Platinum Group Metals: pārskats, saraksts, īpašības un lietojumprogrammas

Platīna grupas metāliem ir seši noble vērtīgi ķīmiskie elementi, kas periodiskajā tabulā atrodas blakus. Visi no tiem ir 5.-6. Perioda 8.-10. Grupas pārejas metāli.

Platīna grupas metāli: saraksts

Grupa sastāv no šādiem sešiem ķīmiskajiem elementiem, kas sakārtoti pēc palielinātā atomu masa:

• Ru ir rutēnijs.
• Rh ir rodijs.
• Pd ir pallādijs.
• Os ir osmijs.
• Ir irrīīds.
• Pt ir platīns.

Platīna grupas metāliem piemītSietu-balts toni, izņemot osmium, kura krāsa ir zilgani balta. Viņu ķīmiskā izturēšanās ir paradoksāla, jo viņiem ir liela pretestība lielāko daļu reaģentu iedarbības, bet tie tiek izmantoti kā katalizatori, kas viegli paātrina vai kontrolē oksidācijas, samazināšanas un hidrogenēšanas reakciju ātrumu.

Rutenijs un osmijs kristalizējas uz sešstūra formas blīvu sistēmu, savukārt citās ir kristāla struktūra. Tas izpaužas rutēna un osmija lielākajā cietībā.

Atklāšanas vēsture

Kaut arī platīns satur zelta artifactsdatēts 700 BC. Šā metāla klātbūtne, drīzāk, ir negadījums nekā likumsakarība. XVI gs. Jesuitieņi minēja pelēkus biezos oļus, kas saistīti ar aluviālu zelta nogulumiem. Šos akmeņus nevarēja izkausēt, bet tie izveidoja sakausējumu ar zeltu, bet stieņi kļuva trausli un tos jau nebija iespējams tīrīt. Akmeņus sāka saukt par platina del Pinto - sudraba materiāla granulas no Pinto upes, kas ieplūst San Juan upē Kolumbijā.

Platinum iegremdēšana, ko var iegūt tikaipēc pilnīgas metāla tīrīšanai, viņš bija izcelt Francijas fiziķis Shaba 1789.. No tā tika tasi, iepazīstināja pāvesta Pija VI. Uz atklāšanas pallādija 1802., teica angļu ķīmiķis Viljams Volastona, kurš nosaukts vielas. platīna-grupa metāla elements pēc asteroīda. Wollaston vēlāk deklarēja atklājumu citas vielas radītā platīna rūdas. To viņš aicināja rodiju sakarā ar rozā krāsu metāla sāļu. Sākuma irīdijs (nosaukta dievietes varavīksnes Iris, jo no raiba tā sāļi) un osmijs (no grieķu vārda "smaržu", jo hlora smaržu tās gaistošas ​​oksīda) veica britu ķīmiķis Smitsona Tennant 1803. Franču zinātnieki Hippolyte Victor Collet-Deskoti, Antoine-François Fourcroy, un Nicolas-Louis Vauquelin identificēt divus metālus vienlaicīgi. Rutēnijs, izolēts un identificē ar pēdējo elementu ieguva savu nosaukumu no latīņu nosaukuma krievu krievu ķīmiķis Kārlis Karlovich Klaus 1844..

Atšķirībā no šāda viegli identificējamasalīdzinoši tīra valsts ar vienkāršām uguns šķīdinātājiem, piemēram, zelta, sudraba, platīna grupas metālu prasa sarežģītu ūdens ķīmisko apstrādi. Šīs metodes nebija pieejami, līdz 19.gadsimta beigās, un tā identifikāciju un izolācija platīna grupas atpalika sudraba un zelta tūkstošiem gadu. Turklāt augsta kušanas temperatūra no šiem metāliem, ir ierobežota to izmantošanu līdz pētnieki Lielbritānijā, Francijā, Vācijā un Krievijā nav izstrādātas metodes platīna pārvēršanai formā, kas piemērota apstrādei. Kā platīna grupas dārgmetāli sāka lietot rotaslietās kopš 1900. gada. Lai gan šāds pieteikums joprojām ir aktuāls, rūpniecības nozare to ir pārspējusi. Palladium ir kļuvis ļoti populārs materiāls kontaktpersonas telefona releju sistēmu un citu bezvadu sakaru, nodrošinot ilgu kalpošanas laiku un augstu uzticamību, un platīna, jo tā izturību dzirksteles eroziju, Otrā pasaules kara laikā sāka izmantot aizdedzes sveces kaujas lidmašīnas.

