废三元催化剂资源回收问题剖析及对策研究

宋宇轩，孙梦圆，吴少林，王辉，楼紫阳，沈亦龙

（1.上海交通大学环境科学与工程学院，上海 200240；2.上海市固体废物处理与资源化工程研究中心，上海 200240；3.上海电力大学环境化学与工程学院，上海 201306；4.上海市固体废物与化学品管理技术中心，上海 200235）

三元催化剂是处理汽车尾气排放的核心零部件，其作用主要是通过催化剂中的铂、钯、铑加速汽车发动机排出的有害气体中CO、碳氢化合物和NOx等氧化还原反应，从而形成对人体无害的气体排出。三元催化剂的催化活性成分主要为铂族金属， 因此在汽车报废后， 拆解下来的废三元催化剂可用于提炼铂族金属，具有巨大的回收与资源化价值；同时废三元催化剂也因含有重金属、有机污染物、石棉纤维毡等，而具有潜在环境危害性，已被列入《国家危险废物名录》（2021年版）。 因此对三元催化剂的回收与资源化必须由具有危险废物经营许可资质的企业开展。

2021年，全国汽车保有量达3.02 亿辆[1]，其中约有70%的汽车安装有尾气净化催化处理装置。然而，根据中国再生资源回收利用行业协会的统计数据，在2020年全国报废回收的206.6 万辆汽车中，原应包含三元催化器约144.6 万个， 但在实际的回收过程中，却远低于统计值。这表明众多废三元催化剂在进入报废企业前已流入非法处理渠道。 这部分废三元催化剂经由非法黑作坊以高污染的方式进行回收提炼， 产生的高浓度废水直排入河流或其他环境介质中，造成严重的环境污染。为应对严峻的资源和环境问题， 必须深入调研汽车废三元催化剂的回收过程， 探究汽车废三元催化剂流失原因， 找到解决办法。 本文拟针对上海市汽车废三元催化剂的回收特征进行分析， 旨在提出解决废三元催化剂回收困难问题的对策建议。

1 我国废三元催化剂主要特征

1.1 我国废三元催化剂回收管理政策

汽车废三元催化剂因含有铂族金属， 回收价值高，但也因含有重金属、有机污染物、石棉纤维毡等，被列为危险废物。 我国报废汽车管理工作与废三元催化剂回收工作起步较晚， 各类法律法规标准仍在完善中。 2001年6 月16 日，国务院印发了《报废汽车回收管理办法》， 对报废汽车回收活动进行规范；2012年印发了《机动车强制报废标准规定》，明确了各类机动车报废的标准， 要求我国的机动车报废及回收应主要由具有资质的企业开展。 但在废三元催化剂回收问题上，在2016年之前都未进行过特别管理，彼时大多数废三元催化剂由国外企业回收，造成了资源外流。 2016年，《国家危险废物名录》修订，将废三元催化剂列入管理，代码为900-049-50，归属HW50 废催化剂类。 自此，废三元催化剂的回收必须由具有危险废物经营许可资质的企业开展。 然而目前，我国还没有建立专门的催化剂行业协会，废三元催化剂的回收管理工作属于危险废物环境污染防治工作范畴，主要由生态环境部实行统一的监督管理，各级地方环保主管部门对本行政辖区内的相关工作实施具体的监督管理。

1.2 废三元催化回收技术特征

废三元催化剂回收主要包括报废汽车拆解、废三元催化剂收集、铂族金属回收3 个环节。报废汽车拆解通常由合规的拆解企业承担， 在经过系统性的拆解后， 拆解下来的废三元催化器被统一运送到具有资质的废三元催化剂处理企业处理。 处理企业对送到的三元催化器进行进一步破碎并回收提炼其中含有的铂族金属，以实现最终的资源化利用。

回收破碎后三元催化剂粉末中的铂族金属有湿法、火法两种工艺，目前使用的主流回收技术包括火法中的熔炼富集法，湿法中的加压高温氰化法、活性组分溶解法等。

1）熔炼富集法是利用铂族金属在高温下易与铅、铁、铜等金属形成合金，并通过分离炉渣实现铂族金属的回收。 其本质是将铅、铁、铜等金属或铜镍硫化物作为捕集剂， 在高温熔融状态下将废催化剂中铂族金属富集到捕集剂中形成合金或锍， 同时加入熔剂与废催化剂中载体生成炉渣， 再用浸出工艺等将铂族金属与捕集剂分开并进一步提纯。 Morcali 等[2]用硫化亚铁为捕集剂， 在950 ℃熔炼75 min， 得到Pt、Pd 和Rh 的回收率分别高达99%、99%和97%。由于本法处理规模大、 物料适应性强、 工艺流程简单， 是当前提取废三元催化剂中有价金属的主流技术，具有很高的工业生产潜力。

