Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Металлы платиновой группы (МПГ) в периодической таблице
ЧАС Он
ЛиБыть BCNОFNe
NaMg AlSiпSClAr
KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeВ качествеSeBrKr
Руб.SrYZrNbПнTcRURhPdAgCDВSnSbTeяXe
CSБа*ЛуHfТаWReОперационные системыIrPtAuHgTlPbБиПоВRn
ПтРа**LrRfDbSgBhHsMtDsRgCnNhFlMcУр.ЦOg
*ЛаCePrNdВечераСмЕвропаБ-гTbDyХоЭТмYb
**AcЧтПаUNpПуЯвляюсьСмBkCfEsFMМкрНет
   Металлы платиновой группы
   Другие благородные металлы

Эти металлы платиновой группы (сокращенно как PGMs ; альтернативно, платиноиды , platinides , platidises , металлы платиновой группы , металлы платиновой группы , платины семьи или элементов платиновой группы (платиноидов) ) являются шесть благородных , драгоценные металлические элементы сгруппированы вместе в периодической таблице . Все эти элементы являются переходными металлами в d-блоке (группы 8 , 9 и 10 , периоды 5и 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 они могут быть далее подразделены на элементы платиновой группы иридия (IPGE: Os, Ir, Ru) и элементы платиновой группы палладиевой группы (PPGE: Rh, Pt, Pd) на основе их поведения в геологические системы. [3]

Все три элемента над платиновой группой в периодической таблице ( железо , никель и кобальт ) являются ферромагнитными , это единственные известные переходные металлы с таким свойством. [ необходима цитата ]

История [ править ]

Встречающаяся в природе платина и богатые платиной сплавы были известны американцам доколумбового периода в течение многих лет. [4] Однако, несмотря на то, что этот металл использовался доколумбовыми народами, первое упоминание о платине в Европе появляется в 1557 году в трудах итальянского гуманиста Юлия Цезаря Скалигера (1484–1558) как описание загадочного металла, найденного в Центральноамериканские шахты между Дариеном (Панама) и Мексикой («до сих пор невозможно растопить ни одно из испанских искусств»). [4]

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. [4] [5]

К 1815 году родий и палладий открыл Уильям Хайд Волластон , а иридий и осмий - его близкий друг и сотрудник Смитсон Теннант . [6]

Свойства и использование [ править ]

Копия национального прототипа килограммового стандарта NIST , изготовленная из сплава 90% платины и 10% иридия.
Значительное использование выбранных МПГ, 1996 [1]
PGMИспользоватьТысяча Тоз
Палладийавтокатализаторы4470
электроника2070
стоматологический1830 г.
химические реагенты230
Платинаювелирные украшения2370
автокатализаторы1830 г.
Родийавтокатализаторы490

Платиновые металлы обладают многими полезными каталитическими свойствами. Они обладают высокой устойчивостью к износу и потускнению, что делает платину особенно подходящей для ювелирных украшений . Другие отличительные свойства включают стойкость к химическому воздействию, отличные высокотемпературные характеристики, высокую механическую прочность, хорошую пластичность и стабильные электрические свойства. [7] Помимо применения в ювелирных изделиях, платиновые металлы также используются в противораковых лекарствах, промышленности, стоматологии, электронике и катализаторах выхлопных газов транспортных средств (VEC). [8] VEC содержат твердую платину (Pt), палладий (Pd) и родий (Rh) и устанавливаются в выхлопной системе транспортных средств для снижения вредных выбросов, таких какокись углерода (CO), превращая их в менее вредные выбросы. [9]

Происшествие [ править ]

Как правило, ультраосновные и основные магматические породы имеют относительно высокое, а граниты низкое содержание следов ЭПГ. Геохимический аномальные следы происходят преимущественно в chromian шпинелей и сульфидах. Основные и ультраосновные магматические породы содержат практически все первичные МПГ мира. Основные слоистые интрузии , включая комплекс Бушвельд , намного превосходят все другие геологические условия залежей платины. [10] [11] [12] [13] К другим экономически значимым месторождениям платиноидов относятся основные интрузии, связанные с паводковыми базальтами , и ультраосновные комплексы типа Аляска, Урал. [11]: 230