Pēc kara molekulārās izplešanāspārvēršana naftas pārstrādē radīja milzīgu pieprasījumu pēc katalītiskajām īpašībām, kādas piemīt platīna grupas metāliem. Līdz 70. gadiem patēriņš palielinājās vēl vairāk, ja automobiļu emisijas standarti Amerikas Savienotajās Valstīs un citās valstīs noveda pie šo ķīmisko elementu izmantošanas izplūdes gāzu katalītiskajā konversijā.

Ore

Izņemot mazos aluviālos noguldījumusplatīns, pallādijs un osmium irīdijs (iridija un osmija sakausējums), praktiski nav rūdas, kurā galvenais elements būtu ķīmiskais elements - platīna grupas metāls. Parasti minerālvielas atrodas sulfīdu rūdīs, jo īpaši pentlandī (Ni, Fe)₉S₈. Visbiežāk laurite RuS₂, Irsit (Ir, Ru, Rh, Pt) AsS, Osmoridium (Ir, Os), Cooperite (PtS) un Braggite (Pt, Pd) S.

Pasaulē lielākais metālu depozītsplatīna grupa - Bushveld komplekss Dienvidāfrikā. Lielas izejvielu rezerves koncentrējas Sudburijas noguldījumos Kanādā un Norilskas Talnahā Sibīrijā. Amerikas Savienotajās Valstīs lielākie platīna minerālvielu noguldījumi atrodas Stillwater, Montana, taču šeit tie ir daudz mazāki nekā Dienvidāfrikā un Krievijā. Pasaulē lielākie platīna ražotāji ir Dienvidāfrika, Krievija, Zimbabve un Kanāda.

Iegūšana un pārstrāde

Major Dienvidāfrikas un Kanādasnoguldījumi tiek izmantoti, izmantojot raktuves metodi. Praktiski visi platīna grupas metāli tiek ekstrahēti no vara vai niķeļa sulfīda minerāliem, izmantojot flotācijas atdalīšanu. Koncentrāta kausēšana rada maisījumu, kas tiek izskalots no vara un niķeļa sulfīda autoklāvā. Cietais noplūdes atlikums satur 15 līdz 20% platīna grupas metālu.

Dažreiz gravitācijas atdalīšana tiek izmantota pirms peldēšanas. Tā rezultātā tiek iegūts koncentrāts, kas satur līdz 50% platīna metālu, tādējādi novēršot kausēšanas nepieciešamību.

Mehāniskās īpašības

Platīna grupas metāli ievērojami atšķirasmehāniskās īpašības. Platīns un pallādijs ir diezgan mīksti un viegli kaļami. Ar šiem metāliem un to sakausējumiem ir iespējams strādāt gan karstā, gan aukstā stāvoklī. Rodijs vispirms tiek apstrādāts karsti, un vēlāk to var apstrādāt aukstā ar diezgan bieži atkausēšanu. Iridijs un rutēnijs ir jāapkarsē, jāapstrādā auksti, viņi paši nesniedz.

Osmijs ir cieta no grupas un ir visvairākaugsta kušanas temperatūra, bet tās tendence uz oksidēšanu rada ierobežojumus. Iridium ir visvairāk korozijizturīgs no platīna metāliem, un rodijs tiek vērtēts, lai saglabātu tā īpašības augstā temperatūrā.

