Платиновая группа - Platinum group

Металлы платиновой группы (PGMs) в периодическая таблица
ЧАС Он
ЛиБыть BCNОFNe
NaMg AlSiпSClAr
KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeТак какSeBrKr
Руб.SrYZrNbПнTcRURhPdAgКомпакт дискВSnSbTeяXe
CSБаЛа*HfТаWReОперационные системыIrPtAuHgTlPbБиПоВRn
ПтРаAc**RfDbSgBhHsMtDsRgCnNhFlMcLvЦOg
*CePrNdВечераСмЕСБ-гTbDyХоЭТмYbЛу
**ЧтПаUNpПуAmСмBkCfEsFMМкрНетLr
  Металлы платиновой группы
  Другой благородные металлы

В металлы платиновой группы (сокращенно PGMs; в качестве альтернативы платиноиды, платиниды, платидисы, платиновая группа, платиновые металлы, платиновая семья или элементы платиновой группы (ЭПГ)) шесть благородный, драгоценный металлический элементы собрались вместе в периодическая таблица. Все эти элементы переходные металлы в d-блок (группы 8, 9, и 10, периоды 5 и 6 ).[1]

Шесть металлов платиновой группы 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 подразделить на элементы платиновой группы иридиевой группы (IPGE: Os, Ir, Ru) и элементы платиновой группы палладиевой группы (PPGE: Rh, Pt, Pd) в зависимости от их поведения в геологических системах.[3]

Три элемента над платиновой группой в периодической таблице (утюг, никель и кобальт ) все ферромагнитный, это единственные известные переходные металлы с таким свойством.

Поскольку металлы платиновой группы обладают многими желательными свойствами, они находят широкое применение. Это приводит к повышенному спросу на эти металлы, а также к увеличению их производства для использования.

Увеличение использования платиновой группы, а также производственной деятельности может вызвать риски для окружающей среды и здоровья человека, которые ранее не рассматривались, когда необходимы дополнительные исследования для определения рисков, связанных с использованием и производством металлов платиновой группы.

История

Встречающаяся в природе платина и богатые платиной сплавы были известны доколумбовый Американцы много 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. Юлий Цезарь Скалигер (1484–1558) как описание загадочного металла, найденного в шахтах Центральной Америки между Дариеном (Панама) и Мексикой («до сих пор невозможно расплавить ни одним из испанских искусств»).[4]

Название платина происходит от испанского слова платина «Маленькое серебро» - название, данное металлу испанскими поселенцами в Колумбия. Они считали платину нежелательной примесью серебра, которое добывали.[4][5]

Свойства и использование

Реплика NIST национальный прототип килограммового стандарта, изготовленный из сплава 90% платины - 10% иридия
Значительное использование выбранных МПГ, 1996 г.[1]
PGMИспользоватьТысяча Toz
Палладийавтокатализаторы4470
электроника2070
стоматологический1830
химические реагенты230
ПлатинаЮвелирные изделия2370
автокатализаторы1830
Родийавтокатализаторы490

Платиновые металлы имеют много полезных каталитический свойства. Они обладают высокой устойчивостью к износу и потускнению, благодаря чему платина особенно хорошо подходит для тонкой очистки. украшения. Другие отличительные свойства включают стойкость к химическому воздействию, отличные высокотемпературные характеристики, высокую механическую прочность, хорошую пластичность и стабильность. электрические свойства.[6] Помимо применения в ювелирных изделиях, платиновые металлы также используются в противораковых препаратах, промышленности, стоматологии, электронике и выхлоп автомобиля катализаторы (ВЭК).[7] VEC содержат твердую платину (Pt), палладий (Pd) и родий (Rh) и устанавливаются в выхлопной системе транспортных средств для снижения вредных выбросов, таких как монооксид углерода (CO), превращая их в менее вредные выбросы.[8]