Минералы МПГ [ править ]

Типичные руды для МПГ содержат ок. 10 г МПГ на тонну руды, поэтому идентичность конкретного минерала неизвестна. [14]

Платина [ править ]

Платина может встречаться как самородный металл, но также может встречаться в различных минералах и сплавах. [15] [16] Тем не менее, Сперрилит (платина арсенид , ПТС 2 ) руды на сегодняшний день является наиболее значительным источником этого металла. [17] Встречающийся в природе сплав платины и иридия, платиниридий , содержится в минерале куперите ( сульфид платины , PtS). Платина в самородном виде, часто сопровождаемая небольшими количествами других платиновых металлов, находится в аллювиальных и россыпных месторождениях Колумбии , Онтарио., На Урале , а в некоторых западных американских штатах. Платина также производится в промышленных масштабах как побочный продукт переработки никелевой руды. Огромное количество переработанной никелевой руды компенсирует тот факт, что платина составляет только две части на миллион руды. Южная Африка , с огромными запасами платины руды в Меренском рифе в комплексе Bushveld , является крупнейшим в мире производителем платины, а затем Россия . [18] [19] Платина и палладий также добываются в промышленных масштабах из вулканического комплекса Стиллуотер.в Монтане, США. Лидерами по производству первичной платины являются ЮАР и Россия, за ними следуют Канада, Зимбабве и США. [20]

Осмий [ править ]

Осмиридий - это встречающийся в природе сплав иридия и осмия, обнаруженный в платиносодержащих речных песках Уральских гор, Северной и Южной Америки . Следы осмия также присутствуют в никельсодержащих рудах, обнаруженных в Садбери , Онтарио, наряду с другими металлами платиновой группы. Несмотря на то, что количество платиновых металлов, обнаруженных в этих рудах, невелико, большой объем переработанных никелевых руд делает возможным промышленное извлечение. [19] [21]

Иридиум [ править ]

Металлический иридий встречается с платиной и другими металлами платиновой группы в аллювиальных отложениях. Встречающиеся в природе сплавы иридия включают осмиридий и иридосмин , оба из которых представляют собой смеси иридия и осмия. Он извлекается в промышленных масштабах как побочный продукт при добыче и переработке никеля. [19]

Рутений [ править ]

Рутений обычно находится в рудах вместе с другими металлами платиновой группы в Уральских горах, а также в Северной и Южной Америке . Небольшие, но коммерчески важные количества также обнаруживаются в пентландите, добываемом в Садбери, Онтарио, и в месторождениях пироксенита в Южной Африке . [19]

Родий [ править ]

Промышленная добыча родия сложна, поскольку он происходит в рудах, смешанных с другими металлами, такими как палладий, серебро , платина и золото . Он содержится в платиновых рудах и получается в виде белого инертного металла, который очень трудно плавить. Основные источники этого элемента находятся в Южной Африке, Зимбабве, в речных песках Уральских гор , Северной и Южной Америки, а также в районе добычи медно-никелевого сульфида в районе бассейна Садбери . Несмотря на то, что количество переработанной никелевой руды на Садбери очень невелико, извлечение родия становится рентабельным. Однако годовое мировое производство этого элемента в 2003 году составляет всего 7 или 8 тонн.и минералов родия очень мало. [22]

Палладий [ править ]

Палладий преимущественно содержится в сульфидных минералах, прежде всего в пирротине. [11] Палладий встречается в виде свободного металла и сплавляют с платиной и золотом с металлами платиновой группы в россыпных месторождениях Урала в Евразии , Австралии , Эфиопии , Южной и Северной Америки . Однако его промышленно добывают из никель- медных месторождений, обнаруженных в Южной Африке и Онтарио, Канада . Огромный объем переработанной никель-медной руды делает эту добычу прибыльной, несмотря на ее низкую концентрацию в этих рудах. [22]

Производство [ править ]

Технологическая схема отделения 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 при производстве золота, меди или никеля. Это приводит к очень энергоемкому процессу экстракции, что приводит к экологическим последствиям. Поскольку ожидается, что выбросы Pt вырастут в результате увеличения спроса на платиновые металлы, а также расширения добычи полезных ископаемых в Бушвельдском магматическом комплексе, необходимы дальнейшие исследования для определения воздействия на окружающую среду. [23] Классические методы очистки используют различия в химической активности и растворимости нескольких соединений металлов при экстракции. [24] Эти подходы привели к появлению новых технологий, использующих экстракцию растворителем .

