Platinum group - Platinum group

De platina-gruppemetaller (forkortet som PGM'ene , alternativt, de platinoids , platinides , platidises , platinagruppen , platinametaller , fra platina-familien eller platinagruppeelementer (PGE) ) er seks edel , verdifulle metalliske elementer gruppert sammen i den periodiske tabellen . Disse elementene er alle overgangsmetaller i d-blokken (gruppe 8 , 9 og 10 , periode 5 og 6 ).

De seks platinagruppemetallene er rutenium , rodium , palladium , osmium , iridium og platina . De har lignende fysiske og kjemiske egenskaper, og har en tendens til å forekomme sammen i de samme mineralforekomster. Imidlertid kan de videre deles inn i iridiumgruppens platinagruppeelementer (IPGEer: Os, Ir, Ru) og palladiumgruppens platinagruppeelementer (PPGEer: Rh, Pt, Pd) basert på deres oppførsel i geologiske systemer.

De tre elementene over platinagruppen i det periodiske systemet ( jern , nikkel og kobolt ) er alle ferromagnetiske ; disse, inkludert lantanidelementet gadolinium, er de eneste kjente overgangsmetallene med denne egenskapen.

Historie

Naturlig forekommende platina og platinumrike legeringer var kjent av pre-columbianske amerikanere i mange år. Selv om metallet ble brukt av pre-columbianske folk, vises den første europeiske referansen til platina i 1557 i skrifter til den italienske humanisten Julius Caesar Scaliger (1484–1558) som en beskrivelse av et mystisk metall som ble funnet i mellomamerikanske gruver mellom Darién (Panama) og Mexico ("frem til nå umulig å smelte av noen av de spanske kunstene").

Navnet platina er avledet fra det spanske ordet platina "lite sølv", navnet som ble gitt metallet av spanske nybyggere i Colombia . De betraktet platina som en uønsket urenhet i sølvet de drev.

I 1815 hadde rhodium og palladium blitt oppdaget av William Hyde Wollaston , og iridium og osmium av hans nære venn og samarbeidspartner Smithson Tennant .

Egenskaper og bruksområder

Kopi av NIST nasjonale prototype kilogramstandard, laget i 90% platina - 10% iridiumlegering

Platinummetallene har mange nyttige katalytiske egenskaper. De er svært motstandsdyktige mot slitasje og flekker, noe som gjør platina spesielt godt egnet for fine smykker . Andre særegne egenskaper inkluderer motstand mot kjemisk angrep, utmerkede høye temperaturegenskaper, høy mekanisk styrke, god duktilitet og stabile elektriske egenskaper. Bortsett fra at de brukes i smykker, brukes platinummetaller også i kreftmedisiner, bransjer, tannbehandling, elektronikk og kjøretøyets eksoskatalysatorer (VEC). VEC inneholder solid platina (Pt), palladium (Pd) og rhodium (Rh) og er installert i eksossystemet til kjøretøyer for å redusere skadelige utslipp, for eksempel karbonmonoksid (CO), ved å omdanne dem til mindre skadelige utslipp.

Hendelse

Vanligvis har ultramafiske og mafiske vulkanske bergarter relativt høye og granitt lave PGE -sporinnhold. Geochemically avvikende spor inntreffer fortrinnsvis i chromian spineller og sulfider. Mafiske og ultramafiske vulkanske bergarter er praktisk talt all verdens primære PGM -malm. Mafiske laginnbrudd , inkludert Bushveld -komplekset , oppveier langt alle andre geologiske innstillinger av platinaavsetninger. Andre økonomisk betydelige PGE -forekomster inkluderer mafiske inntrengninger relatert til flombasalter og ultramafiske komplekser av typen Alaska, Ural.

PGM mineraler

Typiske malmer for PGM inneholder ca. 10 g PGM/tonn malm, og dermed er identiteten til det spesielle mineralet ukjent.

Platina

Platina kan forekomme som et innfødt metall, men det kan også forekomme i forskjellige mineraler og legeringer. Når det er sagt, er Sperrylitt (platina arsenid , PtAs ₂ ) malm den klart viktigste kilden til dette metallet. En naturlig forekommende platina- iridiumlegering , platiniridium , finnes i mineralet cooperite (platinum sulfide , PtS). Platina i en innfødt stat, ofte ledsaget av små mengder andre platinametaller, finnes i alluvial- og placerforekomster i Colombia , Ontario , Uralfjellene og i visse vestlige amerikanske stater. Platina produseres også kommersielt som et biprodukt fra behandling av nikkelmalm . De enorme mengdene behandlet nikkelmalm utgjør det faktum at platina utgjør bare to deler per million av malmen. Sør -Afrika , med store platina malmforekomster i Merensky Reef of Bushveld -komplekset , er verdens største produsent av platina, etterfulgt av Russland . Platina og palladium blir også utvunnet kommersielt fra Stillwater vulkanske kompleks i Montana, USA. Ledere for primær platinaproduksjon er Sør -Afrika og Russland, etterfulgt av Canada, Zimbabwe og USA.