Вхождение

В общем, ультраосновной и мафический Магматические породы имеют относительно высокие, и граниты низкий, следовое содержание PGE. Геохимически аномальные следы встречаются преимущественно в хромовых слоях. шпинель и сульфиды. Основные и ультраосновные магматические породы содержат практически все первичные МПГ мира. Мафик многоуровневые вторжения, в том числе Бушвельд Комплекс, намного превосходят все другие геологические условия залежей платины.[9] К другим экономически значимым месторождениям платиноидов относятся основные интрузии, связанные с паводковые базальты, и ультраосновные комплексы типа Аляска, Урал.[9]:230

Минералы МПГ

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

Платина

Платина может встречаться как самородный металл, но также может встречаться в различных минералах и сплавах.[11][12] Тем не менее, Сперрилит (платина арсенид, PtAs2) руда на сегодняшний день является наиболее значительным источником этого металла.[13] Встречающийся в природе платино-иридиевый сплав, платиниридий, находится в минеральная куперит (платина сульфид, PtS). Платина в самородном состоянии, часто сопровождаемая небольшими количествами других платиновых металлов, находится в аллювиальный и россыпь депозиты в Колумбия, Онтарио, то Уральские горы, а в некоторых западных Американец состояния. Платина также производится в промышленных масштабах как побочный продукт никель переработка руды. Огромное количество переработанной никелевой руды компенсирует тот факт, что платина составляет только две части на миллион руды. Южная Африка, с обширными месторождениями платиновой руды в Меренский риф из Бушвельд комплекс, является крупнейшим производителем платины в мире, за которым следует Россия.[14][15] Платина и палладий также коммерчески добываются из Стиллуотер магматический комплекс в Монтане, США. Лидерами по производству первичной платины являются ЮАР и Россия, за ними следуют Канада, Зимбабве и США.

Осмий

Осмиридий это встречающийся в природе сплав иридия и осмия, обнаруженный в платиноносных речных песках на Урале и в к северу и Южная Америка. Следы осмия также присутствуют в никельсодержащих рудах, обнаруженных в Садбери, Онтарио региона 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.[15][16]

Иридий

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.[15]

Рутений

Рутений обычно встречается в рудах с другими металлами платиновой группы в Уральские горы И в к северу и Южная Америка. Небольшие, но коммерчески важные количества также находятся в пентландит извлечен из Садбери, Онтарио И в пироксенит депозиты в Южная Африка.[15]

Родий

Промышленная добыча родий является сложным, поскольку встречается в рудах, смешанных с другими металлами, такими как палладий, Серебряный, 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 Уральские горы, Северная и Южная Америка, а также в районе добычи медно-никелевого сульфида Бассейн Садбери область, край. Несмотря на то, что их количество на Садбери очень мало, большое количество переработанной никелевой руды делает извлечение родия экономически эффективным. Однако ежегодное мировое производство этого элемента в 2003 г. составляет всего 7-8. тонны и минералов родия очень мало.[17]

Палладий

Палладий преимущественно содержится в сульфидных минералах, прежде всего в пирротине.[9] Палладий находится в свободном состоянии и сплавлен с платиной и золотом с металлами платиновой группы в россыпь депозиты Уральские горы из Евразия, Австралия, Эфиопия, Юг и Северная Америка. Однако в промышленных масштабах он производится из никеля.медь депозиты найдены в Южная Африка и Онтарио, Канада. Огромный объем переработанной медно-никелевой руды делает эту добычу прибыльной, несмотря на ее низкую концентрацию в этих рудах.[17]

Производство

Схема технологического процесса 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 производства золота, меди или никеля. Это приводит к очень энергоемкому процессу добычи, что приводит к экологическим последствиям. Ожидается, что выбросы Pt вырастут в результате увеличения спроса на платиновые металлы, а также расширения горнодобывающей деятельности в Бушвельдском магматическом комплексе, поэтому необходимы дальнейшие исследования для определения воздействия на окружающую среду.[18] Классические методы очистки используют различия в химическая активность и растворимость ряда соединений извлекаемых металлов.[19] Эти подходы уступили место новым технологиям, использующим экстракция растворителем.