2）加压高温氰化法是在高温加压条件下直接从废催化剂中选择性浸出铂族金属的方法。 该方法需加入氰化钠与废催化剂共同反应，从而得到铂族金属的氰配离子。 根据黄昆等[3]的研究，在w（NaOH）=10%， t=160 ℃的条件下反应2 h， 铂族金属Pt、Pd、Rh 的回收率分别可达到96%、98%、92%。 采用该方法回收铂族金属，选择性高，工艺流程简单，成本低，但因会使用到大量剧毒的氰化物，操作危险，必须使用特殊设备。 该法主要适用于中小规模的三元催化剂回收处理，大规模工业化应用难度较高。

3）活性成分溶解法是使用含有强氧化剂的溶液使废催化剂中的铂族金属溶解到溶液中， 之后再进一步从溶液中回收铂族金属。 根据李耀威等[4]的研究，利用HCl-H2SO4-NaClO3，在95 ℃下反应2 h，可以得到铂族金属Pt、Pd、Rh 的最佳浸出率分别为99%、97%、85%。该方法具有成本低、易操作、设备投入小的优点；缺点是工艺会消耗大量酸液、碱液或氧化剂，处理不当易对环境造成二次污染。该法主要适用于中小型规模的废三元催化剂回收， 是国内中小企业回收铂族金属的主要工艺方法。

2 上海市废三元催化剂基本特征

2.1 上海市废三元催化剂回收潜能

截至2021年底，上海市注册机动车保有量（含“沪C”牌照机动车）494.2 万辆，较上年增长5.4%。其中，汽车保有量474.3 万辆，较上年增长5.7%。 全市注册机动车拥有率为199 辆/千人， 同比增长5.3%。 单位面积机动车保有率为779 辆/km2，较上年增长5.4%[5]，见图1。 除本地车辆外，上海同时还有大量的外地牌照汽车。在现行排放标准下，绝大多数汽车带有三元催化剂作为尾气处理装置， 因此全市潜在的废三元催化剂回收市场庞大。 但实际通过正规报废渠道回收的汽车尾气三元催化剂只占一小部分，大部分流入了非法的回收处理渠道。

图1 近5年上海市机动车、小客车、私人小客车保有量[5]

以上海市某正规回收企业为例， 其每年收到的社会报废车辆中缺少三元催化剂的车辆占比很高，见图2。 为应对废催化剂流失问题，该公司建立了一套入场检验方法，将废三元催化剂列为必检项，并将其与报废汽车回收报价相关联。 这一措施让回收情况略有好转， 但收到缺失三元催化剂的社会源车辆比例依旧保持在相对高位。

图2 上海市某企业2015—2021年社会源报废车辆中三元催化剂流失情况

据统计， 流入非法渠道的废三元催化器有两个主要去向：一是违规重复使用。这是由于新的三元催化器价格较贵， 部分机动车维修机构会收集废旧的三元催化器经过简单清洗或涂层后以旧充新重复使用。 然而翻新的三元催化剂净化效率大多只会短期合格，时间稍长就无法达到环保要求，造成排放再次超标，对环境造成危害。二是部分企业和个人受利益驱使， 从车主手中直接购置待淘汰报废车辆的三元催化器， 私自使用有毒有害的化学药剂浸泡催化剂涂层以提取其中的贵金属。 这些非法加工场所多数无配套的污染防治设施， 冶炼过程中产生的废液和废渣直接排放，严重污染土壤及水体。

2.2 回收困难问题剖析

根据现有三元催化剂的转移联单统计结果，结合本项目对上海市汽车拆解企业以及尾气催化剂处理企业的现场调研， 上海市报废汽车三元催化剂在源头、回收以及处置环节都存在流失的现象。主要存在的问题包括管理规定不严、监管力量缺失、报废信息不对称三方面。

1）管理规定不严。按照上海市商委现有的规定，汽车在报废时若无三元催化剂， 车主按照要求写明相关情况、说明缺失原因，即可进行报废。 该规定的出发点是确保部分因事故或意外导致三元催化剂缺失的汽车能正常进行报废， 但也助长了不法分子私拆三元催化剂的胆量。 虽然规定要求报废人需附上相关材料，对缺失的三元催化剂的去路负责，但由于三元催化剂的非法流通途径隐蔽而难以监管， 在巨大的利益面前， 不法汽车报废中介与车主甘愿铤而走险。