Разделение начинается с растворения образца. Если используется царская водка , 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 . [25]

Производство ядерных реакторов [ править ]

Основная статья: Синтез драгоценных металлов

Значительные количества трех легких металлов платиновой группы - рутения, родия и палладия - образуются в виде продуктов деления в ядерных реакторах. [26] В условиях роста цен и мирового спроса благородные металлы, получаемые на реакторах, становятся альтернативным источником. Имеются различные отчеты о возможности извлечения благородных металлов деления из отработавшего ядерного топлива. [27] [28] [29]

Экологические проблемы [ править ]

Ранее считалось, что металлы платиновой группы имеют очень мало отрицательных свойств по сравнению с их отличительными свойствами и их способностью успешно снижать вредные выбросы из автомобильных выхлопных газов. [30] Однако, даже несмотря на все положительные стороны использования металлической платины, необходимо учитывать отрицательные последствия их использования с точки зрения того, 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, что считается относительно безопасным. [31] Однако Pt может растворяться в дорожной пыли, попадать в водные источники, землю и в животных в результате биоаккумуляции. [31] Эти воздействия платиновых групп ранее не рассматривались, однако[32] со временем накопление металлов платиновой группы в окружающей среде может представлять больший риск, чем считалось ранее. [32] Необходимы дальнейшие исследования, чтобы полностью понять угрозу, которую представляют платиновые металлы, тем более, что чем больше автомобилей эксплуатируется, тем больше будет выбросов платинового металла.

Биоаккумуляция Pt-металлов 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, выделяемыми VEC. Это может потенциально нанести вред другим видам, включая людей, если мы будем есть этих опасных животных, таких как рыба. [32]

Цисплатин - препарат на основе платины, применяемый в терапии новообразований человека. Медицинский успех цисплатина противоречит серьезным побочным эффектам.

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, отток кислых вод и ухудшение состояния окружающей среды. [33]

Другой опасностью для Pt является воздействие галогенированных солей Pt, которые могут вызывать аллергические реакции при высоких показателях астмы и дерматита. Это опасность, которую иногда можно увидеть при производстве промышленных катализаторов, вызывая у рабочих реакции. [31] Рабочие, немедленно удаленные от дальнейшего контакта с солями Pt, не показали никаких доказательств долгосрочного воздействия, однако продолжающееся воздействие могло привести к последствиям для здоровья. [31]

Также необходимо переоценить использование препаратов платины, поскольку некоторые из побочных эффектов этих препаратов включают тошноту, потерю слуха и нефротоксичность. [31] Использование этих препаратов профессионалами, такими как медсестры, также привело к некоторым побочным эффектам, включая хромосомные аберрации и выпадение волос. Следовательно, необходимо оценивать и учитывать долгосрочные последствия употребления и воздействия препаратов платины, чтобы определить, безопасны ли они для использования в медицинских целях.

Хотя воздействие относительно небольших объемов выбросов металлов платиновой группы может не иметь каких-либо долгосрочных последствий для здоровья, существует значительная обеспокоенность по поводу того, как накопление выбросов металлов платины повлияет на окружающую среду, а также на здоровье человека. Это угроза, требующая дополнительных исследований для определения безопасных уровней риска, а также способов снижения потенциальных опасностей, связанных с металлами платиновой группы. [34]

См. Также [ править ]

  • Металлы платиновой группы в Африке
  • Меренский риф

Заметки [ править ]

