编号：CYYJ00251

篇名：稀土催化材料：创新开拓大市场

作者： 杨遇春

关键词： 稀土

机构： 北京有色金属研究总院

摘要： 我国稀土产品供大于求已是不争的事实。如何提高其应用档次，增加市场竞争力一直是业内关注的问题。本刊近日特约北京有色金属研究总院高级工程师杨遇春撰文，以飨读者。

原文： 稀土作为重要的战略资源，我国在储量、矿产品、分离产品产量和出口量方面，均雄踞首位，而用量也只是仅次于美国居全球次席。我国自1995年以来稀土产品的生产始终保持大约10％的年均增长率，矿产品产能增长到18万吨，产量增长到8万吨以上，推动了国民经济和高新技术产业的发展，而另一方面供大于求，全球近8万吨的稀土消费市场，仅有32％由我国供应，这种供过于求的情况，是国内应用市场不畅所致。 　　稀土应用市场的新产品———汽车催化剂 　　我国生产的原油中，重质油比例高，而进口中东的原油中含钒量日益增大，这两种情况都要求使用活性高、选择性好、抗钒污染能力强的稀土分子筛催化裂化催化剂，以提高重质油的裂化能力、增加油品产量。但是全国汽油无铅化的推行，使高稀土含量Y型分子筛不得不向低稀土含量超稳定Y型分子筛过渡，尽管稀土仍是裂化催化剂不可或缺的组分，其应用市场会随原油加工量增加而继续扩大，但其应用比例减少则是不争的事实，美国1984年催化裂化石油稀土的用量高达12626t，而到1986年由于汽油的无铅化，其用量竟一下跌落到3658t。 　　汽车催化剂是稀土应用市场一个较新的产品，有氧化型催化剂和三元催化剂之分。氧化型不能解决NOx排放问题已经过时。三元催化剂在备有一个传感器的闭路系统内工作，它在将CO和HC氧化为CO2和水、NOx同步还原为氮的同时，还能控制内燃机内的空（气）／燃（油）比。 　　汽车的排放系统内安装一个不锈钢盒，盒内放置的是催化净化转化器，转化器内的汽车催化剂以做成蜂窝状的陶瓷或金属为基体，蜂窝体内表面涂以由Al2O3、稀土基材料（CeO2和其它金属氧化物的混合氧化物）和少量贵金属（铂、钯或铑）三个组元构成的活性涂层。催化主要由铂等贵金属完成。 　　稀土中的CeO2具有极好的储氧能力，空／燃比发生变化时能起极好的动态调节作用，即在燃料多时供氧，氧化CO和HC，燃料少时以Ce2O3的形式起还原作用，将NOx从排放气体中除去。稀土以助催化剂的形式，通过铈的高效氧化还原偶合作用和高的离子迁移性，提高三元催化剂的催化活性，节约贵金属，并提高Al2O3载体的耐热性能。其中尤以CeO2中加入氧化锆ZrO2形成的固溶体能显著提高CeO2的热稳定性和活性，提高尾气净化器在汽车发动机温度（达570℃）下的耐热性能。近年来，欧、美、日已利用了这项成果。 　　我国需深入研究催化基础理论 　　自美国于上世纪70年代中期推行汽车催化剂的应用以来，目前已有40余个国家实施了排放控制法。2000年欧洲制定的欧Ⅱ标准，要求颗粒排放物的允许数值是：CO2.3g／km、HC0.20g／km、NOx0.15g／km，到2005年实施欧Ⅳ标准时，颗粒排放物的允许数量将再下调40％~50％。显然是环保法规推动了对颗粒排放物的日益严格的控制，而这也催生了新的稀土催化材料及形成日趋强大的市场。 　　美国的汽车保有量在1.8亿辆以上，到1996年用于汽车催化剂的稀土氧化物用量已突破1.3万吨，占其国内稀土总消费量的46％，1999年更上升到占其总消费量的60％，年产汽车催化剂近5000万套，而其石油裂化催化剂中稀土的用量也在逐步恢复，1996年已上升到7300t，占稀土总消费量的25％，而我国稀土催化应用，显然没有达到美国的高度，石油催化裂化占国内稀土消费总量的18％，而代表高新技术产业的汽车催化剂仅占总消费量的不足2％，可见我国稀土消费结构在向高性能、高技术、高附加值产品转型方面仍然任重而道远，仍然安于现状的传统观念制约。 　　与我国相比，欧洲汽车催化剂的应用前景却令人鼓舞，全球最大的稀土分离提纯厂家罗纳·普朗克公司更名为罗地亚电子与催化剂材料公司，标志已把分离提纯的下游产品催化剂材料作为产业结构调整的主要支柱。这些公司普遍要求我国供应的稀土要保证质量的一致性，进而保证其最终产品在5~7年内保持高性能。 　　罗地亚公司还研制成新一代用于柴油机汽车的催化剂Eolys。这是一种以燃油为载体含CeO2的催化剂，用于柴油机颗粒过滤系统。过滤系统是一种陶瓷壁流体过滤器（或过滤阱），它利用稀土可除去柴油机90％以上甚致99％的颗粒排放物。过滤器在其本身完全被所收集的颗料堵塞之前通过Eolys能将过滤器再生，也就是将颗粒物构成的烟炱烧掉。由于Eolys中CeO2的作用是降低烟炱的点火温度，减慢燃烧引起的温升，因此整个再生过程较为温和且易于控制，可避免形成负压、使柴油车工作性能下降，由于是商业机密，仅了解到，Eolys与柴油和柴油添加剂能够配伍（相容），可与柴油完全混溶，并形成高度稳定的混合液，可装在瓶子内像润滑油一样供柴油机使用，使用颇为方便。 　　柴油机汽车较汽油机汽车，除油价低外，还明显节省燃油，在欧洲柴油机汽车正在大行其道，极力推广。我国油品的结构，柴油为汽油的1.3倍，柴油占整个油品产量的27.2％，柴油已广泛用于大型运载车辆、舰船、拖拉机、铁路机车和摩托车上，解决其排放的黑烟始终是亟待解决的重大环保问题，而借鉴罗地亚公司的技术采用二氧化铈（CeO2）作催化剂既解决了轻稀土的出路问题，又有利于交通运输业的环保，可谓一箭双雕，而制约稀土催化材料大展鸿图的原因之一，是对CeO 　　2催化剂缺乏必要的基础理论研究，而深入研究CeO2与ZrO2等组分金属氧化物之间的相互作用如何影响催化行为将直接关联一大批从挥发性有机物焚烧到废水处理等涉及环境的应用市场的开拓。