stringtranslate.com

Платиновая группа

Металлы платиновой группы ( МПГ ), также известные как платиноиды , платиниды , платидизы , платиновая группа , платиновые металлы , семейство платины или элементы платиновой группы ( ПГЭ ) , представляют собой шесть благородных драгоценных металлических элементов, сгруппированных вместе в периодической таблице . 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 в зависимости от их поведения их можно разделить на элементы платиновой группы иридиевой группы (IPGE: Os, Ir, Ru) и элементы платиновой группы палладиевой группы (PPGE: Rh, Pt, Pd). в геологических системах. [3]

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

История

Природная платина и богатые платиной сплавы были известны американцам доколумбовой эпохи в течение многих лет. [5] Однако, хотя этот металл использовался доколумбовыми народами, первое европейское упоминание о платине появляется в 1557 году в трудах итальянского гуманиста Юлия Цезаря Скалигера (1484–1558) как описание загадочного металла, найденного в 1557 году. Центральноамериканские рудники между Дарьеном (Панама) и Мексикой («до сих пор невозможно расплавить никаким испанским искусством»). [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 сотрудником Смитсоном Теннантом . [7]

Свойства и использование

Копия национального прототипа килограммового стандарта NIST , изготовленная из 90% платины и 10% иридиевого сплава.

Платиновые металлы обладают многими полезными каталитическими свойствами. Они обладают высокой устойчивостью к износу и потускнению, что делает платину особенно подходящей для изготовления изысканных ювелирных изделий . Другие отличительные свойства включают стойкость к химическому воздействию, отличные высокотемпературные характеристики, высокую механическую прочность, хорошую пластичность и стабильные электрические свойства. [8] Помимо 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 выхлопную систему автомобилей для снижения вредных выбросов, таких как окись углерода (CO), путем преобразования их в менее вредные выбросы. . [10]

Вхождение

Как правило, ультраосновные и основные магматические породы имеют относительно высокое содержание следов ЭПГ , а граниты – низкое. Геохимически аномальные следы встречаются преимущественно в хромшпинелидах и сульфидах. В мафитовых и ультраосновных магматических породах содержатся практически все первичные платиновые руды мира. Основные слоистые интрузии , включая комплекс Бушвельд , значительно превосходят все другие геологические условия платиновых месторождений. [11] [12] [13] [14] Другие экономически значимые месторождения ЭПГ включают мафические интрузии, связанные с паводковыми базальтами , и ультраосновные комплексы аляскинского, уральского типа. [12] : 230 

МПГ-минералы

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

Платина

Платина может встречаться как самородный металл, но также может встречаться в различных минералах и сплавах. [16] [17] Тем не менее, сперрилитовая руда ( арсенид платины , PtAs 2 ) на сегодняшний день является наиболее важным источником этого металла. [18] Встречающийся в природе сплав платины и иридия, платиниридий, встречается в минерале куперит ( 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 западноамериканских штатах . Платина также производится в промышленных масштабах как побочный продукт переработки никелевой руды. Огромные объемы перерабатываемой никелевой руды компенсируют тот факт, что платина составляет всего две части на миллион руды. Южная Африка , располагающая обширными месторождениями платиновой руды на Меренском рифе 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 производства первичной платины являются Южная Африка и Россия, за ними следуют Канада, Зимбабве и США. [21]

Осмий

Осмиридий представляет собой 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 никельсодержащих рудах, обнаруженных в регионе Садбери , Онтарио , наряду с другими металлами платиновой группы. Несмотря на то, что количество платиновых металлов, обнаруженных в этих рудах, невелико, большие объемы перерабатываемых никелевых руд делают возможным их коммерческое извлечение. [20] [22]

Иридий

Металлический иридий встречается вместе с платиной и другими металлами платиновой группы в россыпных отложениях. Встречающиеся в природе сплавы иридия включают осмиридий и иридосмин , оба из которых представляют собой смеси иридия и осмия. В промышленных масштабах его извлекают как побочный продукт добычи и переработки никеля. [20]

Рутений

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

Родий

Промышленная добыча родия сложна, поскольку он происходит в рудах, смешанных с другими металлами, такими как палладий, серебро , платина и золото . Он встречается в платиновых рудах и получается в виде белого инертного металла, который очень трудно плавить. Основные источники этого элемента расположены в Южной Африке, Зимбабве, в речных песках Уральских гор , Северной и Южной Америке, а также в районе добычи медно-никелевых сульфидов в районе бассейна Садбери . Хотя объемы в Садбери очень малы, большие объемы перерабатываемой никелевой руды делают извлечение родия экономически эффективным. Однако годовое мировое производство этого элемента в 2003 году составляет всего 7–8 тонн , а минералов родия очень мало. [23]

