Платина
Московский Институт Стали и Сплавов
(Технологический Университет)
Кафедра металлургии редких металлов
и порошковой металлургии.
РЕФЕРАТ
на тему “Платина”
[pic]
Студента группы КЦД-94
КОЛОМИЙЦА К.В.
Преподaватель
Ракова Н.Н.
Москва 1995 год.
О Г Л А В Л Е Н И Е
.
Производство и применение платины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 01 .
Историческая справка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 01 .
Производство и потребление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 02 .
Основные свойства платины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 03 .
Положение в периодической системе элементов . . . . . . . . . . . . .
. 03 .
Физические свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 05 .
Химические свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 05 .
Поведение платины в обогатительных операциях . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 06 .
Формы нахождения платины в рудах . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 06 .
Получение платиновых металлов из россыпей . . . . . . . . . . . . . . .
. 08 .
Извлечение платины при обогащении сульфидных
платинусодержащих руд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 08 .
Поведение платины при металлургической переработке сульфидных
платинусодержащих руд и концентратов . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 09 .
Основные технологические операции переработки
медно-никелевых концентратов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 09 .
Физико-химические основы поведения платины
при переработке сульфидного сырья . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 11 .
Пирометаллургические процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 11 .
Агломерация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 12 .
Электроплавка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 12 .
Конвертирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 12 .
Обжиг . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 13 .
Восстановительная электроплавка . . . . . . . . . . . . . . . 13
.
Взвешенная плавка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 13 .
Гидрометаллургические процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 13 .
Переработка платинусодержащих шламов . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 14 .
Аффинаж . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 18 .
Сырье для получения платиновых металлов . . . . . . . . . . . . . . . .
. 19 .
Переработка шлиховой платины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 19 .
Переработка вторичного платинусодержащего сырья . . . . . . . . . . .
20 .
Приложение №1. ГОСТ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 23 .
Приложение №2. Словарь терминов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 27
Производство и применение платины.
Историческая справка.
“Белое золото”, “гнилое золото”… Под этими названиями платина
фигурирует в литературе XVIII в. Этот металл известен давно, его белые
тяжелые зерна находили при добыче золота. Из-за высокой тугоплавкости он
оказался ни на что не пригодным и лишь затруднял очистку золота. Название
“платина” возникло вследствие сходства этого металла с серебром, название
которого на испанском языке “plata”, что означает “серебришко”, “плохое
серебро”. Вплоть до XVIII в. этот ценнейший металл вместе с пустой породой
выбрасывали в отвал, а на Урале и в Сибири зерна самородной платины
использовали как дробь при стрельбе.
В Европе платину стали изучать с середины XVIII в., когда испанский
математик Антонио де Ульоа привез образцы этого металла с золотоносных
месторождений Перу. Были исследования, были споры - простое ли вещество
платина или “смесь двух известных металлов - золота и железа”.
Обстоятельное изучение платины в 1752 г. провел шведский химик Хенрик
Шеффер, который доказал, что она является не смесью, а новым химическим
элементом.
В 1773-1774 гг. М. де-Лиль получил ковкую форму платины. В 1783 г.
Шабано запонтетовал процесс получения ковкой платины. Начиная со второй
половины XVIII в. платиной, ее свойствами, методами переработки и
использования стали интересоваться многие химики-аналитики и технологи, в
том числе и ученые Петербургской академии наук. Наиболее важные работы в
этой области в первой половине XIX в. - это создание методов получения
ковкой платины.
Всемирную известность приобрели труды русского ученого и общественного
деятеля А. А. Мусина-Пушкина (1760-1805). Еще в 1797 г. он открыл новые
способы получения амальгамы платины, а затем разработал совершенные методы
ее ковки и очистки от железа. Работы Мусина-Пушкина были продолжены
Архиповым, Варвинским, Любарским, Соболевским и др.
В 1826 г. выдающийся инженер П. Г. Соболевский вместе с В. В.
Любарским разработал простой и надежный способ получения ковкой платины.
Самородную платину растворяли в царской водке, а из этого раствора,
добавляя NH4Cl, осаждали хлороплатинат аммония (NH4)2[PtCl]. Этот осадок
промывали, а затем прокаливали на воздухе. Полученный спекшийся порошок
(губку) прессовали в холодном состоянии, а затем прессованные брикеты
прокаливали и ковали. Этот способ позволял делать из уральской платины
изделия высокого качества. Таким образом, Соболевский заложил основы
порошковой металлургии.
