空氣分離裝置

[拼音]：bozu jinshu

[英文]：platinum group metals

在元素週期表中屬Ⅷ族，根據密度可分為兩組：鉑(platinum)、銥(iridium)、鋨(osmium)、為重鉑族;鈀(palladium)、銠(rhodium)、釕（ruthenium）為輕鉑族。它們的元素符號、原子序數和原子量見表1。鉑族金屬與金、銀一起通稱為貴金屬。

南美洲的印第安人很早就知道鉑。西班牙人到南美后，稱自然鉑為“小銀”(platina)。使歐洲人知道“小銀”的第一個人是西班牙人德·烏略阿(D.A.De Ulloa)。此後即參照platina命名鉑為platinum。1741年伍德(C.Wood)把“小銀”帶到歐洲，引起了科學家的興趣。1803年英國人沃拉斯頓 (W.H.Wollaston)確立了提純鉑的工藝，同時還從鉑的王水溶液中分離出兩個新的元素鈀和銠。前者按希臘神話中智慧女神Pallas命名為palladium；後者因為其鹽類具有玫瑰紅色，以希臘字rhodon(玫瑰)命名為rhodium。1804年英國人坦南特(S.Tennant)從自然鉑的王水不溶物中發現了鋨和銥。因為鋨的四氧化物具有強揮發性並有與氯氣相似的刺激味，銥的鹽類呈多種色彩，分別以希臘字osme（氣味）和iris（虹）命名為osmium和 iridium。1844年俄國人克勞斯(κ.κлаус)發現釕，以拉丁文Ruthenia(俄羅斯)命名為ruthenium。

資源

早期的鉑礦來源於哥倫比亞，現在的主要產地為南非、蘇聯、加拿大等。南非鉑礦一部分是天然的鉑鐵合金，一部分以硫化物形式與鐵、鎳、銅的硫化礦共存；已探明的可採儲量約18000噸，總儲量達62200噸，礦石品位3～8克／噸。加拿大的鉑族金屬主要以硫化物和砷化物與銅、鎳硫化礦伴生。可採儲量280噸，總儲量497噸，礦石品位0.5～0.8克／噸。蘇聯鉑礦有砂礦和共生礦，可採儲量6220噸，總儲量12440噸，礦石品位8～10克／噸。此外，中國、美國、澳大利亞等均有共生礦床。所有礦石中，鉑與其他鉑族金屬總是共存的。鉑族中，鉑、鈀的量最大，二者合計約佔鉑族總量的90％。其他銠、銥、鋨、釕合計僅約佔鉑族總量的10％。蘇聯礦石中的鈀約佔鉑族總量的60％，其他國家的礦多以鉑為主。

性質和用途

鉑族金屬除鋨為藍灰色金屬外，其他均為銀白色金屬。它們對普通的酸和化學試劑有優良的抗蝕效能。鉑不與普通酸作用，但能緩慢地溶解於王水中生成氯鉑酸(H2PtCl6)。鈀對酸的抗蝕能力稍差，能很快地溶解於硝酸中。銥、銠、釕能抗單一的酸和化學試劑的侵蝕，甚至在王水中也很難溶解。

鉑和銠的抗氧化性很好，在空氣中能長期保持光澤。在高溫下鉑和銠與氧氣作用生成揮發性的氧化物，增加它的蒸發速度。粉末狀的銥在空氣或氧氣中於 600℃時氧化，生成一層氧化銥（IrO2）薄膜。這種氧化物在高於1100℃時分解，使金屬恢復原有光澤。銥是惟一可以在氧化性氣氛中使用到2300℃而不嚴重損失的金屬。釕、鋨容易被氧化，在室溫下，鋨的表面就生成藍色的氧化膜(OsO2)。四氧化鋨(OsO4)和四氧化釕(RuO4)都是揮發性的有毒化合物，能刺激粘膜，侵害面板。鈀有吸氫和透氫的特性:一定體積的鈀常溫下能吸收比它本身大900倍甚至2800倍的氫氣（見貯氫材料）。鉑和鈀對氣體有很強的吸附能力，當粒度很細（如鉑黑、鈀黑）或呈膠態（如膠體鉑）時，吸附能力就更強，因此它們具有優良的催化特性(見金屬催化劑)。鉑族金屬為過渡金屬，有多個化合價，最穩定的化合價如下：釕為+3;銠為+3;鈀為+2，+4；鋨為+3，+4；銥為+3，+4；鉑為+2，+4。它們有生成絡合物的強烈傾向，最常見的是生成配位數4或6的絡合物。總之，它們的化學性質很複雜。

純鉑和鈀有良好的延展性，不經中間退火的冷塑性變形量可達到90％以上，能加工成微米級的細絲和箔。銠和銥的高溫強度很好，但冷塑性加工效能稍差。用粉末冶金方法制得的金屬釕在1150～1500℃時才能進行少量塑性加工，而鋨即使在高溫下也幾乎不能進行塑性加工。

