartość platyny w reaktorze katalitycznym jest dosyć wysoka, ponieważ z dwóch ton reaktorów odzyskuje się ok. 1 kg platyny. Stąd zagrożenie środowiska oraz zapotrzebowanie energetyczne jest znacznie niższe niż przy pierwotnej produkcji surowca.

4. Recykling metali szlachetnych

Ze względu na skutki emisji, rzadkość surowców i energochłonność wydobycia recykling stał się koniecznością z punktu widzenia zarówno ekologii, jak i ekonomii. Proces recyklingu jest istotnym źródłem pozyskiwania metali szlachetnych, przez co przyczynia się do ochrony zasobów naturalnych oraz stabilizacji cen metali szlachetnych.

Rys. 1. Schemat przetwarzania pojazdów samochodowych

W praktyce metale szlachetne odzyskuje się wyłącznie z reaktorów katalitycznych. Największa część metali z odzysku pochodzi z rynku Stanów Zjednoczonych i Japonii. W Stanach Zjednoczonych odzysk wynosi ok. 47% platyny oraz ok. 8% palladu stosowanych do produkcji katalizatorów, czyli odpowiednio ok. 22% i 7% całkowitego wykorzystania tych metali w przemyśle. Recykling w poszczególnych krajach jest zróżnicowany i zależy od rynku materiałów wtórnych, regulacji prawnych, kosztów pracy, opłat za deponowanie na składowiskach, stosowanych technologii przetwarzania, a także poziomu jakości oraz profesjonalizmu systemu zbiórki i demontażu. Po amerykańskich drogach, w związku z bardzo wcześnie wprowadzonymi regulacjami dotyczącymi norm emisji spalin, porusza się stosunkowo najwięcej samochodów wyposażonych w reaktory katalityczne, więc jest tam najwyższy odzysk metali szlachetnych. Dzięki temu - z uwagi na dużą podaż odpowiedniego złomu - odzysk ten był i jest opłacalny. Sytuacja ta zmienia się obecnie na korzyść krajów Unii Europejskiej. Wynika to z wprowadzenia ostrych uregulowań prawnych dotyczących obowiązku uzyskania określonych wskaźników odzysku pojazdów wycofanych z eksploatacji i obowiązkowego wymontowywania reaktorów katalitycznych stanowiących odpady przeznaczone do dalszej segregacji i przerobu.

Recykling pozwala ograniczyć wzrost cen metali, wywołany rosnącym popytem ze strony przemysłu. Odzyskany materiał w procesie recyklingu jest „czysty” i jego ponowne wykorzystanie nie wymaga dużych nakładów finansowych. Duże zasoby metali, możliwe do odzyskania w ten sposób, sprawiają, że odzysk metali szlachetnych ze złomu jest opłacalny.
Jednak warunkiem opłacalności odzysku i efektywności całego procesu recyklingu jest odpowiednio wysoka podaż złomu. W tym celu należy zorganizować sieć skupu zużytych reaktorów katalitycznych. Trzeba również stworzyć sieć logistyczną pomiędzy stacjami demontażu i innymi miejscami, stanowiącymi źródła skupu metali szlachetnych, a odpowiednimi wyspecjalizowanymi zakładami zajmującymi się recyklingiem tych surowców. Aby skuteczność odzyskiwania zużytych materiałów w procesie recyklingu była wysoka, konieczne są ponadto: odpowiednio zaprojektowany i wykonany proces recyklingu, możliwie wysoka efektywność rozdzielania poszczególnych elementów (nośnik + warstwa pośrednia + metale szlachetne) oraz optymalna segregacja części składowych katalizatorów.

5. Modele skupu

W praktyce istnieją dwa modele skupu, różniące się sposobem wyceny złomu - system „telquel” oraz system oparty na analizie zawartości metali szlachetnych.
System „telquel” występuje w trzech odmianach: „cena za sztukę”, „cena za tonę” i „cena po rozdzieleniu”. Generalnie polega on na skupie reaktorów katalitycznych za cenę zryczałtowaną za sztukę lub jednostkę masy. Przy skupie „cena za sztukę” zakłady odzysku dysponują cennikiem zużytych reaktorów katalitycznych, z podziałem na markę pojazdu i dodatkowo na kategorie wielkości (mały, średni, duży). Ze względu na dość zróżnicowany rynek reaktorów dalszy podział jest niemożliwy. Jednak podstawowe znaczenie ma tutaj aktualna cena poszczególnych metali szlachetnych na rynku. Przy większych partiach, gdy sortowanie czy liczenie jest zbyt pracochłonne, stosuje się metodę „cena za tonę”. Innym sposobem jest rozliczanie według systemu „ceny po rozdzieleniu”, w którym dostarczone reaktory katalityczne są rozbierane, a uzyskane w ten sposób nośniki katalityczne są ważone, przy czym zapłata obejmuje cenę za kilogram czego? Metali, katalizatorów , nośników katalitycznych.

