Właściwości i zastosowania platyny

Przegląd właściwości i zastosowań tego gęstego metalu

Francis Owusu / EyeEm / Getty Images

Platyna jest gęstym, stabilnym i rzadkim metalem, który jest często używany w biżuterii ze względu na swój atrakcyjny, podobny do srebra wygląd, a także w zastosowaniach medycznych, elektronicznych i chemicznych ze względu na różne i unikalne właściwości chemiczne i fizyczne.

Nieruchomości

• Symbol atomowy: Pt
• Liczba atomowa: 78
• Kategoria elementu: Metal przejściowy
• Gęstość: 21,45 gramów/centymetr³
• Temperatura topnienia: 3214,9 ° F (1768.3 ° C)
• Temperatura wrzenia: 6917 ° F (3825 ° C)
• Twardość Moha: 4-4,5

Charakterystyka

Metal platynowy ma szereg przydatnych właściwości, co tłumaczy jego zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Jest jednym z najgęstszych pierwiastków metalowych – prawie dwa razy gęstszym od ołowiu – i bardzo stabilnym, dzięki czemu metal jest doskonałykorozjaodporne właściwości. Dobrym przewodnikiem elektryczności jest również platyna ciągliwy (możliwość formowania bez pękania) i ciągliwy (możliwość odkształcenia bez utraty wytrzymałości) .

Platyna jest uważana za metal zgodny biologicznie, ponieważ jest nietoksyczny i stabilny, więc nie reaguje z tkankami ciała ani nie wpływa negatywnie. Ostatnie badania wykazały również, że platyna hamuje wzrost niektórych komórek rakowych.

Historia

Stop metale z grupy platynowców (PGM) , który zawiera platynę, został użyty do dekoracji trumny z Teb, egipskiego grobowca pochodzącego z około 700 roku p.n.e. Jest to najwcześniejsze znane zastosowanie platyny, chociaż prekolumbijscy mieszkańcy Ameryki Południowej również wykonywali ozdoby ze złota i platyny stopy .

Hiszpańscy konkwistadorzy byli pierwszymi Europejczykami, którzy zetknęli się z metalem, chociaż uznali go za uciążliwy w pogoni za srebrem ze względu na jego podobny wygląd. Odnosili się do metalu jako Płyta dociskowa —wersja z Srebro , hiszpańskie słowo oznaczające srebro — lub Wałek Pinto ze względu na jego odkrycie w piaskach wzdłuż brzegów rzeki Pinto we współczesnej Kolumbii.

Pierwsza produkcja i wielkie odkrycie

Chociaż był badany przez wielu angielskich, francuskich i hiszpańskich chemików w połowie XVIII wieku, Francois Chabaneau był pierwszym, który wyprodukował czystą próbkę metalicznej platyny w 1783 roku. W 1801 roku Anglik William Wollaston odkrył metodę skutecznego wydobywania metalu z rudy, która jest bardzo podobna do procesu stosowanego dzisiaj.

Srebrny wygląd platyny metalu szybko sprawił, że stał się cenionym towarem wśród członków rodziny królewskiej i bogatych, którzy szukali biżuterii wykonanej z najnowszego metalu szlachetnego.

Rosnący popyt doprowadził do odkrycia dużych złóż w Uralu w 1824 roku iw Kanadzie w 1888 roku, ale odkrycie, które zasadniczo zmieni przyszłość platyny, nastąpiło dopiero w 1924 roku, kiedy rolnik z RPA natknął się na bryłkę platyny w korycie rzeki. To ostatecznie doprowadziło do odkrycia przez geologa Hansa Merensky'ego kompleksu magmowego Bushveld, największego złoża platyny na ziemi.

Ostatnie zastosowania platyny

Chociaż niektóre przemysłowe zastosowania platyny (np. powłoki świec zapłonowych) były używane w połowie XX wieku, większość obecnych zastosowań elektronicznych, medycznych i motoryzacyjnych została opracowana dopiero od 1974 r., kiedy przepisy dotyczące jakości powietrza w USA zapoczątkowały erę katalizatorów samochodowych .

Od tego czasu platyna stała się instrumentem inwestycyjnym i jest notowana na rynku Giełda handlowa w Nowym Jorku i Londyński rynek platyny i palladu .

Produkcja Platyny

Chociaż platyna najczęściej naturalnie występuje w osadach placerowych, platyna i metal z grupy platynowców Górnicy (PGM) zwykle wydobywają metal ze sperrylitu i kooperytu, dwóch rud zawierających platynę.

Platynę zawsze można znaleźć obok innych PGMów. W południowoafrykańskim kompleksie Bushveld i ograniczonej liczbie innych rud metali PGM występują w wystarczających ilościach, aby opłacalne było wyłącznie wydobywanie tych metali; mając na uwadze, że w rosyjskich złożach Norylsk i kanadyjskim Sudbury platyna i inne PGM są wydobywane jako produkty uboczne nikiel oraz miedź . Wydobycie platyny z rudy jest zarówno kapitałowe, jak i pracochłonne. Wyprodukowanie jednej uncji trojańskiej (31,135 g) czystej platyny może zająć do 6 miesięcy i od 7 do 12 ton rudy.