Палладий

Палладий преимущественно содержится в сульфидных минералах, прежде всего в пирротине. [12] Палладий встречается в свободном виде и в сплавах с платиной и золотом с металлами платиновой группы в россыпных месторождениях Уральских гор Евразии , Австралии , Эфиопии , Южной и Северной Америки . Однако в промышленных масштабах его производят из никель- медных месторождений, обнаруженных в Южной Африке и Онтарио, Канада . Огромные объемы перерабатываемой никель-медной руды делают ее добычу рентабельной, несмотря на ее низкую концентрацию в этих рудах. [23]

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 добычи, что приводит к экологическим последствиям. Ожидается, что выбросы углекислого газа возрастут в результате увеличения спроса на платиновые металлы, и из-за этого , вероятно, будет расширена горнодобывающая деятельность в магматическом комплексе Бушвельд . Для определения воздействия на окружающую среду необходимы дальнейшие исследования. [24] Классические методы очистки используют различия в химической активности и растворимости некоторых соединений экстрагируемых металлов. [25] Эти подходы привели к появлению новых технологий, в которых используется экстракция растворителем .

Разделение начинается с растворения образца. При использовании царской водки образуются хлоридные комплексы. В зависимости от деталей процесса, которые часто являются коммерческой тайной, отдельные МПГ получают в виде следующих соединений: малорастворимые (NH 4 ) 2 IrCl 6 и (NH 4 ) 2 PtCl 6 , PdCl 2 (NH 3 ) 2 , летучие OsO 4 и RuO 4 и [RhCl(NH 3 ) 5 ]Cl 2 . [26]

Производство в ядерных реакторах

Значительные количества трех легких металлов платиновой группы — рутения, родия и палладия — образуются в виде продуктов деления в ядерных реакторах. [27] С ростом цен и ростом мирового спроса благородные металлы , производимые в реакторах, становятся альтернативным источником. Имеются различные сообщения о возможности извлечения благородных металлов деления из отработавшего ядерного топлива . [28] [29] [30]

Проблемы окружающей среды

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. [31] Однако, даже несмотря на все положительные стороны использования металлической платины, необходимо учитывать негативные последствия их использования, чтобы понять, как это может повлиять на будущее. Например, металлическая Pt считается химически неактивной и неаллергенной, поэтому, когда Pt выделяется из VEC, она находится в металлической и оксидной формах и считается относительно безопасной. [32] Однако Pt может растворяться в дорожной пыли, попадать в источники воды, в землю и повышать мощность дозы у животных за счет биоаккумуляции . [32] Эти воздействия платиновых групп ранее не рассматривались, однако [33] с течением времени накопление металлов платиновой группы в окружающей среде может фактически представлять больший риск, чем считалось ранее. [33] Необходимы будущие исследования, чтобы полностью осознать угрозу, связанную с платиновыми металлами, особенно потому, что чем больше ездят на автомобилях с двигателем внутреннего сгорания, тем больше выбросов платинового металла.

Бионакопление металлов Pt в организме животных может представлять значительный риск для здоровья как людей, так и биоразнообразия. Виды будут иметь тенденцию становиться более токсичными, если их источник пищи будет загрязнен этими опасными металлами Pt, выбрасываемыми из VEC. Это потенциально может нанести вред другим видам, включая людей, если мы будем есть таких опасных животных, как рыба. [33]

Цисплатин – препарат на основе платины, используемый в терапии новообразований человека. Медицинский успех цисплатина противоречивый из-за серьезных побочных эффектов.

Платиновые металлы, добываемые 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 источников воды, кислый дренаж и деградация окружающей среды . [34]

Другая опасность, связанная с платиной, заключается в воздействии галогенированных солей платины, которые могут вызывать аллергические реакции при высоких показателях астмы и дерматита. Эту опасность иногда можно наблюдать при производстве промышленных катализаторов, вызывая реакции у рабочих. [32] У рабочих, которых немедленно отстранили от дальнейшего контакта с солями платины, не было выявлено никаких признаков долгосрочных последствий, однако продолжающееся воздействие может привести к последствиям для здоровья. [32]

Возможно, потребуется пересмотреть использование платины в лекарствах, поскольку некоторые побочные эффекты этих препаратов включают тошноту, потерю слуха и нефротоксичность. [32] Обращение с этими препаратами профессионалами, например медсестрами, также приводило к некоторым побочным эффектам, включая хромосомные аберрации и выпадение волос. Следовательно, необходимо оценить и рассмотреть долгосрочные последствия употребления и воздействия препаратов платины, чтобы определить, безопасно ли их использование в медицинской помощи.