  1. ^ a b Renner, H .; Schlamp, G .; Kleinwächter, I .; Drost, E .; Lüschow, HM; Tews, P .; Panster, P .; Diehl, M .; и другие. (2002). «Металлы и соединения платиновой группы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайли. DOI : 10.1002 / 14356007.a21_075 . ISBN 3527306730.
  2. ^ Харрис, округ Колумбия; Кабри ЖЖ (1991). «Номенклатура сплавов с элементами платиновой группы; обзор и ревизия». Канадский минералог . 29 (2): 231–237.
  3. ^ Роллинсон, Хью (1993). Использование геохимических данных: оценка, представление, интерпретация . Longman научно-технический. ISBN 0-582-06701-4.
  4. ^ a b c Weeks, ME (1968). Открытие элементов (7-е изд.). Журнал химического образования. С. 385–407. ISBN 0-8486-8579-2. OCLC  23991202 .
  5. ^ Вудс, Ян (2004). Элементы: Платина . Контрольные книги. ISBN 978-0-7614-1550-3.
  6. ^ Platinum Metals Rev., 2003, 47, (4), 175. Двухсотлетие четырех металлов платиновой группы ЧАСТЬ I: РОДИЙ И ПАЛЛАДИЙ - СОБЫТИЯ, ОКРУЖАЮЩИЕ С ИХ ОТКРЫТИЯМИ (В.П. Гриффит)
  7. ^ Хант, LB; Рычаг, FM (1969). «Платиновые металлы: обзор производственных ресурсов для промышленного использования» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 13 (4): 126–138 . Проверено 2 октября 2009 .
  8. ^ Ravindra, Khaiwal; Бенч, Ласло; Ван Грикен, Рене (2004). «Элементы платиновой группы в окружающей среде и их опасность для здоровья». Наука об окружающей среде в целом . 318 (1–3): 1–43. Bibcode : 2004ScTEn.318 .... 1R . DOI : 10.1016 / S0048-9697 (03) 00372-3 . hdl : 2299/2030 . PMID 14654273 . 
  9. ^ Аругете, Дебора М .; Уоллес, Адам; Блэкни, Терри; Керр, Роуз; Гербер, Гален; Ферко, Яков (2020). «Выделение палладия из материалов катализатора, вызванное хлоридом и ферроцианидом компонентов дорожного антиобледенителя». Chemosphere . 245 : 125578. Bibcode : 2020Chmsp.245l5578A . DOI : 10.1016 / j.chemosphere.2019.125578 . PMID 31864058 . 
  10. Перейти ↑ Buchanan, DL (2002). Кабри, LJ (ред.). «Геология элементов платиновой группы» . CIM Special Volume 54: Геология, геохимия, минералогия и обогащение минералов элементами платиновой группы . Монреаль: Канадский институт горного дела, металлургии и нефти.
  11. ^ a b c Поль, Уолтер Л. (2011). Экономическая геология: принципы и практика . Оксфорд: Уайли-Блэквелл. ISBN 978-1-4443-3662-7.
  12. ^ Зерейни, Фатхи; Уайзман, Клэр LS (2015). Платиновые металлы в окружающей среде . Берлин: Springer Professional.
  13. ^ Mungall, JE; Налдретт, AJ (2008). «Рудные месторождения элементов платиновой группы». Элементы . 4 (4): 253–258. DOI : 10,2113 / GSELEMENTS.4.4.253 .
  14. ^ Бернардис, Флорида; Грант, РА; Шеррингтон, округ Колумбия (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 .
  15. ^ "Минеральный профиль: платина" . Британская геологическая служба . Сентябрь 2009 . Проверено 6 февраля 2018 .
  16. ^ "Поиск минералов по химическому составу - платина" . www.mindat.org . Проверено 8 февраля 2018 .
  17. ^ Фейк, Кэти. "Платина | Музей наук о Земле | Университет Ватерлоо" . Университет Ватерлоо . Проверено 6 февраля 2018 .
  18. ^ Сяо, З .; Лапланте, АР (2004). «Характеристика и извлечение минералов платиновой группы - обзор». Минеральное машиностроение . 17 (9–10): 961–979. DOI : 10.1016 / j.mineng.2004.04.001 .
  19. ^ a b c d "Металлы платиновой группы" (PDF) . Геологическая служба США, сводки по минеральным сырьевым товарам. Январь 2007 . Проверено 9 сентября 2008 .
  20. ^ Барди, Уго; Капорали, Стефано (2014). «Драгоценные металлы в автомобильной технологии: неразрешимая проблема истощения?» . Минералы . 4 (2): 388–398. DOI : 10,3390 / min4020388 . Проверено 22 декабря 2020 .