Разделение начинается с растворения образца. Если царская водка , образуются хлоридные комплексы. В зависимости от деталей процесса, которые часто являются коммерческой тайной, отдельные МПГ получают в виде следующих соединений: плохо растворимые (NH4)2IrCl6 и (NH4)2PtCl6, PdCl2(NH3)2, летучий OsO4 и РуО4, и [RhCl (NH3)5] Cl2.[20]

Производство в ядерных реакторах

Основная статья: Синтез драгоценных металлов

Значительные количества трех легких металлов платиновой группы - рутения, родия и палладия - образуются в виде продуктов деления в ядерных реакторах.[21] При растущих ценах и увеличивающемся мировом спросе реакторы производства благородные металлы появляются в качестве альтернативного источника. Имеются различные отчеты о возможности извлечения благородных металлов деления из отработавшего ядерного топлива.[22][23][24]

Проблемы окружающей среды

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.[25] 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.[26] Однако Pt может растворяться в дорожной пыли, попадать в водные источники, землю и в организм животных в результате биоаккумуляции.[26] Эти воздействия платиновых групп ранее не рассматривались, однако[27] Со временем накопление металлов платиновой группы в окружающей среде может представлять больший риск, чем считалось ранее.[27] 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, как правило, становятся более токсичными, если их источник пищи загрязнен этими опасными металлами Pt, выделяемыми из VEC. Это может потенциально нанести вред другим видам, включая людей, если мы будем есть этих опасных животных, таких как рыба.[27]

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.[28]

Другая опасность, связанная с Pt, связана с галогенированный Соли Pt, которые могут вызывать аллергические реакции при астме и дерматите. Это опасность, которую иногда можно увидеть при производстве промышленных катализаторов, вызывая у рабочих реакции.[26] Рабочие, немедленно отстраненные от дальнейшего контакта с солями Pt, не показали никаких доказательств долгосрочного воздействия, однако продолжающееся воздействие может иметь последствия для здоровья.[26]