Osmium

Osmiridium er en naturlig legering av iridium og osmium som finnes i platina-bærende elvesand i Uralfjellene og i Nord- og Sør-Amerika . Sporingsmengder av osmium eksisterer også i nikkelholdige malmer som finnes i Sudbury , Ontario- regionen sammen med andre platinagruppemetaller. Selv om mengden platinummetaller som finnes i disse malmene er liten, gjør det store volumet av bearbeidet nikkelmalm kommersiell utvinning mulig.

Iridium

Metallisk iridium finnes med platina og andre platinagruppemetaller i alluviale forekomster. Naturligvis forekommende iridiumlegeringer inkluderer osmiridium og iridosmin , som begge er blandinger av iridium og osmium. Det gjenvinnes kommersielt som et biprodukt fra nikkelutvinning og prosessering.

Ruthenium

Ruthenium finnes vanligvis i malmer med de andre platinagruppemetallene i Uralfjellene og i Nord- og Sør -Amerika . Små, men kommersielt viktige mengder finnes også i pentlanditt ekstrahert fra Sudbury, Ontario og i pyroksenittforekomster i Sør -Afrika .

Rhodium

Den industrielle ekstraksjonen av rodium er kompleks fordi den forekommer i malmer blandet med andre metaller som palladium, sølv , platina og gull . Den finnes i platinummalm og fås gratis som et hvitt inert metall som er svært vanskelig å smelte sammen. De viktigste kildene til dette elementet ligger i Sør-Afrika, Zimbabwe, i elvesanden i Uralfjellene , Nord- og Sør-Amerika, og også i kobber-nikkelsulfidgruveområdet i Sudbury Basin- regionen. Selv om mengden på Sudbury er veldig liten, gjør den store mengden nikkelmalm som er behandlet rhodiumgjenvinning kostnadseffektiv. Imidlertid er den årlige verdensproduksjonen i 2003 av dette elementet bare 7 eller 8 tonn, og det er svært få rhodiummineraler.

Palladium

Palladium finnes fortrinnsvis i sulfidmineraler, hovedsakelig i pyrrhotitt. Palladium finnes som et fritt metall og legert med platina og gull med platinagruppemetaller i placerforekomster av Uralfjellene i Eurasia , Australia , Etiopia , Sør- og Nord -Amerika . Imidlertid er det kommersielt produsert av nikkel- kobberforekomster som finnes i Sør-Afrika og Ontario, Canada . Det enorme volumet av bearbeidet nikkel-kobbermalm gjør denne ekstraksjonen lønnsom til tross for den lave konsentrasjonen i disse malmene.

Produksjon

Prosessflytdiagram for separasjon av platinagruppemetallene.

Produksjonen av individuelle platinagruppemetaller starter normalt fra rester av produksjonen av andre metaller med en blanding av flere av disse metallene. Rensing starter vanligvis med anoderester av gull-, kobber- eller nikkelproduksjon. Dette resulterer i en svært energikrevende utvinningsprosess, som fører til miljøkonsekvenser. Med Pt -utslipp som forventes å stige som følge av økt etterspørsel etter platinametaller samt utvidet gruvedrift i Bushveld Igneous Complex, er det nødvendig med ytterligere forskning for å bestemme miljøpåvirkningen. Klassiske rensemetoder utnytter forskjeller i kjemisk reaktivitet og løselighet av flere forbindelser av metallene under ekstraksjon. Disse tilnærmingene har gitt ny teknologi som utnytter løsningsmiddelekstraksjon .

Separasjon begynner med oppløsning av prøven. Hvis aqua regia brukes, produseres kloridkompleksene. Avhengig av detaljene i prosessen, som ofte er forretningshemmeligheter, oppnås de individuelle PGMene som følgende forbindelser: de dårlig oppløselige (NH ₄ ) ₂ IrCl ₆ og (NH ₄ ) ₂ PtCl ₆ , PdCl ₂ (NH ₃ ) ₂ den flyktige OsO ₄ og Ruo ₄ , og [RhCl (NH ₃ ) ₅ ] Cl ₂ .

