stringtranslate.com

Платиновая группа

Металлы платиновой группы ( МПГ ), также известные как платиноиды , платиниды , платидизы , платиновая группа , платиновые металлы , платиновое семейство или элементы платиновой группы ( ПЭГ ), представляют собой шесть благородных , драгоценных металлических элементов , объединенных в периодическую таблицу . Все эти элементы являются переходными металлами в d-блоке (группы 8 , 9 и 10 , периоды 5 и 6 ). [1]

Шесть металлов платиновой группы — это рутений , родий , палладий , осмий , иридий и платина . Они имеют схожие физические и химические свойства и, как правило, встречаются вместе в одних и тех же месторождениях полезных ископаемых. [2] Однако их можно дополнительно подразделить на элементы платиновой группы иридиевой группы (ЭПГИ: Os, Ir, Ru) и элементы платиновой группы палладиевой группы (ЭПГИ: Rh, Pt, Pd) на основе их поведения в геологических системах. [3]

Три элемента, расположенные выше платиновой группы в периодической таблице ( железо , никель и кобальт ), являются ферромагнитными ; они, вместе с лантаноидным элементом гадолинием (при температурах ниже 20 °C), [4] являются единственными известными переходными металлами, которые проявляют ферромагнетизм вблизи комнатной температуры.

История

Природная платина и сплавы с высоким содержанием платины были известны доколумбовым американцам в течение многих лет. [5] Однако, несмотря на то, что металл использовался доколумбовыми народами, первое европейское упоминание платины появляется в 1557 году в трудах итальянского гуманиста Юлия Цезаря Скалигера (1484–1558) как описание таинственного металла, найденного в центральноамериканских рудниках между Дарьеном (Панама) и Мексикой («до сих пор невозможно расплавить ни одним из испанских искусств»). [5]

Название платина происходит от испанского слова platina («маленькое серебро»), названия, данного металлу испанскими поселенцами в Колумбии . Они считали платину нежелательной примесью в серебре, которое они добывали. [5] [6]

К 1815 году родий и палладий были открыты Уильямом Хайдом Волластоном , а иридий и осмий — его близким другом и соратником Смитсоном Теннантом . [7]

Свойства и применение

Копия национального прототипа эталона килограмма NIST , изготовленная из сплава на 90% платины и на 10% иридия.

Платиновые металлы обладают многими полезными каталитическими свойствами. Они очень устойчивы к износу и потускнению, что делает платину, в частности, хорошо подходящей для ювелирных изделий . Другие отличительные свойства включают устойчивость к химическому воздействию, превосходные высокотемпературные характеристики, высокую механическую прочность, хорошую пластичность и стабильные электрические свойства. [8] Помимо их применения в ювелирных изделиях, платиновые металлы также используются в противораковых препаратах, промышленности, стоматологии, электронике и катализаторах выхлопных газов транспортных средств (VEC). [9] VEC содержат твердую платину (Pt), палладий (Pd) и родий (Rh) и устанавливаются в выхлопной системе транспортных средств для снижения вредных выбросов, таких как оксид углерода (CO), путем преобразования их в менее вредные выбросы. [10]

Происшествие

В целом, ультраосновные и основные магматические породы имеют относительно высокое, а граниты низкое содержание следов PGE. Геохимически аномальные следы встречаются преимущественно в хромшпинелидах и сульфидах. Основные и ультраосновные магматические породы содержат практически все первичные руды PGM мира. Основные слоистые интрузии , включая Бушвельдский комплекс , намного превосходят все другие геологические обстановки платиновых месторождений. [11] [12] [13] [14] Другие экономически значимые месторождения PGE включают основные интрузии, связанные с базальтовыми потоками , и ультраосновные комплексы типа Аляски, Урала. [12] : 230 

Минералы платиновой группы

Типичные руды для МПГ содержат около 10 г МПГ/тонну руды, поэтому идентичность конкретного минерала неизвестна. [15]