21 марта 1827 г. в конференц-зале Петербургского горного кадетского
корпуса на многолюдном торжественном собрании Ученого комитета по горной и
соляной части были показаны изготовленные новым методом первые изделия из
русской платины. Открытие П. Г. Соболевского и В. В. Любарского получило
мировую известность. В 1828 г. Соболевский описал свой способ получения
ковкой платины в Петербургском “Горном журнале” под названием: “Об очищении
и обработке сырой платины”.
Благодаря предприимчивости министра финансов Е. Ф. Канкрина с 1828 г. в
России стали выпускать платиновые монеты достоинством в 3, 6 и 12 рублей;
на это было затрачено около 14.5 т платины.
В 1913 г. под руководством Н. Н. Барабошкина на базе исследовательских
работ, проведенных в лаборатории Петербургского горного института, в г.
Екатеринбурге начали строительство аффинажного завода для переработки
добываемой шлиховой платины. В 1916 г. начали выпускать лишь губчатую
платину и только в 1923 г. стали выделять спутники платины.
Производство и потребление.
Таблица 1. Производство платины, кг
|Страна |1960 г. |1965 г. |1970 г. |1975 г. |1980 г. |1985 г. |
|ЮАР |8900 |16 600 |33 200 |57 600 |68 400 |71 000 |
|Канада |6500 |6300 |6200 |5400 |5400 |4700 |
|США |318 |354 |250 |200 |220 |250 |
Важнейшие области применения платины - химическая и
нефтеперерабатывающая промышленность. В качестве катализаторов различных
реакций используется около половины всей потребляемой платины. В химической
промышленности платину используют в процессе производства азотной кислоты
(по оценочным данным на эти цели ежегодно идет 10-20 % мирового потребления
платины).
В нефтеперерабатывающей промышленности с помощью платиновых
катализаторов на установках каталитического риформинга получают
высокооктановый бензин, ароматические углеводороды и технический водород из
бензиновых и лигроиновых фракций нефти.
Таблица 2. Потребление платины по отраслям в США в количественном и
процентном соотношениях.
|Платина |196| |196| |1970| |1975| |1980 | |
| |0 | |5 | |г. | |г. | |г. | |
| |г. | |г. | | | | | | | |
|Всего: |10 | |13 | |14 | |21 | |34 | |
| |007| |484| |558 | |065 | |800 | |
|В том числе по | | | | | | | | | | |
|отраслям: | | | | | | | | | | |
|Автомобильная |- |- |- |- |- |- |8491|40%|15 |44%|
| | | | | | | | | |200 | |
|Химическая |221|22%|409|30%|4378|30%|4629|22%|5600 |16%|
| |6 | |3 | | | | | | | |
|Нефтеперерабатывающая |110|12%|252|19%|5595|38%|3359|16%|5500 |16%|
| |9 | |6 | | | | | | | |
|Электротехническая |332|33%|332|25%|2562|18%|2290|11%|3800 |11%|
| |5 | |2 | | | | | | | |
|Стекольная |184|18%|161|12%|1071|7% |1052|5% |2400 |7% |
| |7 | |7 | | | | | | | |
|Медицинская |494|5% |825|6% |217 |2% |532 |3% |1100 |3% |
|Ювелирная |101|10%|110|8% |735 |5% |712 |3% |1200 |3% |
| |6 | |1 | | | | | | | |
В автомобильной промышленности платину также используют каталитические
свойства этого металла - для дожигания и обезвреживания выхлопных газов, с
целью оснащения автомобилей специальными устройствами по очистке выхлопных
газов от вредных примесей.
Стабильность электрических, термоэлектрических и механических свойств
плюс высочайшая коррозионная и термическая стойкость сделали этот металл
незаменимым для современной электротехники, автоматики и телемеханики,
радиотехники, точного приборостроения.
