廢三元催化劑資源回收問題剖析及對策研究

宋宇軒，孫夢圓，吳少林，王輝，樓紫陽，沈亦龍

（1.上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200240；2.上海市固體廢物處理與資源化工程研究中心，上海 200240；3.上海電力大學(xué)環(huán)境化學(xué)與工程學(xué)院，上海 201306；4.上海市固體廢物與化學(xué)品管理技術(shù)中心，上海 200235）

三元催化劑是處理汽車尾氣排放的核心零部件，其作用主要是通過催化劑中的鉑、鈀、銠加速汽車發(fā)動機(jī)排出的有害氣體中CO、碳?xì)浠衔锖蚇Ox等氧化還原反應(yīng)，從而形成對人體無害的氣體排出。三元催化劑的催化活性成分主要為鉑族金屬， 因此在汽車報廢后， 拆解下來的廢三元催化劑可用于提煉鉑族金屬，具有巨大的回收與資源化價值；同時廢三元催化劑也因含有重金屬、有機(jī)污染物、石棉纖維氈等，而具有潛在環(huán)境危害性，已被列入《國家危險廢物名錄》（2021年版）。 因此對三元催化劑的回收與資源化必須由具有危險廢物經(jīng)營許可資質(zhì)的企業(yè)開展。

2021年，全國汽車保有量達(dá)3.02 億輛[1]，其中約有70%的汽車安裝有尾氣凈化催化處理裝置。然而，根據(jù)中國再生資源回收利用行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在2020年全國報廢回收的206.6 萬輛汽車中，原應(yīng)包含三元催化器約144.6 萬個， 但在實際的回收過程中，卻遠(yuǎn)低于統(tǒng)計值。這表明眾多廢三元催化劑在進(jìn)入報廢企業(yè)前已流入非法處理渠道。 這部分廢三元催化劑經(jīng)由非法黑作坊以高污染的方式進(jìn)行回收提煉， 產(chǎn)生的高濃度廢水直排入河流或其他環(huán)境介質(zhì)中，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。為應(yīng)對嚴(yán)峻的資源和環(huán)境問題， 必須深入調(diào)研汽車廢三元催化劑的回收過程， 探究汽車廢三元催化劑流失原因， 找到解決辦法。 本文擬針對上海市汽車廢三元催化劑的回收特征進(jìn)行分析， 旨在提出解決廢三元催化劑回收困難問題的對策建議。

1 我國廢三元催化劑主要特征

1.1 我國廢三元催化劑回收管理政策

汽車廢三元催化劑因含有鉑族金屬， 回收價值高，但也因含有重金屬、有機(jī)污染物、石棉纖維氈等，被列為危險廢物。 我國報廢汽車管理工作與廢三元催化劑回收工作起步較晚， 各類法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)仍在完善中。 2001年6 月16 日，國務(wù)院印發(fā)了《報廢汽車回收管理辦法》， 對報廢汽車回收活動進(jìn)行規(guī)范；2012年印發(fā)了《機(jī)動車強(qiáng)制報廢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定》，明確了各類機(jī)動車報廢的標(biāo)準(zhǔn)， 要求我國的機(jī)動車報廢及回收應(yīng)主要由具有資質(zhì)的企業(yè)開展。 但在廢三元催化劑回收問題上，在2016年之前都未進(jìn)行過特別管理，彼時大多數(shù)廢三元催化劑由國外企業(yè)回收，造成了資源外流。 2016年，《國家危險廢物名錄》修訂，將廢三元催化劑列入管理，代碼為900-049-50，歸屬HW50 廢催化劑類。 自此，廢三元催化劑的回收必須由具有危險廢物經(jīng)營許可資質(zhì)的企業(yè)開展。 然而目前，我國還沒有建立專門的催化劑行業(yè)協(xié)會，廢三元催化劑的回收管理工作屬于危險廢物環(huán)境污染防治工作范疇，主要由生態(tài)環(huán)境部實行統(tǒng)一的監(jiān)督管理，各級地方環(huán)保主管部門對本行政轄區(qū)內(nèi)的相關(guān)工作實施具體的監(jiān)督管理。

1.2 廢三元催化回收技術(shù)特征

廢三元催化劑回收主要包括報廢汽車拆解、廢三元催化劑收集、鉑族金屬回收3 個環(huán)節(jié)。報廢汽車拆解通常由合規(guī)的拆解企業(yè)承擔(dān)， 在經(jīng)過系統(tǒng)性的拆解后， 拆解下來的廢三元催化器被統(tǒng)一運(yùn)送到具有資質(zhì)的廢三元催化劑處理企業(yè)處理。 處理企業(yè)對送到的三元催化器進(jìn)行進(jìn)一步破碎并回收提煉其中含有的鉑族金屬，以實現(xiàn)最終的資源化利用。