Платина

Платина может встречаться как самородный металл, но она также может встречаться в различных минералах и сплавах. [16] [17] Тем не менее, руда сперрилита ( арсенид платины , PtAs2 ) является , безусловно, самым значительным источником этого металла. [18] Природный сплав платины и иридия, платиниридий, встречается в минерале куперите ( сульфид платины , PtS). Платина в самородном состоянии, часто сопровождаемая небольшими количествами других платиновых металлов, встречается в аллювиальных и россыпных месторождениях в Колумбии , Онтарио , Уральских горах и в некоторых западных американских штатах. Платина также добывается в коммерческих целях как побочный продукт переработки никелевой руды. Огромные количества перерабатываемой никелевой руды компенсируют тот факт, что платина составляет всего две части на миллион руды. Южная Африка , с обширными месторождениями платиновой руды в рифе Меренского комплекса Бушвельд , является крупнейшим в мире производителем платины, за ней следует Россия . [19] [20] Платина и палладий также добываются в коммерческих целях из магматического комплекса Стиллуотер в Монтане, США. Лидерами первичной добычи платины являются Южная Африка и Россия, за которыми следуют Канада, Зимбабве и США. [21]

Осмий

Осмиридий — это природный сплав иридия и осмия, обнаруженный в платиносодержащих речных песках Уральских гор , а также в Северной и Южной Америке . Следовые количества осмия также присутствуют в никелевых рудах, обнаруженных в районе Садбери , Онтарио , вместе с другими металлами платиновой группы. Несмотря на то, что количество платиновых металлов, обнаруженных в этих рудах, невелико, большой объем перерабатываемых никелевых руд делает возможным их коммерческое извлечение. [20] [22]

Иридий

Металлический иридий встречается вместе с платиной и другими металлами платиновой группы в аллювиальных отложениях. [23] Природные иридиевые сплавы включают осмийридий и иридосмин , оба из которых являются смесями иридия и осмия. Он извлекается в коммерческих целях как побочный продукт при добыче и переработке никеля. [20]

Рутений

Рутений обычно встречается в рудах с другими металлами платиновой группы в Уральских горах, а также в Северной и Южной Америке . Небольшие, но коммерчески важные количества также встречаются в пентландите, добываемом в Садбери, Онтарио , и в месторождениях пироксенита в Южной Африке . [20]

Родий

Промышленная добыча родия сложна, поскольку он встречается в рудах, смешанных с другими металлами, такими как палладий, серебро , платина и золото . Он содержится в платиновых рудах и добывается в свободном виде в виде белого инертного металла, который очень трудно сплавлять. Основные источники этого элемента находятся в Южной Африке, Зимбабве, в речных песках Уральских гор , Северной и Южной Америке, а также в районе добычи сульфида меди и никеля в районе бассейна Садбери . Хотя количество в Садбери очень мало, большое количество перерабатываемой никелевой руды делает извлечение родия экономически эффективным. Однако ежегодное мировое производство этого элемента в 2003 году составило всего 7 или 8 тонн , а родиевых минералов очень мало. [24]

Палладий

Палладий преимущественно содержится в сульфидных минералах, в первую очередь в пирротине . [12] Палладий встречается как свободный металл и в сплаве с платиной и золотом с металлами платиновой группы в россыпных месторождениях Уральских гор Евразии , Австралии , Эфиопии , Южной и Северной Америки . Однако его промышленно добывают из никель - медных месторождений, обнаруженных в Южной Африке и Онтарио, Канада . Огромный объем перерабатываемой никель-медной руды делает эту добычу прибыльной, несмотря на ее низкую концентрацию в этих рудах. [24]

Производство

Технологическая схема разделения металлов платиновой группы.

Производство отдельных металлов платиновой группы обычно начинается с остатков производства других металлов со смесью нескольких из этих металлов. Очистка обычно начинается с анодных остатков производства золота, меди или никеля. Это приводит к очень энергоемкому процессу извлечения, который приводит к экологическим последствиям. Ожидается, что выбросы углекислого газа возрастут в результате возросшего спроса на платиновые металлы, и из-за этого, вероятно, будет расширена горнодобывающая деятельность в Бушвельдском магматическом комплексе . Необходимы дальнейшие исследования для определения воздействия на окружающую среду. [25] Классические методы очистки используют различия в химической реакционной способности и растворимости нескольких соединений извлекаемых металлов. [26] Эти подходы уступили место новым технологиям, которые используют экстракцию растворителем .