Использование препаратов платины также необходимо пересмотреть, поскольку некоторые из побочных эффектов этих препаратов включают тошноту, потерю слуха и нефротоксичность.[26] Использование этих препаратов профессионалами, такими как медсестры, также привело к некоторым побочным эффектам, включая хромосомные аберрации и выпадение волос. Следовательно, необходимо оценить и рассмотреть долгосрочные эффекты употребления и воздействия платиновых препаратов, 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 металлической Pt 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.[29]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ а б Renner, H .; Schlamp, G .; Kleinwächter, I .; Drost, E .; Lüschow, H.M .; Tews, P .; Panster, P .; Diehl, M .; и другие. (2002). «Металлы и соединения платиновой группы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайли. Дои:10.1002 / 14356007.a21_075. ISBN  3527306730.
  2. ^ Harris, D.C .; Кабри Л. Дж. (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. ^ а б c Уикс, М. Э. (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. ^ Хант, Л. Б .; Рычаг, Ф. М. (1969). «Платиновые металлы: обзор производственных ресурсов для промышленного использования» (PDF). Обзор платиновых металлов. 13 (4): 126–138. Получено 2009-10-02.
  7. ^ Равиндра, Хайвал; 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. Дои:10.1016 / S0048-9697 (03) 00372-3. HDL:2299/2030. PMID  14654273.
  8. ^ Aruguete, Deborah M .; Уоллес, Адам; Блэкни, Терри; Керр, Роуз; Гербер, Гален; Ферко, Джейкоб (2020). «Выделение палладия из материалов катализатора, вызванное хлоридом и ферроцианидом компонентов дорожного антиобледенителя». Атмосфера. 245: 125578. Дои:10.1016 / j.chemosphere.2019.125578. PMID  31864058.
  9. ^ а б c Поль, Уолтер Л. (2011). Экономическая геология: принципы и практика. Оксфорд: Wiley-Blackwell. ISBN  978-1-4443-3662-7.
  10. ^ Bernardis, F. L .; Grant, R.A .; Шеррингтон, Д. К. (2005). «Обзор методов разделения металлов платиновой группы через их хлорокомплексы». Реактивные и функциональные полимеры. 65 (3): 205–217. Дои:10.1016 / j.reactfunctpolym.2005.05.011.
  11. ^ «Минеральный профиль: платина». Британская геологическая служба. Сентябрь 2009 г.. Получено 6 февраля 2018.
  12. ^ «Поиск минералов по химическому составу - платина». www.mindat.org. Получено 2018-02-08.
  13. ^ Фейк, Кэти. "Платина | Музей наук о Земле | Университет Ватерлоо". Университет Ватерлоо. Получено 6 февраля 2018.
  14. ^ Xiao, Z .; Лапланте, А. Р. (2004). «Характеристика и извлечение минералов платиновой группы - обзор». Минерал Инжиниринг. 17 (9–10): 961–979. Дои:10.1016 / j.mineng.2004.04.001.
  15. ^ а б c d «Металлы платиновой группы» (PDF). Геологическая служба США, сводки по минеральным ресурсам. Январь 2007 г.. Получено 2008-09-09.
  16. ^ Эмсли, Дж. (2003). "Иридий". Строительные блоки природы: руководство по элементам от А до Я. Оксфорд, Англия, Великобритания: Издательство Оксфордского университета. С. 201–204. ISBN  0-19-850340-7.
  17. ^ а б Шевалье, Патрик. «Металлы Платиновой группы» (PDF). Природные ресурсы Канады. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-08-11. Получено 2008-10-17.
  18. ^ Себастьян, Раух (ноябрь 2012 г.). «Антропогенное обогащение платины в окрестностях рудников магматического комплекса Бушвельд, Южная Африка». Получено 14 февраля 2020.
  19. ^ Хант, Л. Б .; Рычаг, Ф. М. (1969). «Платиновые металлы: обзор производственных ресурсов для промышленного использования» (PDF). Обзор платиновых металлов. 13 (4): 126–138. Получено 2009-10-02.
  20. ^ Bernardis, F. L .; Grant, R.A .; Шеррингтон, Д. К. "Обзор методов разделения металлов платиновой группы с помощью их хлорокомплексов" Реакционные и функциональные полимеры 2005, Vol. 65, с. 205-217. Дои:10.1016 / j.reactfunctpolym.2005.05.011
  21. ^ Р. Дж. Ньюман, Ф. Дж. Смит (1970). «Платиновые металлы ядерного деления - оценка их возможного использования в промышленности» (PDF). Обзор платиновых металлов. 14 (3): 88.
  22. ^ Зденек Коларик, Эдуард 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.
  23. ^ Коларик, Зденек; Ренар, Эдуард В. (2005). «Возможное применение платиноидов деления в промышленности» (PDF). Обзор платиновых металлов. 49 (2): 79. Дои:10.1595 / 147106705X35263.
  24. ^ Зденек Коларик, Эдуард В. Ренар (2003). «Извлечение ценных платиноидов деления из отработавшего ядерного топлива; ЧАСТЬ II: Процесс разделения» (PDF). Обзор платиновых металлов. 47 (3): 123.
  25. ^ 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 / и др. 1833. PMID  22505271.
  26. ^ а б c d е Хайвал Равиндра, Ласло Бенч, Рене Ван Грикен (5 января 2004 года). «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. Дои:10.1016 / S0048-9697 (03) 00372-3. HDL:2299/2030. PMID  14654273.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  27. ^ а б c Клэр Л.С. Уайзман, 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. Дои:10.1016 / j.scitotenv.2008.12.057. PMID  19181366.
  28. ^ Мек, Майдейи; 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. Дои:10.1016 / j.pce.2006.08.029.
  29. ^ Хант, Л. Б .; Рычаг, Ф. М. (1969). «Платиновые металлы: обзор производственных ресурсов для промышленного использования» (PDF). Обзор платиновых металлов. 13 (4): 126–138. Получено 2009-10-02.

внешняя ссылка