Незначительная часть платины идет в медицинскую промышленность. Из
платины и ее сплавов изготовляют хирургические инструменты, которые, не
окисляясь, стерилизуются в пламени спиртовой горелки. Некоторые соединения
платины используют против различных опухолей. По структуре большинство из
этих веществ - это неэлектролиты, цис-изомеры, производные двухвалентной
платины. Самым эффективным соединением считается цис-дихлородиаминоплатина
(II) [Pt(NH3)2Cl2]. Это активное в химическом соотношении вещество, в
котором ионы Cl– частично замещаются молекулами воды с образованием иона
[Pt(NH3)2(H2O)2]2+. Процесс ионизации дихлородиаминоплатины идет главным
образом в клетках, где концентрация хлоридов ниже, чем в сыворотке крови.
Продукт гидролиза [Pt(NH3)2Cl2] реагирует с азотистыми основаниями ДНК как
бифункциональный агент, вызывая образование поперечных связей между нитями
ДНК. Это служит основной причиной нарушения деления и гибели опухолевых
клеток. Дополнительным механизмом противоопухолевого действия
дихлородиаминоплатины является активация иммунитета организма.
Таблица 3. Цены на платину, долл. за 1 тр. унцию.
|1960г.|1965г.|1970г.|1975г.|1980г. |1985г.|нояб. |нояб. |
| | | | | | |1994 |1995 |
|83,5 |98 |132,5 |170 |420 |480 |407-416 |406-407 |
Рост спроса на платину в мире является залогом высоких цен. По оценочным
данным крупнейшей в мире компании по маркетингу металлов платиновой группы
Johnson Matthey (JM) спрос на платину вырос в 1994 году на 7% и достиг
уровня в 4.32 млн тройских унций. При этом с 1993 года сокращается
потребление платины в промышленности. Однако рост заказов ювелиров и
автомобилестроителей перекрывает это сокращение. Потребление платины в
ювелирном производстве оценивается в 50 т. Второй фактор повышения спроса
на этот металл - рост использования его в автокатализаторах. За это рынок
платины должен быть благодарен партии зеленых, поскольку именно введение
более строгих мер по ограничению вредных выбросов в атмосферу привело к
тому, что почти все новые автомобили оснащаются автокатализаторами.
Таблица 4. Потребление платины в мире в 1993 г. (по информации Johnson
Matthey), %.
| |Нефтепереработка |12 % |
| |Ювелирная промышленность |30 % |
| |Инвестиции |8 % |
| |Производство стекла |3 % |
| |Электротехника |4 % |
| |Химическая промышленность |5 % |
| |Автокатализаторы |35 % |
| |Другие |3 % |
Основные свойства платины.
Положение в периодической системе элементов.
Платина - символ Pt (лат. Platinum), химический элемент 6-го переходного
периода периодической системы. Для него характерно заполнение 5d-
электронных орбиталей при наличии одного или двух s-электронов на более
высоких 6s- электронных орбиталях.
Таблица 5. Характеристика атомов платины.
|Характеристика |Платина |
|Порядковый номер |78 |
|Конфигурация внешних электронных оболочек |5d96s1 |
|Число неспаренных электронов |2 |
|Атомная масса |195.09 |
|Атомный объем, см3 |9.10 |
|Эффективный атомный радиус, нм |Pt4+=0.064 |
|Потенциалы ионизации, В |9.0; 18.56; (23.6) |
|Возможные степени окисления |0, II, III, IV, VI |
|Характерные степени окисления |II, IV |
Будучи элементом переходного периода, платина характеризуется различными
степенями окисления. В большинстве своих соединений платина проявляет
степени окисления +2 и +4. Как в том, так и в другом состоянии, благодаря
высоким зарядам, небольшим ионным радиусам и наличию незаполненных d-
орбиталей, она представляет собой типичный комплексообразователь. Так, в
растворах все его соединения, включая простые (галогениды, сульфаты,
нитраты), превращаются в комплексные, поскольку в комплексообразовании
участвуют ионы соединений, присутствующих в растворе, а также вода. Поэтому
гидрометаллургия платины основана на использовании ее комплексных
соединений.
Физические свойства.
Платина очень тугоплавкий и труднолетучий металл, кристаллизуется в
гранецентрированные кубические (г. ц. к.) решетки. При воздействии на
растворы солей восстановителями металл может быть получен в виде “черни”,
обладающей высокой дисперсностью.
Платина в горячем состоянии хорошо прокатывается и сваривается.