Хотя воздействие относительно небольших объемов выбросов металлов платиновой группы может не иметь каких-либо долгосрочных последствий для здоровья, существует серьезная обеспокоенность по поводу того, как накопление выбросов металлической платины повлияет на окружающую среду, а также на здоровье человека. Это угроза, которая потребует дополнительных исследований для определения безопасных уровней риска, а также способов смягчения потенциальной опасности, исходящей от металлов платиновой группы. [35]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ аб Реннер, Х.; Шламп, Г.; Кляйнвехтер, И.; Дрост, Э.; Люшоу, HM; Тьюс, П.; Панстер, П.; Диль, М.; и другие. (2002). «Металлы и соединения платиновой группы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Уайли. дои : 10.1002/14356007.a21_075. ISBN 3527306730.
  2. ^ Харрис, округ Колумбия; Кабри ЖЖ (1991). «Номенклатура сплавов элементов платиновой группы; обзор и доработка». Канадский минералог . 29 (2): 231–237.
  3. ^ Роллинсон, Хью (1993). Использование геохимических данных: оценка, представление, интерпретация. Лонгман научно-технический. ISBN 0-582-06701-4.
  4. ^ Лиде, Д.Р., изд. (2005). Справочник CRC по химии и физике (86-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. п. 4.122. ISBN 0-8493-0486-5.
  5. ^ abc Weeks, Мэн (1968). Открытие элементов (7-е изд.). Журнал химического образования. стр. 385–407. ISBN 0-8486-8579-2. ОСЛК  23991202.
  6. ^ Вудс, Ян (2004). Элементы: Платина. Эталонные книги. 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, ВОКРУГ ИХ ОТКРЫТИЙ (WP Griffith)
  8. ^ Хант, LB; Левер, FM (1969). «Платиновые металлы: обзор производственных ресурсов для промышленного использования» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 13 (4): 126–138 . Проверено 2 октября 2009 г.
  9. ^ Равиндра, Хайвал; Бенч, Ласло; Ван Грикен, Рене (2004). «Элементы платиновой группы в окружающей среде и их опасность для здоровья». Наука об общей окружающей среде . 318 (1–3): 1–43. Бибкод : 2004ScTEn.318....1R. дои : 10.1016/S0048-9697(03)00372-3. HDL : 2299/2030 . ПМИД  14654273.
  10. ^ Аругете, Дебора М.; Уоллес, Адам; Блэкни, Терри; Керр, Роуз; Гербер, Гален; Ферко, Джейкоб (2020). «Высвобождение палладия из материалов каталитического нейтрализатора, вызванное хлоридом и ферроцианидом компонентов дорожного антиобледенителя». Хемосфера . 245 : 125578. Бибкод : 2020Chmsp.245l5578A. doi :10.1016/j.chemSphere.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 элементов платиновой группы . Монреаль: Канадский институт горного дела, металлургии и нефти.
  12. ^ abc Pohl, Уолтер Л. (2011). Экономическая геология: принципы и практика . Оксфорд: Уайли-Блэквелл. ISBN 978-1-4443-3662-7.
  13. ^ Зерейни, Фатхи; Уайзман, Клэр Л.С. (2015). Платиновые металлы в окружающей среде. Берлин: Springer Professional.
  14. ^ Мангалл, Дж. Э.; Налдретт, Эй Джей (2008). «Рудные месторождения элементов платиновой группы». Элементы . 4 (4): 253–258. doi :10.2113/GSELEMENTS.4.4.253.
  15. ^ Бернардис, Флорида; Грант, РА; Шеррингтон, округ Колумбия (2005). «Обзор методов разделения металлов платиновой группы через их хлоркомплексы». Реактивные и функциональные полимеры . 65 (3): 205–217. doi :10.1016/j.reactfunctpolym.2005.05.011.
  16. ^ «Минеральный профиль: платина» . Британская геологическая служба . Сентябрь 2009 года . Проверено 6 февраля 2018 г. .
  17. ^ «Поиск минералов по химии - платина» . www.mindat.org . Проверено 8 февраля 2018 г.
  18. ↑ Фейк, Кэти (28 февраля 2013 г.). «Платина | Музей наук о Земле | Университет Ватерлоо». Университет Ватерлоо . Проверено 6 февраля 2018 г. .
  19. ^ Сяо, З .; Лаплант, Арканзас (2004). «Характеристика и извлечение минералов платиновой группы - обзор». Минеральное машиностроение . 17 (9–10): 961–979. Бибкод : 2004MiEng..17..961X. doi : 10.1016/j.mineng.2004.04.001.