Разделение начинается с растворения образца. Если используется царская водка , то образуются хлоридные комплексы. В зависимости от деталей процесса, которые часто являются коммерческой тайной, отдельные МПГ получаются в виде следующих соединений: плохо растворимые (NH 4 ) 2 IrCl 6 и (NH 4 ) 2 PtCl 6 , PdCl 2 (NH 3 ) 2 , летучие OsO 4 и RuO 4 , а также [RhCl(NH 3 ) 5 ]Cl 2 . [27]

Производство в ядерных реакторах

Значительные количества трех легких металлов платиновой группы — рутения, родия и палладия — образуются в качестве продуктов деления в ядерных реакторах. [28] С ростом цен и увеличением мирового спроса, благородные металлы , произведенные в реакторах, становятся альтернативным источником. Имеются различные отчеты о возможности извлечения благородных металлов деления из отработанного ядерного топлива . [29] [30] [31]

Экологические проблемы

Ранее считалось, что металлы платиновой группы имеют очень мало отрицательных свойств по сравнению с их отличительными свойствами и способностью успешно снижать вредные выбросы автомобильных выхлопов. [32] Однако, даже при всех положительных сторонах использования платиновых металлов, отрицательные эффекты их использования необходимо учитывать с точки зрения того, как это может повлиять на будущее. Например, металлическая Pt считается химически неактивной и неаллергенной, поэтому, когда Pt выбрасывается из VEC, она находится в металлической и оксидной формах и считается относительно безопасной. [33] Однако Pt может растворяться в дорожной пыли, попадать в водные источники, почву и увеличивать мощность дозы у животных посредством биоаккумуляции . [33] Эти воздействия платиновых групп ранее не рассматривались, однако [34] со временем накопление металлов платиновой группы в окружающей среде может фактически представлять больший риск, чем считалось ранее. [34] Необходимы будущие исследования, чтобы полностью понять угрозу платиновых металлов, особенно с учетом того, что чем больше автомобилей с двигателями внутреннего сгорания ездят, тем больше выбросов платиновых металлов.

Бионакопление металлов Pt в животных может представлять значительный риск для здоровья как людей, так и биоразнообразия. Виды будут становиться более токсичными, если их источник пищи загрязнен этими опасными металлами Pt, выделяемыми VECs. Это может потенциально нанести вред другим видам, включая людей, если мы едим этих опасных животных, таких как рыба. [34]

Цисплатин — препарат на основе платины, используемый в терапии человеческих новообразований. Медицинский успех цисплатина противоречив из-за серьезных побочных эффектов.

Платиновые металлы, извлекаемые в процессе добычи и плавки, также могут оказывать значительное воздействие на окружающую среду. В Зимбабве исследование показало, что добыча платиновой группы вызывает значительные экологические риски, такие как загрязнение водных источников, кислотный дренаж и ухудшение состояния окружающей среды . [35]

Другая опасность Pt — это воздействие галогенированных солей Pt, которые могут вызывать аллергические реакции с высоким уровнем астмы и дерматита. Это опасность, которая иногда наблюдается при производстве промышленных катализаторов, вызывая реакции у рабочих. [33] Рабочие, немедленно отстраненные от дальнейшего контакта с солями Pt, не показали никаких признаков долгосрочных эффектов, однако продолжающееся воздействие может привести к последствиям для здоровья. [33]

Использование платины в лекарственных препаратах также может потребовать переоценки, поскольку некоторые побочные эффекты этих препаратов включают тошноту, потерю слуха и нефротоксичность. [33] Обращение с этими препаратами профессионалами, такими как медсестры, также приводило к некоторым побочным эффектам, включая хромосомные аберрации и выпадение волос. Поэтому необходимо оценить и рассмотреть долгосрочные эффекты использования и воздействия платиновых препаратов, чтобы определить, безопасны ли они для использования в медицинской помощи.