Produksjon i atomreaktorer

Betydelige mengder av de tre lette platinagruppemetallene - rutenium, rodium og palladium - dannes som fisjonprodukter i atomreaktorer. Med eskalerende priser og økende global etterspørsel dukker reaktorproduserte edle metaller opp som en alternativ kilde. Ulike rapporter er tilgjengelige om muligheten for å gjenvinne fisjon edle metaller fra brukt atombrensel.

Miljø problemer

Det ble tidligere antatt at platinagruppemetaller hadde svært få negative egenskaper i forhold til deres særegne egenskaper og deres evne til å redusere skadelige utslipp fra bileksos. Selv med alle positive sider ved bruk av platina, må imidlertid de negative effektene av bruken vurderes i hvordan det kan påvirke fremtiden. For eksempel anses metallisk Pt for ikke å være kjemisk reaktiv og ikke-allergenisk, så når Pt sendes ut fra VEC er det i metall- og oksydformer det anses som relativt trygt. Imidlertid kan Pt oppløses i veistøv, komme inn i vannkilder, bakken og hos dyr gjennom bioakkumulering. Disse virkningene fra platinagrupper ble tidligere ikke vurdert, men over tid kan akkumulering av platinagruppemetaller i miljøet faktisk utgjøre en større risiko enn tidligere antatt. Fremtidig forskning er nødvendig for å fullt ut forstå trusselen om platinametaller, spesielt siden jo flere biler blir kjørt, jo flere platina -metallutslipp er det.

Bioakkumulering av Pt -metaller hos dyr kan utgjøre en betydelig helserisiko for både mennesker og biologisk mangfold. Arter vil ha en tendens til å bli mer giftige hvis matkilden er forurenset av disse farlige Pt -metallene som slippes ut fra VEC. Dette kan potensielt skade andre arter, inkludert mennesker hvis vi spiser disse farlige dyrene, for eksempel fisk.

Cisplatin er et platinabasert legemiddel som brukes i terapi av humane neoplasmer. Den medisinske suksessen til cisplatin er i konflikt som følge av alvorlige bivirkninger.

Platinummetaller utvunnet under gruve- og smelteprosessen kan også forårsake betydelige miljøpåvirkninger. I Zimbabwe viste en studie at gruvedrift i platinagrupper forårsaket betydelige miljømessige farer, for eksempel forurensning i vannkilder, surt drenering av vann og miljøforringelse.

En annen fare for Pt er å bli utsatt for halogenerte Pt -salter, som kan forårsake allergiske reaksjoner ved høye astma- og dermatitthastigheter. Dette er en fare som noen ganger kan sees ved produksjon av industrielle katalysatorer, noe som får arbeidere til å få reaksjoner. Arbeidere som ble fjernet umiddelbart fra ytterligere kontakt med Pt-salter viste ingen tegn på langtidseffekter, men fortsatt eksponering kan føre til helseeffekter.

Bruk av platinummedisiner må også vurderes på nytt, ettersom noen av bivirkningene til disse stoffene inkluderer kvalme, hørselstap og nefrotoksisitet. Håndtering av disse stoffene av fagfolk, for eksempel sykepleiere, har også resultert i noen bivirkninger, inkludert kromosomavvik og hårtap. Derfor må langtidsvirkningene av platinummedisinbruk og eksponering evalueres og vurderes for å avgjøre om de er trygge å bruke i medisinsk behandling.

Selv om eksponering av relativt lave mengder platinagruppemetallutslipp kanskje ikke har noen langsiktige helseeffekter, er det stor bekymring for hvordan akkumulering av Pt -metallutslipp vil påvirke miljøet så vel som menneskers helse. Dette er en trussel som vil trenge mer forskning for å bestemme de sikre risikonivåene, samt måter å redusere potensielle farer fra platinagruppemetaller.

Se også

• Platinagruppemetaller i Afrika
• Merensky Reef

Merknader

Eksterne linker

• Platinum Today: Verdens ledende myndighet på platinagruppemetaller
• Platinum Group spotpriser
• USGS side på PGM
• Platinum Metals Review: En gratis, kvartalsvis tidsskrift for forskning om vitenskap og teknologi for platinagruppemetaller og utvikling i deres anvendelse i industrien
• Accenture-rapport om platinagruppemetaller fra ikke-terrestriske kilder
• PGM -databasen: Data som definerer de fysiske egenskapene og egenskapene til platinagruppemetallene og deres legeringer