Tabela 3. Warunki efektywności odzysku metali szlachetnych z reaktorów katalitycznych i przyczyny jej obniżenia

Warunki wysokiej efektywności odzysku	Przyczyny obniżenie efektywności
Skup zużytych reaktorów katalitycznych	niepodawanie samochodów wycofanych z eksploatacji procesowi odzysku, eksport samochodów na obszar obojętny systemem recyklingu, niezdemontowane reaktory katalityczne, przekazanie elementów zdemontowanego reaktora nieodpowiedniej jednostce (np. hucie stali), demontaż zużytego reaktora na części zamienne, straty spowodowane niesumiennością pracowników, błędy sortowania zdemontowanych elementów reaktora,
Stan zużytych reaktorów katalitycznych	niewłaściwa eksploatacja reaktora katalitycznego, nieprawidłowy demontaż reaktorów, uszkodzenia nośników podczas transportu,
Wysoka efektywność odzysku metali szlachetnych	niewłaściwa technologia odzysku,

Drugi system, oparty na analizie zawartości metali szlachetnych, zakłada faktyczną wycenę zawartości metali szlachetnych w dostarczonym złomie. Przy stosowaniu tego modelu konieczne jest przeprowadzenie demontażu określonej ilości wycofanych z eksploatacji reaktorów katalitycznych. Następnie uzyskane nośniki katalityczne rozdrabnia się i pobiera próbki otrzymanego półfabrykatu. W wyspecjalizowanych laboratoriach próbki te poddawane są badaniom na zawartość metali szlachetnych. W taki sposób można dokładnie określić wartość rynkową dostarczonej partii reaktorów katalitycznych. Model ten znajduje zastosowanie przy większej ilości dostarczanych nośników katalitycznych, poddanych wcześniej procesowi demontażu reaktorów. W przypadku dostawy całych reaktorów katalitycznych system jest rzadziej stosowany z uwagi na duży koszt separacji ich poszczególnych składowych.

6. Odzysk katalizatorów w Polsce

Dotychczas w Polsce metale szlachetne odzyskiwane były w niewielkim zakresie, ze względu na brak specjalistycznych zakładów recyklingu oraz niską jakość procesu demontażu pojazdów, wynikającą przede wszystkim z funkcjonowania tzw. szarej strefy. Wprowadzona w ubiegłym roku ustawa o recyklingu pojazdów wycofanych z eksploatacji (DzU z 2005 r. nr 25, poz. 202) narzuciła bezwzględny obowiązek przetwarzania wszystkich pojazdów wycofanych z użytku w stacjach demontażu posiadających odpowiednie uprawnienia. W rozporządzeniu Ministra Infrastruktury w sprawie wykazu przedmiotów wyposażenia i części wymontowanych z pojazdów, których ponowne użycie zagraża bezpieczeństwu ruchu drogowego lub negatywnie wpływa na środowisko (DzU z 2005 r. nr 201, poz. 1666), reaktory katalityczne zakwalifikowano do grupy odpadów, których nie można wymontowywać w celu dalszej odsprzedaży, tylko trzeba poddawać odzyskowi. Należy się spodziewać, że reaktory katalityczne i zawarte w nich metale szlachetne zaczną być poddawane odzyskowi w większym niż dotychczas zakresie. Niestety, problemem jest niska podaż reaktorów katalitycznych, spowodowana tym, że zdecydowana większość wycofywanych w Polsce z użytku samochodów nie jest wyposażona w katalizatory. Fakt ten oczywiście zniechęca do otwierania specjalistycznych zakładów odzysku. W Polsce działa kilka firm, które zajmują się skupem zużytych katalizatorów. Firmy te następnie wysyłają zebrane odpady do przerobu za granicę, głównie do Niemiec, gdzie istnieje odpowiednia infrastruktura odzysku. Podobne rozwiązanie stosują niektóre stacje demontażu, głównie z zachodniej części Polski.

7. Wnioski

1. Recykling metali szlachetnych przynosi wymierne korzyści ekologiczne. Należą do nich ograniczanie ilości składowanych odpadów, oszczędzanie rzadkich zasobów naturalnych, zmniejszenie nakładów energii oraz emisji zanieczyszczeń podczas procesu odzysku w porównaniu z wydobywaniem w kopalniach. Może to być także proces opłacalny ekonomicznie.

2. Pomimo niewielkiego jeszcze zainteresowania odzyskiem metali szlachetnych, rynek odzysku tych metali jest z pewnością rynkiem przyszłościowym i warto w niego zainwestować.

3. W najbliższych latach zapotrzebowanie na metale szlachetne, generowane przez producentów samochodów, będzie rosło ze względu na powszechne stosowanie reaktorów katalitycznych oraz sukcesywny wzrost liczby produkowanych samochodów.

---