Strukturālie pielietojumi

Tā kā atkausēts platīns ir ļotimīksts, tas ir jutīgs pret skrāpējumiem un bojājumiem. Lai palielinātu tā cietību, tas ir sapludināts ar daudziem citiem elementiem. Platinum rotaslietas ir ļoti populāri Japānā, kur to sauc par "hakkin" un "balto zeltu". Rotaslietu sakausējumiem ir 90% Pt un 10% Pd, kurus ir viegli apstrādāt un lodēt. Rutēnija pievienošana palielina sakausējuma cietību, vienlaikus saglabājot izturību pret oksidēšanu. Sakausējumi no platīna, pallādija un vara tiek izmantoti viltotiem izstrādājumiem, jo ​​tie ir sarežģītāki par platīna palādiju un mazāk dārgi.

Ražošanai izmantotie tīģelipusvadītāju rūpniecības monokristāli, nepieciešama korozijas izturība un stabilitāte augstā temperatūrā. Šim pielietojumam vislabāk piemērots platīns, platīns-rodijs un irīdijs. Platīna-rodija sakausējumi tiek izmantoti termoelementu ražošanai, kuri ir paredzēti paaugstinātas temperatūras mērīšanai līdz 1800 ° C. Pallādijs tiek izmantots gan tīrā, gan jauktā veidā elektriskajās ierīcēs (50% no patēriņa), zobu sakausējumos (30%). Rodijs, rutēnijs un osmijs tiek reti izmantoti tīrā formā - tie kalpo par leģējošu piedevu citiem platīna grupas metāliem.

Katalizatori

Aptuveni 42% no visiem Rietumos ražotajiem platīniem,tiek izmantots kā katalizators. No tiem, 90% tiek izmantots automašīnu izplūdes sistēmas, atšķiras ar to, ugunsizturīgu granulu vai medus pārklātas ar platīna (un pallādija, un rodija) veicina pārveidošanu nesadegušo ogļūdeņražu, oglekļa monoksīda un slāpekļa oksīdu ūdenī, oglekļa dioksīdu un slāpekļa.

Sudraba platīns un 10% rodijs sarkanā krāsākarstā metāla režģi kalpo kā katalizatoru reakcijā starp amonjaka un gaisu, lai ražotu slāpekļa oksīdu un slāpekļskābi. Kad barošanas amonjaka ar metāna maisījumu var pagatavot ciānūdeņražskābe. Kad rafinēšana platīnu uz alumīnija oksīda virsmas granulu reaktorā ir katalizators, lai pārveidotu garo ķēžu sazarotās molekulām eļļas izoparafīnā kas ir vēlamas maisījumā, kas satur augstu oktāna benzīnu.

Galvanizācija

Var tikt izmantoti visi platīna grupas metāligalvaniski. Sakarā ar iegūto pārklājumu cietību un spīdumu visbiežāk tiek izmantots rodijs. Lai gan tā izmaksas ir augstākas nekā platīna izmaksas, zemāks blīvums ļauj izmantot mazāku materiāla masu līdzīgā biezumā.

Pallādijs ir platīna grupas metāls, kasto visvieglāk izmantot pārklājumam. Sakarā ar to materiāla izturība ievērojami palielinās. Rutēnijs ir atrasts lietojums instrumentos, kas paredzēti berzes apstrādei zemā spiedienā.

Ķīmiskie savienojumi

Platinummetālu organiskie kompleksiGrupas, piemēram, alkilplatīna kompleksi, tiek izmantoti kā katalizatori olefīna polimerizācijā, polipropilēna un polietilēna ražošanā, kā arī oksidējot etilēnu ar acetaldehīdu.

Platinum sāļi arvien vairāk tiek izmantotivēža ķīmijterapijā. Piemēram, tie ir daļa no tādām zālēm kā "Karboplatīns" un "Cisplatīns". Rutēnu pārklājumu elektrodi izmanto hlora un nātrija hlorāta ražošanai. Rodija sulfāts un fosfāts tiek izmantoti rodija pārklājuma vannās.