回收破碎后三元催化劑粉末中的鉑族金屬有濕法、火法兩種工藝，目前使用的主流回收技術(shù)包括火法中的熔煉富集法，濕法中的加壓高溫氰化法、活性組分溶解法等。

1）熔煉富集法是利用鉑族金屬在高溫下易與鉛、鐵、銅等金屬形成合金，并通過分離爐渣實現(xiàn)鉑族金屬的回收。 其本質(zhì)是將鉛、鐵、銅等金屬或銅鎳硫化物作為捕集劑， 在高溫熔融狀態(tài)下將廢催化劑中鉑族金屬富集到捕集劑中形成合金或锍， 同時加入熔劑與廢催化劑中載體生成爐渣， 再用浸出工藝等將鉑族金屬與捕集劑分開并進(jìn)一步提純。 Morcali 等[2]用硫化亞鐵為捕集劑， 在950 ℃熔煉75 min， 得到Pt、Pd 和Rh 的回收率分別高達(dá)99%、99%和97%。由于本法處理規(guī)模大、 物料適應(yīng)性強(qiáng)、 工藝流程簡單， 是當(dāng)前提取廢三元催化劑中有價金屬的主流技術(shù)，具有很高的工業(yè)生產(chǎn)潛力。

2）加壓高溫氰化法是在高溫加壓條件下直接從廢催化劑中選擇性浸出鉑族金屬的方法。 該方法需加入氰化鈉與廢催化劑共同反應(yīng)，從而得到鉑族金屬的氰配離子。 根據(jù)黃昆等[3]的研究，在w（NaOH）=10%， t=160 ℃的條件下反應(yīng)2 h， 鉑族金屬Pt、Pd、Rh 的回收率分別可達(dá)到96%、98%、92%。 采用該方法回收鉑族金屬，選擇性高，工藝流程簡單，成本低，但因會使用到大量劇毒的氰化物，操作危險，必須使用特殊設(shè)備。 該法主要適用于中小規(guī)模的三元催化劑回收處理，大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用難度較高。

3）活性成分溶解法是使用含有強(qiáng)氧化劑的溶液使廢催化劑中的鉑族金屬溶解到溶液中， 之后再進(jìn)一步從溶液中回收鉑族金屬。 根據(jù)李耀威等[4]的研究，利用HCl-H2SO4-NaClO3，在95 ℃下反應(yīng)2 h，可以得到鉑族金屬Pt、Pd、Rh 的最佳浸出率分別為99%、97%、85%。該方法具有成本低、易操作、設(shè)備投入小的優(yōu)點；缺點是工藝會消耗大量酸液、堿液或氧化劑，處理不當(dāng)易對環(huán)境造成二次污染。該法主要適用于中小型規(guī)模的廢三元催化劑回收， 是國內(nèi)中小企業(yè)回收鉑族金屬的主要工藝方法。

2 上海市廢三元催化劑基本特征

2.1 上海市廢三元催化劑回收潛能

截至2021年底，上海市注冊機(jī)動車保有量（含“滬C”牌照機(jī)動車）494.2 萬輛，較上年增長5.4%。其中，汽車保有量474.3 萬輛，較上年增長5.7%。 全市注冊機(jī)動車擁有率為199 輛/千人， 同比增長5.3%。 單位面積機(jī)動車保有率為779 輛/km2，較上年增長5.4%[5]，見圖1。 除本地車輛外，上海同時還有大量的外地牌照汽車。在現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)下，絕大多數(shù)汽車帶有三元催化劑作為尾氣處理裝置， 因此全市潛在的廢三元催化劑回收市場龐大。 但實際通過正規(guī)報廢渠道回收的汽車尾氣三元催化劑只占一小部分，大部分流入了非法的回收處理渠道。

圖1 近5年上海市機(jī)動車、小客車、私人小客車保有量[5]

以上海市某正規(guī)回收企業(yè)為例， 其每年收到的社會報廢車輛中缺少三元催化劑的車輛占比很高，見圖2。 為應(yīng)對廢催化劑流失問題，該公司建立了一套入場檢驗方法，將廢三元催化劑列為必檢項，并將其與報廢汽車回收報價相關(guān)聯(lián)。 這一措施讓回收情況略有好轉(zhuǎn)， 但收到缺失三元催化劑的社會源車輛比例依舊保持在相對高位。