Pierwszym krokiem w tym procesie jest zmiażdżenie rudy zawierającej platynę i zanurzenie jej w odczynniku zawierającym wodę; proces znany jako „flotacja piany”. Podczas flotacji powietrze jest przepompowywane przez zawiesinę wodno-rudową. Cząsteczki platyny łączą się chemicznie z tlenem i unoszą się na powierzchnię w postaci piany, która jest usuwana w celu dalszej rafinacji.

Końcowe etapy produkcji

Po wysuszeniu skoncentrowany proszek nadal zawiera mniej niż 1% platyny. Następnie jest podgrzewany do ponad 2732F° (1500C°) w piecach elektrycznych, a powietrze jest ponownie przedmuchiwane, usuwając żelazo i zanieczyszczenia siarką. Techniki elektrolityczne i chemiczne są wykorzystywane do ekstrakcji niklu, miedzi i kobalt , co daje koncentrat 15-20% PGM.

Aqua regia (mieszanka kwasu azotowego i kwasu solnego) służy do rozpuszczania metalicznej platyny z koncentratu mineralnego poprzez tworzenie chloru, który łączy się z platyną, tworząc kwas chloroplatynowy. W końcowym etapie chlorek amonu jest używany do konwersji kwasu chloroplatynowego w heksachloroplatynian amonu, który można spalić w celu uzyskania czystej metalicznej platyny.

Najwięksi Producenci Platyny

Dobrą wiadomością jest to, że nie cała platyna jest produkowana ze źródeł pierwotnych w tym długim i kosztownym procesie. Według Służba Geologiczna Stanów Zjednoczonych (USGS) statystyki, około 30% z 8,53 miliona uncji platyny wyprodukowanej na całym świecie w 2012 roku pochodziło ze źródeł pochodzących z recyklingu.

Z zasobami skupionymi w kompleksie Bushveld, RPA jest zdecydowanie największym producentem platyny, dostarczając ponad 75% światowego popytu, podczas gdy Rosja (25 ton) i Zimbabwe (7,8 ton) są również dużymi producentami. Anglo Platinum (Amplats), Norilsk Nickel i Impala Platinum (Implats) to najwięksi indywidualni producenci platyny metal.

Aplikacje

W przypadku metalu, którego roczna globalna produkcja wynosi zaledwie 192 tony, platyna znajduje się w wielu przedmiotach codziennego użytku i ma kluczowe znaczenie dla jej produkcji.

Największym zastosowaniem, odpowiadającym za około 40% popytu, jest przemysł jubilerski, gdzie jest używany głównie w stopie, z którego produkuje się białe złoto. Szacuje się, że ponad 40% obrączek sprzedawanych w USA zawiera trochę platyny. Stany Zjednoczone, Chiny, Japonia i Indie to największe rynki dla biżuterii platynowej.

Zastosowania przemysłowe

Odporność platyny na korozję i stabilność w wysokich temperaturach sprawia, że ​​idealnie nadaje się jako katalizator w reakcjach chemicznych. Katalizatory przyspieszają reakcje chemiczne, nie ulegając chemicznej zmianie w procesie.

Głównym zastosowaniem platyny w tym sektorze, stanowiącym około 37% całkowitego zapotrzebowania na metal, są katalizatory samochodowe. Konwertery katalityczne redukują szkodliwe chemikalia z emisji spalin poprzez inicjowanie reakcji, w których ponad 90% węglowodorów (tlenek węgla i tlenki azotu) przekształca się w inne, mniej szkodliwe związki.

Platyna jest również stosowana do katalizowania kwasu azotowego i benzyny; zwiększenie poziomu oktanów w paliwie. W przemyśle elektronicznym tygle platynowe są używane do wytwarzania kryształów półprzewodnikowych do laserów, a stopy są wykorzystywane do wytwarzania dysków magnetycznych do dysków twardych komputerów i styków przełączających w układach sterowania samochodowego.

Aplikacje medyczne

Zapotrzebowanie ze strony branży medycznej rośnie, ponieważ platyna może być wykorzystywana zarówno ze względu na swoje właściwości przewodzące w elektrodach rozruszników serca, implantów usznych i siatkówki, jak i ze względu na jej właściwości przeciwnowotworowe w lekach (np. karboplatynie i cisplatynie).

Poniżej znajduje się lista niektórych z wielu innych zastosowań platyny:

• Z rodem, używanym do produkcji termopar wysokotemperaturowych
• Aby wykonać optycznie czyste, płaskie szkło do telewizorów, ekranów LCD i monitorów
• Wykonywanie nici szklanych do światłowodów
• W stopach używanych do formowania końcówek samochodowych i lotniczych świec zapłonowych
• Jako substytut złota w połączeniach elektronicznych
• W powłokach kondensatorów ceramicznych w urządzeniach elektronicznych
• W stopach żaroodpornych do dysz paliwowych i stożków dziobowych pocisków
• W implantach dentystycznych
• Aby wykonać wysokiej jakości flety
• W czujkach dymu i czadu
• Do produkcji silikonów
• W powłokach do maszynek do golenia