  20. ^ abcd «Металлы платиновой группы» (PDF) . Геологическая служба США, Обзоры минерального сырья. Январь 2007 года . Проверено 9 сентября 2008 г.
  21. ^ Барди, Уго; Капорали, Стефано (2014). «Драгоценные металлы в автомобильных технологиях: неразрешимая проблема истощения?». Минералы . 4 (2): 388–398. Бибкод : 2014Мой....4..388B. дои : 10.3390/мин4020388 . hdl : 2158/1086074 .
  22. ^ Эмсли, Дж. (2003). "Иридий". Строительные блоки природы: Путеводитель по элементам от Аризоны . Оксфорд, Англия, Великобритания: Издательство Оксфордского университета. стр. 201–204. ISBN 0-19-850340-7.
  23. ^ Аб Шевалье, Патрик. «Металлы платиновой группы» (PDF) . Природные ресурсы Канады. Архивировано из оригинала (PDF) 11 августа 2011 г. Проверено 17 октября 2008 г.
  24. ^ Себастьян, Раух (ноябрь 2012 г.). «Антропогенное обогащение платины в окрестностях рудников Бушвелдского магматического комплекса, Южная Африка» . Проверено 14 февраля 2020 г.
  25. ^ Хант, LB; Левер, FM (1969). «Платиновые металлы: обзор производственных ресурсов для промышленного использования» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 13 (4): 126–138 . Проверено 2 октября 2009 г.
  26. ^ Бернардис, Флорида; Грант, РА; Шеррингтон, округ Колумбия «Обзор методов разделения металлов платиновой группы через их хлоркомплексы» Реактивные и функциональные полимеры 2005, Vol. 65,, с. 205-217. doi :10.1016/j.reactfunctpolym.2005.05.011
  27. ^ Р. Дж. Ньюман, Ф. Дж. Смит (1970). «Платиновые металлы в результате ядерного деления – оценка их возможного использования в промышленности» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 14 (3): 88.
  28. ^ Зденек Коларик, Эдуард В. Ренар (2003). «Извлечение ценных платиноидов деления из отработанного ядерного топлива; ЧАСТЬ I: общие соображения и основы химии» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 47 (2): 74.
  29. ^ Коларик, Зденек; Ренар, Эдуард В. (2005). «Потенциальные применения платиноидов деления в промышленности» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 49 (2): 79. дои : 10.1595/147106705X35263 .
  30. ^ Зденек Коларик, Эдуард В. Ренар (2003). «Извлечение ценных платиноидов деления из отработанного ядерного топлива; ЧАСТЬ II: Процесс разделения» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 47 (3): 123.
  31. ^ Гао, Бо; Ю, Янке; Чжоу, Хуайдун; Лу, Джин (2012). «Характеристики накопления и распределения элементов платиновой группы в придорожной пыли в Пекине, Китай». Экологическая токсикология и химия . 31 (6): 1231–1238. дои : 10.1002/etc.1833. PMID  22505271. S2CID  39813004.
  32. ^ abcde Хайвал Равиндра, Ласло Бенч, Рене Ван Грикен (5 января 2004 г.). «Элементы платиновой группы в окружающей среде и их опасность для здоровья». Наука об общей окружающей среде . 318 (1–3): 1–43. Бибкод : 2004ScTEn.318....1R. дои : 10.1016/S0048-9697(03)00372-3. HDL : 2299/2030 . ПМИД  14654273.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  33. ^ abc Клэр Л.С. Уайзман, Фатхи Зерейни (2012). «Твердые частицы в воздухе, элементы платиновой группы и здоровье человека: обзор последних данных». Наука об общей окружающей среде . 407 (8): 2493–2500. doi : 10.1016/j.scitotenv.2008.12.057. ПМИД  19181366.
  34. ^ Мек, Майдейи; С любовью, Дэвид; Мапани, Бенджамин (2006). «Зимбабвийские шахтные отвалы и их влияние на качество речной воды - рекогносцировочное исследование». Физика и химия Земли, части A/B/C . 31 (15–16): 797–803. Бибкод : 2006PCE....31..797M. дои : 10.1016/j.pce.2006.08.029.
  35. ^ Хант, LB; Левер, FM (1969). «Платиновые металлы: обзор производственных ресурсов для промышленного использования» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 13 (4): 126–138 . Проверено 2 октября 2009 г.

Внешние ссылки