Хотя воздействие относительно небольших объемов выбросов металлов платиновой группы может не иметь долгосрочных последствий для здоровья, существует значительная обеспокоенность тем, как накопление выбросов металлов Pt повлияет на окружающую среду, а также на здоровье человека. Это угроза, которая потребует дополнительных исследований для определения безопасных уровней риска, а также способов смягчения потенциальных опасностей от металлов платиновой группы. [36]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Аб Реннер, Х.; Шламп, Г.; Кляйнвехтер, И.; Дрост, Э.; Люшоу, HM; Тьюс, П.; Панстер, П.; Диль, М.; и др. (2002). «Металлы и соединения платиновой группы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Уайли. дои : 10.1002/14356007.a21_075. ISBN 3527306730.
  2. ^ Харрис, Д.К.; Кабри Л.Дж. (1991). «Номенклатура сплавов элементов платиновой группы; обзор и пересмотр». Канадский минералог . 29 (2): 231–237.
  3. ^ Роллинсон, Хью (1993). Использование геохимических данных: оценка, представление, интерпретация. Longman Scientific and Technical. ISBN 0-582-06701-4.
  4. ^ Lide, DR, ред. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86-е изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. стр. 4.122. ISBN 0-8493-0486-5.
  5. ^ abc Weeks, ME (1968). Discovery of the Elements (7-е изд.). Journal of Chemical Education. стр. 385–407. ISBN 0-8486-8579-2. OCLC  23991202.
  6. ^ Вудс, Ян (2004). Элементы: Платина. Benchmark Books. ISBN 978-0-7614-1550-3.
  7. ^ Platinum Metals Rev., 2003, 47, (4), 175. Двухсотлетие четырех металлов платиновой группы ЧАСТЬ I: РОДИЙ И ПАЛЛАДИЙ – СОБЫТИЯ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЕ ИХ ОТКРЫТИЯМ (WP Griffith)
  8. ^ Хант, Л. Б.; Левер, Ф. М. (1969). «Платиновые металлы: обзор производительных ресурсов для промышленного использования» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 13 (4): 126–138 . Получено 2009-10-02 .
  9. ^ Равиндра, Хайвал; Бенч, Ласло; Ван Грикен, Рене (2004). «Элементы платиновой группы в окружающей среде и их риск для здоровья». Science of the Total Environment . 318 (1–3): 1–43. Bibcode : 2004ScTEn.318....1R. doi : 10.1016/S0048-9697(03)00372-3. hdl : 2299/2030 . PMID  14654273.
  10. ^ Аругете, Дебора М.; Уоллес, Адам; Блэкни, Терри; Керр, Роуз; Гербер, Гален; Ферко, Джейкоб (2020). «Выделение палладия из материалов каталитического нейтрализатора, вызванное хлоридом и ферроцианидом компонентов дорожного антиобледенителя». Chemosphere . 245 : 125578. Bibcode :2020Chmsp.245l5578A. doi :10.1016/j.chemosphere.2019.125578. PMID  31864058. S2CID  209440501.
  11. ^ Бьюкенен, DL (2002). Кабри, LJ (ред.). «Геология элементов платиновой группы». Специальный том CIM 54: Геология, геохимия, минералогия и обогащение полезных ископаемых элементами платиновой группы . Монреаль: Канадский институт горного дела, металлургии и нефти.
  12. ^ abc Pohl, Walter L. (2011). Экономическая геология: принципы и практика . Oxford: Wiley-Blackwell. ISBN 978-1-4443-3662-7.
  13. ^ Zereini, Fathi; Wiseman, Clare LS (2015). Платиновые металлы в окружающей среде. Берлин: Springer Professional.
  14. ^ Мунгалл, Дж. Э.; Налдретт, А. Дж. (2008). «Рудные месторождения элементов платиновой группы». Элементы . 4 (4): 253–258. doi :10.2113/GSELEMENTS.4.4.253.
  15. ^ Бернардис, FL; Грант, RA; Шеррингтон, DC (2005). «Обзор методов разделения металлов платиновой группы через их хлорокомплексы». Реактивные и функциональные полимеры . 65 (3): 205–217. doi :10.1016/j.reactfunctpolym.2005.05.011.
  16. ^ "Mineral Profile: Platinum". British Geological Survey . Сентябрь 2009. Получено 6 февраля 2018 .
  17. ^ "Поиск минералов по химии - Платина". www.mindat.org . Получено 2018-02-08 .
  18. ^ Фейк, Кэти (28 февраля 2013 г.). «Платина | Музей наук о Земле | Университет Ватерлоо». Университет Ватерлоо . Получено 6 февраля 2018 г.