Характерным свойством является способность абсорбировать на поверхности
некоторые газы, особенно водород и кислород. Склонность к абсорбции
значительно возрастает у металла, находящегося в тонкодисперсном и
коллоидном состоянии. Платина (особенно платиновая чернь) довольно сильно
поглощает кислород: 100 объемов кислорода на один объем платиновой черни.
Вследствии способности к абсорбции газов платину применяют в качестве
катализаторов при реакциях гидрогенизации и окисления. Каталитическая
активность увеличивается при использовании черни.
Таблица 6. Физические свойства.
|Характеристика |Pt |
|Плотность при 20 °С, г/дм3 |21.45 |
|Цвет |Серовато-белый, блестящий|
|Радиус атома, нм |0.138 |
|Температура плавления, °С |1769 |
|Температура кипения, °С |4590 |
|Параметры кристаллической решетки | |
|при 20 °С, нм |а=0.392 |
|Удельная теплоемкость, Дж/(моль/К) |25.9 |
|Теплопроводность при 25 °С, Вт/(м·К)|74.1 |
|Удельное электросопротивление при 0 | |
|°С, мкОм·см |9.85 |
|Твердость по Бринеллю, МПа |390-420 |
|Модуль упругости, ГПа |173 |
Химические свойства.
Платина как элемент VIII группы может проявлять несколько валентностей:
0, 2+, 3+, 4+, 5+, 6+ и 8+. Но, когда идет речь об элементе № 78 почти
также, как валентность, важна другая характеристика - координационное
число. Оно означает, сколько атомов (или групп атомов), лигандов, может
расположиться вокруг центрального атома в молекуле комплексного соединения.
Для степени окисления 2+ и 4+ координационное число равно соответственно
четырем или шести.
Комплексы двухвалентной платины имеют плоскостное строение, а
четырехвалентной - октаэдрическое.
При обычной температуре платина не взаимодействует с минеральными и
органическими кислотами. Серная кислота при нагреве медленно растворяет
платину. Полностью платина растворяется в царской водке:
3Pt+4HNO3+18HCl=3H2[PtCl6]+4NO+8H2O. (1)
При растворении получается гексахлороплатиновая, или
платинохлористоводородная, кислота H2[PtCl6], которая при выпаривании
раствора выделяется в виде красно-бурых кристаллов состава H2[PtCl6]•H2O.
При повышенных температурах платина взаимодействует с едкими щелочами,
фосфором и углеродом.
С кислородом платина образует оксиды (II), (III) и (IV): PtO, Pt203 и
PtO2. Оксид PtO получается при нагревании порошка платины до 430 °С в
атмосфере кислорода при давлении 0.8 МПа. Оксид Pt2O3 можно получить при
окислении порошка металлической платины расплавленным пероксидом натрия.
Оксид PtO2 - порошок черного цвета - получается при кипячении гидроксида
платины (II) со щелочью:
2Pt(OH)2=PtO2+Pt+2H2O. (2)
Гидроксид платины (IV) можно получить осторожным приливанием щелочи к
раствору хлороплатината калия:
K2[PtCl6]+4KOH=Pt(OH)4+6KCl. (3)
Сернистое соединение PtS - порошок коричневого цвета, не растворимый в
кислотах и царской водке; PtS2 - черный осадок, получаемый из растворов
действием сероводорода, растворимый в царской водке.
Хлориды натрия часто используют в гидрометаллургии и аналитической
практике. При 360 °С воздействием хлора на платину можно получить
тетрахлорид PtCl4, который при температуре выше 370 °С переходит в
трихлорид PtCl3, а при 435 °С распадается на хлор и металлическую платину;
PtCl2 растворяется в слабой соляной кислоте с образованием платинисто-
хлористоводородной кислоты H2[PtCl4], при действии на которую солей
металлов получаются хлороплатиниты Me2[PtCl4] (где Me - K, Na, NH4 и т.д.).
Тетрахлорид платины PtCl4 при воздействии соляной кислоты образует
платинохлористоводородную кислоту H2[PtCl6]. Соли ее - хлороплатинаты
Me2[PtCl6]. Практический интерес представляет хлороплатинат аммония
(NH4)2[PtCl]6 - кристаллы желтого цвета, малорастворимые в воде, спирте и
концентрированных растворах хлористого аммония. Поэтому при аффинаже