En este artículo cubriremos:
- ¿Cuáles son los metales del grupo del platino?
- Metales del grupo del platino como convertidores catalíticos.
- Metales del grupo del platino para control de emisiones automotrices.
- Cómo los PGM reducen las emisiones de carbono.
- Ventaja del platino sobre otros materiales catalíticos.
- Carreteras más limpias, futuro más brillante con PGM.
Hay un número creciente de vehículos en nuestras carreteras y, al mismo tiempo, las regulaciones internacionales sobre emisiones se están endureciendo. Plantea un enigma tanto para los fabricantes como para los consumidores, pero una respuesta radica en lograr una menor contaminación por vehículo.
Esto puede parecer imposible pero, afortunadamente, los metales exóticos del grupo del platino (PGM) pueden jugar un papel clave. Aquí, nuestro jefe de crecimiento, Ben Smye, explica cómo.
¿Cuáles son los metales del grupo del platino?
La familia de metales del grupo del platino se compone de metales más densos conocidos y comprende seis elementos de metal de transición que, estructural y químicamente, son muy similares. Son platino, paladio, rodio, iridio, rutenio y osmio. Con alta durabilidad y ciclos de vida más largos, los PGM se utilizan en una variedad de aplicaciones exigentes.
Metales del grupo del platino como convertidores catalíticos
Uno de los usos más populares de los PGM se encuentra en convertidores catalíticos, utilizado para eliminar el óxido de nitrógeno, las emisiones de monóxido de carbono o las emisiones de hidrocarburos del combustible no quemado. Los convertidores catalíticos contienen metales y productos químicos, específicamente los catalizadores que eliminan o neutralizan los contaminantes dañinos del escape del automóvil.
Dentro del convertidor, los gases fluyen a través de una densa estructura alveolar hecha de cerámica y recubierta con los catalizadores. La estructura de panal significa que los gases tocan un área más grande de catalizador a la vez, por lo que se convierten de manera más rápida y eficiente.
El escape sucio fluye a través de dos cámaras. La primera cámara, el catalizador de reducción, contiene platino más rodio para eliminar el óxido de nitrógeno nocivo (NO). Esto deja solo nitrógeno y oxígeno inofensivos. El escape fluye hacia la segunda cámara, el catalizador de oxidación, que contiene platino y paladio. Luego, un escape más limpio sale a través del tubo de escape del automóvil.
Metales del grupo del platino para el control de emisiones automotrices
Los PGM son buenos catalizadores de control de emisiones automotrices porque son útiles para catalizar NO a nitrógeno y para oxidar monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos (HC).
Platino es uno de los catalizadores más populares debido a sus capacidades como buen catalizador de oxidación. Paladio y rodio también se utilizan ampliamente en convertidores junto con metales como cerio, cobre, hierro, manganeso y níquel, y es de destacar que no todos son metales preciosos.
Hay entre 3 y 7 gramos de metales del grupo del platino en un convertidor catalítico estándar, pero la cantidad varía según el fabricante y el modelo.
En términos de la medida en que se utilizan, generalmente hay alrededor de 3 a 7 gramos de PGM en un convertidor catalítico estándar. Sin embargo, la cantidad varía según el tamaño de la unidad. Pequeños convertidores catalíticos puede contener solo la mitad, o menos, del platino que se encuentra en los convertidores industriales más grandes. Unidades más grandes son cada vez más necesarios para los equipos de construcción y agrícolas en muchos mercados.
El crecimiento del mercado de PGM será impulsado principalmente por la producción y el consumo de automóviles, particularmente en las regiones de Europa y Asia-Pacífico (APAC).
Cómo los PGM reducen las emisiones de carbono
La popularidad del platino no se debe solo a sus propiedades, sino también al papel fundamental que puede desempeñar en ayudando a reducir las emisiones de carbono de los vehículos.