  19. ^ Сяо, З.; Лапланте, А. Р. (2004). «Характеристика и извлечение минералов платиновой группы — обзор». Minerals Engineering . 17 (9–10): 961–979. Bibcode : 2004MiEng..17..961X. doi : 10.1016/j.mineng.2004.04.001.
  20. ^ abcd "Platinum–Group Metals" (PDF) . Геологическая служба США, Обзоры минерального сырья. Январь 2007 г. Получено 2008-09-09 .
  21. ^ Барди, Уго; Капорали, Стефано (2014). «Драгоценные металлы в автомобильной технологии: неразрешимая проблема истощения?». Минералы . 4 (2): 388–398. Bibcode : 2014Mine....4..388B. doi : 10.3390/min4020388 . hdl : 2158/1086074 .
  22. ^ Эмсли, Дж. (2003). «Иридий». Строительные блоки природы: путеводитель по элементам от А до Я. Оксфорд, Англия, Великобритания: Oxford University Press. стр. 201–204. ISBN 0-19-850340-7.
  23. ^ Тренто, Чин (9 мая 2024 г.). «5 распространенных применений иридия». Stanford Advanced Materials . Получено 1 октября 2024 г.
  24. ^ ab Chevalier, Patrick. "Platinum Group Metals" (PDF) . Natural Resources Canada. Архивировано из оригинала (PDF) 2011-08-11 . Получено 2008-10-17 .
  25. ^ Себастьен, Раух (ноябрь 2012 г.). «Антропогенное обогащение платины в окрестностях шахт в магматическом комплексе Бушвельд, Южная Африка» . Получено 14 февраля 2020 г.
  26. ^ Хант, Л. Б.; Левер, Ф. М. (1969). «Платиновые металлы: обзор производительных ресурсов для промышленного использования» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 13 (4): 126–138 . Получено 2009-10-02 .
  27. ^ Бернардис, FL; Грант, RA; Шеррингтон, DC "Обзор методов разделения металлов платиновой группы через их хлорокомплексы" Реактивные и функциональные полимеры 2005, т. 65, стр. 205-217. doi :10.1016/j.reactfunctpolym.2005.05.011
  28. ^ RJ Newman, FJ Smith (1970). "Платиновые металлы, полученные в результате ядерного деления — оценка их возможного использования в промышленности" (PDF) . Platinum Metals Review . 14 (3): 88.
  29. ^ Зденек Коларик, Эдуард В. Ренар (2003). «Извлечение ценных осколочных платиноидов из отработанного ядерного топлива; ЧАСТЬ I: общие положения и базовая химия» (PDF) . Platinum Metals Review . 47 (2): 74.
  30. ^ Коларик, Зденек; Ренард, Эдуард В. (2005). "Потенциальные возможности применения осколочных платиноидов в промышленности" (PDF) . Обзор платиновых металлов . 49 (2): 79. doi : 10.1595/147106705X35263 .
  31. ^ Зденек Коларик, Эдуард В. Ренар (2003). «Извлечение ценных осколочных платиноидов из отработанного ядерного топлива; ЧАСТЬ II: Процесс разделения» (PDF) . Platinum Metals Review . 47 (3): 123.
  32. ^ Гао, Бо; Юй, Янькэ; Чжоу, Хуайдун; Лу, Цзинь (2012). «Характеристики накопления и распределения элементов платиновой группы в придорожной пыли в Пекине, Китай». Экологическая токсикология и химия . 31 (6): 1231–1238. doi :10.1002/etc.1833. PMID  22505271. S2CID  39813004.
  33. ^ abcde Khaiwal Ravindra, László Bencs, René Van Grieken (5 января 2004 г.). «Элементы платиновой группы в окружающей среде и их риск для здоровья». Science of the Total Environment . 318 (1–3): 1–43. Bibcode : 2004ScTEn.318....1R. doi : 10.1016/S0048-9697(03)00372-3. hdl : 2299/2030 . PMID  14654273.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  34. ^ abc Clare LS Wiseman, Fathi Zereini (2012). «Воздушные частицы, элементы платиновой группы и здоровье человека: обзор последних данных». Science of the Total Environment . 407 (8): 2493–2500. doi :10.1016/j.scitotenv.2008.12.057. PMID  19181366.
  35. ^ Мек, Майдейи; Лав, Дэвид; Мапани, Бенджамин (2006). «Зимбабвийские шахтные отвалы и их влияние на качество речной воды — разведывательное исследование». Физика и химия Земли, части A/B/C . 31 (15–16): 797–803. Bibcode : 2006PCE....31..797M. doi : 10.1016/j.pce.2006.08.029.
  36. ^ Хант, Л. Б.; Левер, Ф. М. (1969). «Платиновые металлы: обзор производительных ресурсов для промышленного использования» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 13 (4): 126–138 . Получено 2009-10-02 .

Внешние ссылки