圖2 上海市某企業(yè)2015—2021年社會源報廢車輛中三元催化劑流失情況

據(jù)統(tǒng)計， 流入非法渠道的廢三元催化器有兩個主要去向：一是違規(guī)重復(fù)使用。這是由于新的三元催化器價格較貴， 部分機(jī)動車維修機(jī)構(gòu)會收集廢舊的三元催化器經(jīng)過簡單清洗或涂層后以舊充新重復(fù)使用。 然而翻新的三元催化劑凈化效率大多只會短期合格，時間稍長就無法達(dá)到環(huán)保要求，造成排放再次超標(biāo)，對環(huán)境造成危害。二是部分企業(yè)和個人受利益驅(qū)使， 從車主手中直接購置待淘汰報廢車輛的三元催化器， 私自使用有毒有害的化學(xué)藥劑浸泡催化劑涂層以提取其中的貴金屬。 這些非法加工場所多數(shù)無配套的污染防治設(shè)施， 冶煉過程中產(chǎn)生的廢液和廢渣直接排放，嚴(yán)重污染土壤及水體。

2.2 回收困難問題剖析

根據(jù)現(xiàn)有三元催化劑的轉(zhuǎn)移聯(lián)單統(tǒng)計結(jié)果，結(jié)合本項目對上海市汽車拆解企業(yè)以及尾氣催化劑處理企業(yè)的現(xiàn)場調(diào)研， 上海市報廢汽車三元催化劑在源頭、回收以及處置環(huán)節(jié)都存在流失的現(xiàn)象。主要存在的問題包括管理規(guī)定不嚴(yán)、監(jiān)管力量缺失、報廢信息不對稱三方面。

1）管理規(guī)定不嚴(yán)。按照上海市商委現(xiàn)有的規(guī)定，汽車在報廢時若無三元催化劑， 車主按照要求寫明相關(guān)情況、說明缺失原因，即可進(jìn)行報廢。 該規(guī)定的出發(fā)點是確保部分因事故或意外導(dǎo)致三元催化劑缺失的汽車能正常進(jìn)行報廢， 但也助長了不法分子私拆三元催化劑的膽量。 雖然規(guī)定要求報廢人需附上相關(guān)材料，對缺失的三元催化劑的去路負(fù)責(zé)，但由于三元催化劑的非法流通途徑隱蔽而難以監(jiān)管， 在巨大的利益面前， 不法汽車報廢中介與車主甘愿鋌而走險。

2）監(jiān)管力量缺失。 我國廢三元催化劑的流通回收過程缺少相應(yīng)的監(jiān)管力量， 尤其是對中小型汽修企業(yè)及部分報廢汽車拆解企業(yè)的監(jiān)管缺位。 許多此類企業(yè)借機(jī)逃避履行相應(yīng)義務(wù)， 未將廢三元催化劑送到有資質(zhì)的企業(yè)進(jìn)行處理， 導(dǎo)致許多三元催化劑流入地下工廠與黑作坊。

3）報廢信息不對稱。 多數(shù)報廢汽車拆解公司面向個人車主提供汽車報廢服務(wù)，但由于信息不對稱，絕大多數(shù)車主都是通過中介將車送去報廢。 這導(dǎo)致多數(shù)社會源報廢汽車有更高的概率在流轉(zhuǎn)過程中被私自拆卸掉三元催化劑。 相比于經(jīng)由中介批量送往企業(yè)報廢的社會源汽車， 個人車主直接送往汽車報廢拆解企業(yè)的汽車少有遺失三元催化劑的情況。 這表明中介是導(dǎo)致廢三元催化劑流失的關(guān)鍵節(jié)點。

3 廢三元催化劑回收問題的對策建議

1）嚴(yán)格報廢立法，加強(qiáng)政策約束。要想治理當(dāng)前三元催化劑回收處理過程的亂象， 須在立法上更為嚴(yán)格，抬高汽車報廢門檻，不給非法分子利用法律的漏洞的機(jī)會。在具體管理上，建議將三元催化劑按照汽車五大總成的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理， 對報廢汽車的三元催化劑進(jìn)行專門的造冊登記， 若汽車無三元催化劑則不可進(jìn)行報廢， 避免其流入非法的處理渠道。 同時，還需加強(qiáng)對處理三元催化劑的地下工廠、黑作坊的打擊力度，阻斷三元催化劑的非法流通渠道。

