كيفية إعادة تدوير أنود التيتانيوم المبلتن لتقليل تكاليف الإنتاج

في صناعة الكلور القلوي، لا يمكن لطرق إعادة التدوير التقليدية لخردة أنود التيتانيوم المبلتن (بسمك طلاء بلاتيني يتراوح بين 5 و20 ميكرومتر) استعادة سوى 60-70% من البلاتين. وقد أحدثت تقنية التجريد الكهربائي بالنبض العكسي نقلة نوعية في كفاءة الاستعادة المنخفضة: فعن طريق تطبيق تيار نبضي بتردد 100 هرتز (دورة عمل عكسية 30%) في إلكتروليت NaNO₃، ارتفعت كفاءة تجريد البلاتين إلى 98%. بعد السفع الرملي والحفر الحمضي (HF:HNO₃ = 1:3) لإصلاح ركيزة التيتانيوم، يمكن إعادة طلائها، مما يطيل عمرها الافتراضي بثلاثة أضعاف. بعد اعتماد هذه التقنية، خفضت شركة أمريكية تكلفة استعادة الأنود لكل متر مربع من 170 دولارًا إلى 55 دولارًا، محققةً معدل إعادة تدوير سبائك التيتانيوم بنسبة 90%. تجمع هذه العملية بين تجديد المعادن الثمينة وإعادة استخدام الركيزة، مما يقلل تكاليف المواد الخام بشكل مباشر بأكثر من 30%.

أنواع أنودات التيتانيوم المبلتن

يتم تصنيف أنود التيتانيوم المبلتن عالي الجودة الصناعي إلى نوعين بناءً على عمليات الطلاء: طبقات البلاتين المطلية كهربائيًا (سمك 0.5-5 ميكرومتر) بمقاومية أقل من 0.1 Ω•cm²، ومناسبة لتطبيقات الطلاء الكهربائي عالية الدقة مثل طلاء الذهب للمكونات الإلكترونية؛ عمليات تلبيد طلاء البلاتين أقل تكلفة ولكنها تتمتع بمقاومية أعلى، وتستخدم بشكل أساسي في التطبيقات التقليدية مثل معالجة مياه الصرف الصحي. من الناحية الهيكلية، يمكن تخصيص أنود التيتانيوم المبلتن إلى أشكال شبكية أو صفيحة أو قضيب أو أنبوب. تعزز تصميمات الشبكة (حجم المسام 0.5-3 مم) كفاءة انتشار إلكتروليتات الملح المنصهر عالية اللزوجة بنسبة 20٪، بينما أنود التيتانيوم المبلتن على شكل أنبوبي أكثر ملاءمة للمفاعلات الكهروكيميائية المغلقة. بالإضافة إلى البلاتين النقي ، يمكن للطلاءات المركبة IrO₂-Ta₂O₅ إطالة عمر الخدمة في البيئات الحمضية.

سوق أنود التيتانيوم المطلي بالبلاتين

يُحرك سوق أنودات التيتانيوم المطلية بالبلاتين العالمي الأداء التكنولوجي واللوائح البيئية. في أمريكا الشمالية وأوروبا، ونتيجةً لاحتياجات تطوير صناعة الكلور القلوي ، يصل معدل النمو السنوي لأنودات التيتانيوم المطلية بأكسيد المعدن القائمة على البلاتين إلى 8.5%. تُعطي الشركات اليابانية الأولوية لاستخدام أنودات التيتانيوم المطلية بالبلاتين من النوع الشبكي بسمك 0.5-1 مم في تطبيقات معالجة المياه، حيث أن جهد ازدياد تطور الأكسجين (1.385 فولت) أقل بنسبة 10% من جهد طلاءات الروثينيوم والإيريديوم، مما يُقلل بشكل كبير من استهلاك طاقة التحليل الكهربائي. تُركز العلامات التجارية الرائدة، مثل شركة METAKEM الألمانية وشركة Jennings Anodes الأمريكية، على تطبيقات درجات الحرارة العالية، حيث تُقدم أنودات التيتانيوم المطلية بالبلاتين والمطلية بمركب البلاتين والإيريديوم المتدرج القادرة على تحمل التحليل الكهربائي بالملح المنصهر عند درجة حرارة 600 درجة مئوية. في غضون ذلك، يدخل الموردون الصينيون أسواقًا متخصصة بهياكل شبكية مُخصصة، حيث يُمثلون 40% من إجمالي الطاقة الإنتاجية في منطقة آسيا والمحيط الهادئ. وسيعتمد النمو المُستقبلي لسوق أنود التيتانيوم المُغطى بالبلاتين على زيادة انتشاره في قطاع الطاقة الجديدة، وخاصةً الطلب على ألواح الأقطاب الكهربائية القائمة على التيتانيوم في بطاريات الحالة الصلبة. 

قيمة إعادة تدوير أنود التيتانيوم المبلتن 

بعد التخلص منها، تُظهر أنودات التيتانيوم المُبلَّنة المُعاد تدويرها بنيةً مساميةً فضفاضةً ذات لونٍ أسود مائلٍ للرمادي، مع نسبة بلاتين ≥ 99.95%. يُقلل إعادة تدوير كيلوغرام واحد من البلاتين الإسفنجي من استخراج 10 أطنان من خام البلاتين الأولي، ويُخفِّض استهلاك الطاقة بنسبة 80%. تُظهر البيانات الصناعية لشركة Umicore الألمانية أنه عند إعادة تدوير مُحفِّزات عوادم السيارات، يُمكن أن يُنتج كل طن من مواد النفايات ما بين 1.2 و1.5 كيلوغرام من البلاتين، ولكن هذا يتطلب كلورةً وتطايرًا عاليَي الحرارة (1000 درجة مئوية مع 30% غاز كلور) لتحويل البلاتين وإذابته. ومع ذلك، يتميز البلاتين الإسفنجي المُستعاد من أنودات التيتانيوم المُبلْتَنة، نظرًا لطبيعته المسامية، بمساحة سطح نشطة كهروكيميائيًا (60-120 مترًا مربعًا/غرام) تفوق بكثير مساحة سطح محفزات البلاتين الأسود، مما يؤدي إلى زيادة في القيمة بنسبة 15-20% أثناء تجديد أقطاب خلايا الوقود. يؤكد تقييم دورة الحياة أن انبعاثات الكربون (3200 كجم من ثاني أكسيد الكربون) الناتجة عن استعادة كيلوغرام واحد من البلاتين باستخدام طريقة التبادل الأيوني لا تتجاوز 55% من انبعاثات طريقة الماء الملكي التقليدية، كما تنخفض كمية النفايات الثانوية بنسبة 76%، مما يجعلها الحل الأمثل للمعالجة واسعة النطاق. وقد تحولت عملية استعادة البلاتين من أنودات التيتانيوم المُبلْتَنة من عملية مكلفة إلى عملية جوهرية تُولّد قيمة.