  21. ^ Emsley, J. (2003). «Иридиум» . Природа Строительные блоки: AZ Руководство по элементам . Оксфорд, Англия, Великобритания: Издательство Оксфордского университета. С. 201–204. ISBN 0-19-850340-7.
  22. ^ a b Шевалье, Патрик. «Металлы Платиновой группы» (PDF) . Природные ресурсы Канады. Архивировано из оригинального (PDF) 11 августа 2011 года . Проверено 17 октября 2008 .
  23. ^ Себастьян, Раух (ноябрь 2012 г.). «Антропогенное обогащение платины в окрестностях шахт магматического комплекса Бушвельд, Южная Африка» . Проверено 14 февраля 2020 года .
  24. ^ Хант, LB; Рычаг, FM (1969). «Платиновые металлы: обзор производственных ресурсов для промышленного использования» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 13 (4): 126–138 . Проверено 2 октября 2009 .
  25. ^ Бернардис, Флорида; Грант, РА; Шеррингтон, округ Колумбия "Обзор методов разделения металлов платиновой группы через их хлорокомплексы" Реактивные и функциональные полимеры 2005, Vol. 65, с. 205-217. DOI : 10.1016 / j.reactfunctpolym.2005.05.011
  26. Перейти ↑ RJ Newman, FJ Smith (1970). «Платиновые металлы ядерного распада - оценка их возможного использования в промышленности» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 14 (3): 88.
  27. ^ Зденек Kolarik, Edouard В. Ренар (2003). «Восстановление ценных платиноидов деления из отработавшего ядерного топлива; ЧАСТЬ I: общие соображения и основы химии» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 47 (2): 74.
  28. ^ Коларик, Зденек; Ренар, Эдуард В. (2005). «Возможное применение платиноидов деления в промышленности» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 49 (2): 79. DOI : 10,1595 / 147106705X35263 .
  29. ^ Зденек Kolarik, Edouard В. Ренар (2003). «Восстановление ценных платиноидов деления из отработавшего ядерного топлива; ЧАСТЬ II: Процесс разделения» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 47 (3): 123.
  30. ^ 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. DOI : 10.1002 / etc.1833 . PMID 22505271 . 
  31. ^ a b c d e Хайвал Равиндра, Ласло Бенч, Рене Ван Грикен (5 января 2004 г.). «Элементы платиновой группы в окружающей среде и их опасность для здоровья». Наука об окружающей среде в целом . 318 (1–3): 1–43. Bibcode : 2004ScTEn.318 .... 1R . DOI : 10.1016 / S0048-9697 (03) 00372-3 . hdl : 2299/2030 . PMID 14654273 . CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  32. ^ a b c Клэр LS Wiseman, Фатхи Зерейни (2012). «Переносимые по воздуху твердые частицы, элементы платиновой группы и здоровье человека: обзор последних данных». Наука об окружающей среде в целом . 407 (8): 2493–2500. DOI : 10.1016 / j.scitotenv.2008.12.057 . PMID 19181366 . 
  33. ^ Мекк, Maideyi; С любовью, Дэвид; Мапани, Бенджамин (2006). «Зимбабвийские горные 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 .
  34. ^ Хант, LB; Рычаг, FM (1969). «Платиновые металлы: обзор производственных ресурсов для промышленного использования» (PDF) . Обзор платиновых металлов . 13 (4): 126–138 . Проверено 2 октября 2009 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Платина сегодня: ведущий мировой авторитет по металлам платиновой группы
  • Спотовые цены Platinum Group
  • Страница USGS на PGM
  • Platinum Metals Review: бесплатный ежеквартальный журнал исследований в области науки и технологий металлов платиновой группы и разработок в их применении в промышленности.
  • Отчет Accenture о металлах платиновой группы из неземных источников
  • База данных PGM: данные, определяющие физические свойства и характеристики металлов платиновой группы и их сплавов.