Платина: свойства и применение

Обзор свойств и применений этого плотного металла

Разговор о платине

Обзор свойств и применений этого плотного металла

Платина — это плотный, стабильный и редкий металл, который часто используется в ювелирных изделиях для привлекательного, серебристого вида, а также в медицинских, электронных и химических применениях благодаря своим уникальным химическим и физическим свойствам.
свойства

  1. Атомный символ: Pt
  2. Атомный номер: 78
  3. Элемент Категория: Переходный металл
  4. Плотность: 21,45 г / см3
  5. Точка плавления: 3214,9 ° F (1768,3 ° C)
  6. Точка кипения: 6917 ° F (3825 ° C)
  7. Твердость Моха: 4-4,5

Характеристики платины

Платиновый металл обладает рядом полезных свойств, что объясняет его применение в самых разных отраслях промышленности. Это один из самых плотных металлических элементов — почти в два раза плотнее свинца — и очень стабилен, что дает отличным коррозионно-стойким свойствам металла. Хороший проводник электричества, платина также податлива и пластична.

Платина считается биологически совместимым металлом, потому что она нетоксична и стабильна, поэтому она не реагирует или не оказывает отрицательного влияния на ткани тела. Недавние исследования также показали, что платина ингибирует рост некоторых раковых клеток.

История платины

Сплав металлов платиновой группы (PGMs), который включает платину, использовался для украшения Шкатулки из Фивы, египетской гробницы, которая насчитывает примерно 700BC. Это самое раннее известное использование платины, хотя доколумбовые южноамериканцы также изготавливали украшения из золота и платиновых сплавов.

Платиновые диски.
Платиновые диски.

Испанские конкистадоры были первыми европейцами, столкнувшимися с металлом, хотя им было неприятно в погоне за серебром из-за его сходного внешнего вида. Они назвали металл Платиной — версию Платы, испанское слово для серебра — или Платина-дель-Пинто из-за ее открытия в песках вдоль берегов реки Пинто в современной Колумбии.

Несмотря на то, что в середине 18-го века он изучал ряд английских, французских и испанских химиков, Франсуа Чабано первым выпустил чистый образец платинового металла в 1783. В 1801 году англичанин Уильям Волластон обнаружил метод эффективного извлечения металла из руда, которая очень похожа на процесс, используемый сегодня.

Серебряный вид платинового металла быстро сделал его ценным товаром среди королевской семьи и богатых, которые искали украшения из последнего драгоценного металла.

Растущий спрос привел к открытию крупных месторождений в Уральских горах в 1824 году и в Канаде в 1888 году, но вывод, который коренным образом изменил будущее платины, не наступил до 1924 года, когда фермер в Южной Африке споткнулся через платиновый самородок в русле реки. Это в конечном итоге привело к открытию геолога Ханса Меренского месторождения магния Бушвельда, самого большого платинового месторождения на Земле.

Хотя некоторые промышленные приложения для платины (например, покрытия для свечей зажигания) использовались к середине 20-го века, большинство современных электронных, медицинских и автомобильных применений разрабатывались только с 1974 года, когда правила качества воздуха в США инициировали эру автокатализаторов.

С того времени платина также стала инвестиционным инструментом и торгуется на Нью-йоркской товарной бирже и Лондонском рынке платины и палладия.

Производство платины

Хотя платина чаще всего встречается естественным образом в россыпных месторождениях, майнеры из платины и платиновой группы (PGM) обычно извлекают металл из сперрилита и кооператива, с двумя платиносодержащими рудами.

Платиновый сплав.
Платиновый сплав.

Платина всегда находится рядом с другими МПГ. В южноафриканском комплексе Bushveld и ограниченном числе других рудных тел PGM происходят в достаточных количествах, чтобы сделать экономически исключительно экстракцию этих металлов; тогда как на российских месторождениях Норильска и Канады в Садбери платиновые и другие МПГ добываются как побочные продукты никеля и меди.

Извлечение платины из руды является капитальным и трудоемким. Это может занять до 6 месяцев и от 7 до 12 тонн руды для производства одной тройской унции (31.135 г) чистой платины.

Платиновый самородок.
Платиновый самородок.