2）構(gòu)建公示平臺，暢通信息渠道。 目前，汽車報廢主要由有資質(zhì)的汽車拆解企業(yè)進(jìn)行，多數(shù)汽車拆解企業(yè)直接面向車主個人提供汽車報廢服務(wù)，但是由于信息不夠流通、 對汽車報廢流程與所需材料不熟悉， 多數(shù)車主在需要進(jìn)行汽車報廢時都是通過中介來完成的， 這樣直接催生了經(jīng)由汽車報廢中介的有組織、規(guī)?；?、私拆三元催化劑的行為。因此，建議環(huán)保局、車管所等部門依托交管平臺、部門官網(wǎng)做專門的汽車報廢信息專欄，將流程、廠商、材料的信息匯總在專欄內(nèi)，供車主進(jìn)行查閱，以消除汽車報廢過程信息不對稱的情況。車主可依據(jù)公示信息，直接從報廢廠商處獲得更高的汽車回收價格， 從而一定程度上減少經(jīng)中介之手的報廢汽車， 避免三元催化劑非法流失。

3）明確管理內(nèi)容，完成信息耦合。環(huán)保部門應(yīng)要求汽修拆解企業(yè)認(rèn)真準(zhǔn)確地記錄臺賬，將廢機(jī)油、廢電池、廢三元催化劑與報廢車輛的管理耦合，并將此信息在臺賬中詳細(xì)記錄，做到一車一單、單單明晰。危險廢物管理臺賬可參照《危險廢物產(chǎn)生單位管理計劃制定指南》中《危險廢物貯存環(huán)節(jié)記錄表》格式填寫，按順序裝訂成冊后使用。每種危險廢物每年填寫一本臺賬，且必須手工填寫，打印無效。 臺賬使用完畢后，由產(chǎn)生單位保存至少5 a。

上海市車輛的拆解信息會上傳至現(xiàn)有的拆解平臺，但平臺分類不細(xì)致，信息也不夠詳細(xì)，只有最基礎(chǔ)的數(shù)字，如拆車數(shù)輛、五大總成缺失數(shù)等。 環(huán)保部門獲得的數(shù)據(jù)就是企業(yè)上報的數(shù)據(jù)， 并不能完全掌握真實信息。 故管理部門應(yīng)充分整合車管所報廢車輛的數(shù)據(jù)信息和保險公司對事故車三元催化劑的回收信息。 另外， 汽修行業(yè)管理部門應(yīng)與保險公司協(xié)作，完善保險條款，要求保險公司帶走汽車零部件時進(jìn)行認(rèn)證和記錄，避免保險公司受利益所驅(qū)。

4）驅(qū)動循環(huán)過程，明確流動去向。我國可以對三元催化劑進(jìn)行再制造的企業(yè)也較少， 且大部分三元催化劑回收并不直接面向再制造的企業(yè)， 循環(huán)過程中存在大量流失問題。對比之下，部分專項針對廢機(jī)油、 變速箱及廢電池等的再制造的會員單位在工作上取得了較好成效，因此，車管所與環(huán)保部門可借鑒廢機(jī)油、 變速箱及廢電池的管理辦法管理三元催化劑，從源頭上控制三元催化劑的流失，并對后繼委托處理企業(yè)進(jìn)行了解，追溯三元催化劑的最終去向，引導(dǎo)其進(jìn)入循環(huán)利用的流程中。

5）提升行業(yè)協(xié)會監(jiān)管力度，打擊倒賣行為。汽修行業(yè)協(xié)會對于拆卸的三元催化劑的管理并不規(guī)范。根據(jù)對部分企業(yè)調(diào)研情況的掌握， 有處理資質(zhì)的企業(yè)收到的來自汽修廠的汽車零件較少， 汽修廠中更換下來的三元催化劑等危險廢物多數(shù)流入了其他非正規(guī)渠道。 在汽修行業(yè)協(xié)會已有相應(yīng)的系統(tǒng)對汽修廠中更換下來的各種汽車零件進(jìn)行記錄的情況下，仍然發(fā)生廢三元催化劑非法流失的情況， 表明汽修行業(yè)協(xié)會對于汽修企業(yè)的監(jiān)督存在疏漏。 這種管理疏漏對于汽車危險廢物的管理管控極為不利。因此，建議汽修行業(yè)協(xié)會借助已有登記系統(tǒng)， 加強(qiáng)對汽修企業(yè)廢汽車零件的去向監(jiān)管， 防止其中的三元催化劑等危險廢物被非法倒賣， 督促汽修企業(yè)通過合法合規(guī)的渠道對廢棄汽車零件進(jìn)行處理。