2）监管力量缺失。 我国废三元催化剂的流通回收过程缺少相应的监管力量， 尤其是对中小型汽修企业及部分报废汽车拆解企业的监管缺位。 许多此类企业借机逃避履行相应义务， 未将废三元催化剂送到有资质的企业进行处理， 导致许多三元催化剂流入地下工厂与黑作坊。

3）报废信息不对称。 多数报废汽车拆解公司面向个人车主提供汽车报废服务，但由于信息不对称，绝大多数车主都是通过中介将车送去报废。 这导致多数社会源报废汽车有更高的概率在流转过程中被私自拆卸掉三元催化剂。 相比于经由中介批量送往企业报废的社会源汽车， 个人车主直接送往汽车报废拆解企业的汽车少有遗失三元催化剂的情况。 这表明中介是导致废三元催化剂流失的关键节点。

3 废三元催化剂回收问题的对策建议

1）严格报废立法，加强政策约束。要想治理当前三元催化剂回收处理过程的乱象， 须在立法上更为严格，抬高汽车报废门槛，不给非法分子利用法律的漏洞的机会。在具体管理上，建议将三元催化剂按照汽车五大总成的标准进行管理， 对报废汽车的三元催化剂进行专门的造册登记， 若汽车无三元催化剂则不可进行报废， 避免其流入非法的处理渠道。 同时，还需加强对处理三元催化剂的地下工厂、黑作坊的打击力度，阻断三元催化剂的非法流通渠道。

2）构建公示平台，畅通信息渠道。 目前，汽车报废主要由有资质的汽车拆解企业进行，多数汽车拆解企业直接面向车主个人提供汽车报废服务，但是由于信息不够流通、 对汽车报废流程与所需材料不熟悉， 多数车主在需要进行汽车报废时都是通过中介来完成的， 这样直接催生了经由汽车报废中介的有组织、规模化、私拆三元催化剂的行为。因此，建议环保局、车管所等部门依托交管平台、部门官网做专门的汽车报废信息专栏，将流程、厂商、材料的信息汇总在专栏内，供车主进行查阅，以消除汽车报废过程信息不对称的情况。车主可依据公示信息，直接从报废厂商处获得更高的汽车回收价格， 从而一定程度上减少经中介之手的报废汽车， 避免三元催化剂非法流失。

3）明确管理内容，完成信息耦合。环保部门应要求汽修拆解企业认真准确地记录台账，将废机油、废电池、废三元催化剂与报废车辆的管理耦合，并将此信息在台账中详细记录，做到一车一单、单单明晰。危险废物管理台账可参照《危险废物产生单位管理计划制定指南》中《危险废物贮存环节记录表》格式填写，按顺序装订成册后使用。每种危险废物每年填写一本台账，且必须手工填写，打印无效。 台账使用完毕后，由产生单位保存至少5 a。

上海市车辆的拆解信息会上传至现有的拆解平台，但平台分类不细致，信息也不够详细，只有最基础的数字，如拆车数辆、五大总成缺失数等。 环保部门获得的数据就是企业上报的数据， 并不能完全掌握真实信息。 故管理部门应充分整合车管所报废车辆的数据信息和保险公司对事故车三元催化剂的回收信息。 另外， 汽修行业管理部门应与保险公司协作，完善保险条款，要求保险公司带走汽车零部件时进行认证和记录，避免保险公司受利益所驱。

4）驱动循环过程，明确流动去向。我国可以对三元催化剂进行再制造的企业也较少， 且大部分三元催化剂回收并不直接面向再制造的企业， 循环过程中存在大量流失问题。对比之下，部分专项针对废机油、 变速箱及废电池等的再制造的会员单位在工作上取得了较好成效，因此，车管所与环保部门可借鉴废机油、 变速箱及废电池的管理办法管理三元催化剂，从源头上控制三元催化剂的流失，并对后继委托处理企业进行了解，追溯三元催化剂的最终去向，引导其进入循环利用的流程中。

5）提升行业协会监管力度，打击倒卖行为。汽修行业协会对于拆卸的三元催化剂的管理并不规范。根据对部分企业调研情况的掌握， 有处理资质的企业收到的来自汽修厂的汽车零件较少， 汽修厂中更换下来的三元催化剂等危险废物多数流入了其他非正规渠道。 在汽修行业协会已有相应的系统对汽修厂中更换下来的各种汽车零件进行记录的情况下，仍然发生废三元催化剂非法流失的情况， 表明汽修行业协会对于汽修企业的监督存在疏漏。 这种管理疏漏对于汽车危险废物的管理管控极为不利。因此，建议汽修行业协会借助已有登记系统， 加强对汽修企业废汽车零件的去向监管， 防止其中的三元催化剂等危险废物被非法倒卖， 督促汽修企业通过合法合规的渠道对废弃汽车零件进行处理。