Первой стадией этого процесса является измельчение платиновой руды и ее погружение в реагент, содержащий воду; процесс, известный как «пенная флотация».

Во время флотации воздух закачивается через руду-водную суспензию. Частицы платины химически присоединяются к кислороду и поднимаются на поверхность в пене, которую отбрасывают для дальнейшей очистки.

После высушивания концентрированный порошок по-прежнему содержит менее 1% платины. Затем он нагревается до температуры выше 2732 ° F (1500 ° C) в электрических печах, и воздух снова продувается, удаляя примеси железа и серы.

Электролитические и химические методы используются для извлечения никеля, меди и кобальта, что приводит к концентрату 15-20% МПГ.

Aqua regia (смесь азотной кислоты и соляной кислоты) используется для растворения платинового металла из минерального концентрата путем создания хлора, который прикрепляется к платине с образованием хлороплатиновой кислоты.

На последней стадии хлорид аммония используют для превращения хлорплатиновой кислоты в гексахлорплатинат аммония, который можно сжечь с образованием чистого металла платины.

Хорошей новостью является то, что не вся платина производится из первичных источников в этом длинном и дорогостоящем процессе. Согласно статистике Геологической службы США (USGS), около 30% из 8,53 млн унций платины, произведенной во всем мире в 2012 году, поступают из переработанных источников.

Благодаря своим ресурсам, сосредоточенным на комплексе Bushveld, Южная Африка на сегодняшний день является крупнейшим производителем платины, обеспечивающей более 75% мирового спроса, в то время как Россия (25 тонн) и Зимбабве (7,8 тонны) также являются крупными производителями. Anglo Platinum (Amplats), «Норильский никель» и Impala Platinum (Implats) являются крупнейшими индивидуальными производителями платинового металла.

Применения платины

Для металла, чье ежегодное глобальное производство составляет всего 192 тонны, платина находится в критических для производства многих повседневных предметах.

Наибольшее использование, составляющее около 40% спроса, — это ювелирная отрасль, где в основном используется в сплаве, который производит белое золото. По оценкам, более 40% обручальных колец, продаваемых в США, содержат некоторую платину. США, Китай, Япония и Индия являются крупнейшими рынками платиновых ювелирных изделий.

Коррозионная стойкость платины и высокотемпературная стабильность делают ее идеальной в качестве катализатора в химических реакциях. Катализаторы ускоряют химические реакции, не подвергая себя химическому изменению в процессе.

Основное приложение Platinum в этом секторе, составляющее около 37% от общего спроса на металл, находится в каталитических конвертерах для автомобилей. Каталитические нейтрализаторы уменьшают вредные химические вещества от выбросов выхлопных газов, инициируя реакции, которые превращают более 90% углеводородов (монооксид углерода и оксидов азота) в другие, менее вредные соединения.

Платина также используется для катализирования азотной кислоты и бензина; увеличивая октановые уровни в топливе.

В электронной промышленности платиновые тигли используются для изготовления полупроводниковых кристаллов для лазеров, в то время как сплавы используются для изготовления магнитных дисков для компьютерных жестких дисков и контактов переключателей в автомобильных средствах управления.

Спрос на медицинскую промышленность растет, поскольку платина может использоваться как для ее проводящих свойств в электродах кардиостимуляторов, так и для имплантатов ушной и ретинальной ткани, а также для противораковых свойств в препаратах (например, карбоплатин и цисплатин).

Ниже приведен список некоторых других приложений для платины:

  • С родием, используемым для изготовления высокотемпературных термопар
  • Чтобы сделать оптически чистое, плоское стекло для телевизоров, ЖК-мониторов и мониторов
  • Изготовление резьбы из стекла для волоконной оптики
  • В сплавах, используемых для формирования наконечников автомобильных и аэронавигационных свечей зажигания
  • В качестве замены золота в электронных соединениях
  • В покрытиях для керамических конденсаторов в электронных устройствах
  • В высокотемпературных сплавах для форсунок реактивных топлив и ракетных носовых конусов
  • В зубных имплантатах
  • Чтобы сделать высококачественные флейты
  • Детекторы дыма и окиси углерода
  • Для производства силиконов
  • В покрытиях для бритв