La Asociación Internacional de Metales del Grupo Platino (IPA) estima que los convertidores catalíticos instalados dentro del tubo de escape de un automóvil puede convertir más del 90 por ciento de HC, CO y NO de un motor en dióxido de carbono (CO2) menos dañino, nitrógeno y vapor de agua.
El convertidor catalítico o «cat» convierte las emisiones nocivas de la cámara de combustión del motor en vapor de agua y dióxido de carbono. La oxidación convierte el monóxido de carbono en dióxido de carbono y los hidrocarburos en dióxido de carbono y agua. Aunque estos gases siguen siendo dañinos para la atmósfera, son menos perjudiciales que los gases producidos por el motor.
Para vehículos de gasolina, donde hay un equilibrio entre reductores y oxidantes en el gas de escape, el platino y el paladio pueden ser igualmente eficaces y la elección entre estos materiales está determinada normalmente por el coste.
Rodio generalmente se usa además de estos dos elementos como parte de un catalizador de tres vías que puede reducir el NO a nitrógeno, así como oxidar CO y HC.
Ventaja del platino sobre otros materiales catalíticos
Mientras que otros elementos de transición pueden catalizar reacciones de oxidación, el platino tiene varias ventajas sobre estos.
En primer lugar, es alto punto de fusión. Aunque esto puede no parecer relevante porque el platino nunca se acercará a su temperatura de fusión en el convertidor catalítico, esta propiedad proporciona una indicación de la durabilidad térmica general del material.
los El punto de fusión de un material siempre es crucial. al elegir si se debe utilizar en aplicaciones de alta temperatura. A menudo se considera que esta temperatura es la mitad del punto de fusión del material.
Esto le da al platino un ventaja sobre otros materiales catalíticos como plata y oro. Esto es evidente en la temperatura de Tammann de este último material. La temperatura de Tammann de un material es la mitad de su punto de fusión. Cuando un metal se acerca a esta temperatura, ya no es sólido pero aún no es líquido y sus partículas pueden fusionarse con otros materiales en un proceso llamado sinterización.
Los convertidores catalíticos para la industria automotriz utilizan el 33% del platino del mundo, mientras que las joyas representan el 29%. El 8% restante está compuesto por monedas, barras y lingotes de platino que se utilizan con fines de inversión.
Tanto la plata como el oro tienen una temperatura de Tammann muy por debajo de la temperatura media producida por los gases de escape. Por ejemplo, esto sería típicamente de 600 a 700 grados centígrados para un automóvil de gasolina que se conduce por una autopista.
Sin embargo, para afirmar esto de manera confiable, es vital que los ingenieros se aseguren de tener tanta información sobre las propiedades térmicas de una PGM como sea posible. Históricamente, esto ha demostrado ser un desafío, lo que ha llevado a muchos fabricantes de automóviles trabajando con proveedores específicos. Con la digitalización de datos de materiales, respaldada por bases de datos de materiales como Matmatch, esto está cambiando y es posible acceder fácilmente a datos de materiales verificados y confiables.
Además de esto, los metales como la plata y el cobre tienden a reaccionar con moléculas venenosas que contienen azufre para formar compuestos, como sulfatos o sulfuros metálicos. Tales interacciones dejan menos metal disponible para reacciones catalíticas útiles tomar lugar. En contacto, el platino tiende a no envenenarse total o irreversiblemente.
Piezas de un convertidor catalítico roto.
Finalmente, otro La ventaja del platino es que se puede reciclar de manera eficiente..
Carreteras más limpias, futuro más brillante con PGM
Las preocupaciones ambientales impulsarán principalmente la demanda de PGM. Como componente vital de los convertidores catalíticos automotrices, resultarán críticos en reducir las emisiones de carbono de los vehículos – especialmente con normas gubernamentales más estrictas a este respecto. A medida que las regulaciones de emisiones se vuelven más estrictas, este podría ser el momento para que el platino, así como otros PGM, brillen a medida que crece la demanda.
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