提取和富集

砂鉑礦或含鉑族金屬的砂金礦用重選法富集可得精礦，鉑或鋨、銥的含量能達70％～90％，可直接精煉。

砂鉑礦資源日漸減少，且因近代有色金屬工業發展，50年代以來鉑族金屬主要從銅鎳硫化共生礦中提取，小部分從鍊銅副產品中提取。銅鎳硫化共生礦在火法冶金時，精礦中所含的鉑族金屬90％以上可富集於銅鎳冰銅（鋶）中。再經轉爐吹煉富整合高冰鎳後，緩冷、研磨、浮懸和磁選分離，得含鉑族金屬的銅鎳合金。把這種合金硫化熔鍊，細磨磁選，以分離銅鎳，產出含鉑族金屬更富的銅鎳合金。將此合金鑄成陽極，進行電解時，鉑族金屬進入陽極泥。陽極泥經酸處理後，就可得鉑族金屬精礦。採用羰基法從鎳精礦或銅鎳合金製取鎳時，鉑族留於羰化殘渣中，經硫酸處理或加壓浸出(見浸取)其他金屬後可得鉑族精礦。中國金川有色金屬公司將含鉑族的銅鎳合金，再次硫化熔鍊和細磨、磁選得到富鉑的銅鎳合金，用鹽酸浸出分離鎳，用控制電位氯化法分離銅，然後提取鉑族金屬。

鉑族含量高的高冰鎳（如南非的原料），現在直接用氧壓下硫酸浸出，或氯化冶金分離其他金屬後獲得鉑族精礦。鉑族精礦可直接溶解、分離、提純，或先將鋨、釕氧化揮發分離後，再分離、提純其他鉑族金屬（見鎳冶煉過程有價金屬的回收）。

在銅的火法冶金和電解精煉過程中，鉑族金屬和金銀一起進入陽極泥。用此種陽極泥煉出多爾銀（含少量金的粗銀），鉑族金屬富集於多爾銀中。鉑族金屬在火法煉鉛過程中進入粗鉛，可用灰吹法除鉛得多爾銀，鉑族便富集其中；如果粗鉛加鋅脫銀，鉑族金屬富集於銀鋅殼中，然後脫鋅得多爾銀。多樂銀電解精煉時，為了避免鈀損失於電解銀中，銀陽極的含金量常控制在小於4.5％，同時控制金鈀比等於或大於10。若部分鈀和少量鉑進入硝酸銀電解液，可用活性炭吸附，或用“黃藥”選擇性沉澱加以回收。通常在電解銀時，鉑族金屬富集於銀陽極泥中。如鉑族金屬含量較高，可先用王水溶解陽極泥，然後分別回收；如含量較低，常用硫酸溶解除銀，殘渣鑄成粗金電極，然後電解提金；鉑、鈀富集於電解母液中，用草酸沉澱金後，用甲酸鈉沉澱鉑和鈀加以回收；富集於金陽極泥中的其他鉑族金屬可再分離。

鉑族金屬再生

鉑族金屬稀有而貴重，歷來重視回收。廢催化劑、廢電器元件、含鉑的殘破器皿、廢電鍍液、珠寶裝飾品廠的廢料等都可從中回收鉑族金屬。這些廢料含鉑量高時可直接分離提純；含量低時，須先行富集。液體廢料可以加廉價金屬進行置換，或加硫化物使其沉出；也可用電解沉積或離子交換法富集。固體廢料可用銅或鉛熔鍊捕集回收（見再生有色金屬）。

分離和提純

鉑族金屬的提取和精製流程因原料成分、含量的不同而異，典型流程見圖。將鉑族金屬精礦或含鉑族金屬的陽極泥用王水溶解，鈀、鉑、金均進入溶液。用鹽酸處理以破壞亞硝醯化合物(趕硝)，然後加硫酸亞鐵沉澱出金。加氯化銨，鉑呈氯鉑酸銨[(NH4)2PtCl6]沉澱出，煅燒氯鉑酸銨可得含鉑99.5％以上的海綿鉑。分離鉑後的濾液，加入過量的氫氧化銨，再用鹽酸酸化，沉澱出二氯二氨絡亞鈀[Pd(NH3)2Cl2]形式的鈀，再在氫氣中加熱煅燒可得純度達99.7％以上的海綿鈀。

經上述王水處理後的不溶物與碳酸鈉、硼砂、密陀僧（PbO）和焦炭共熔，得貴鉛。用灰吹法除去大部分鉛，再用硝酸溶解銀和殘留的鉛，銠、銥、鋨、釕富集於殘渣中。將此殘渣與硫酸氫鈉熔融，銠轉化為可溶性的硫酸鹽，用水浸出，加氫氧化鈉沉出氫氧化銠，再用鹽酸溶解，得氯銠酸。溶液提純後，加入氯化銨，濃縮、結晶出氯銠酸銨[(NH4)3RhCl6]。在氫氣中煅燒，可得海綿銠。

在硫酸氫鈉熔融時，銥、鋨、釕不反應，仍留於水浸殘渣中。將殘渣與過氧化鈉和苛性鈉一起熔融，用水浸出；向浸出液中通入氯氣並蒸餾，釕和鋨以氧化物形式蒸出。用乙醇-鹽酸溶液吸收，將吸收液再加熱蒸餾，並用鹼液吸收得鋨酸鈉。在吸收液中加氯化銨，則鋨以銨鹽形式沉澱，在氫氣中煅燒，可得鋨粉。在蒸出鋨的殘液中加氯化銨，可得釕的銨鹽，再在氫氣中煅燒，可得釕粉。

浸出釕和鋨後的殘渣主要為氧化銥(IrO2)，用王水溶解，加氯化銨沉出粗氯銥酸銨[(NH4)2IrCl6]，經精製，在氫氣中煅燒，可得銥粉。

將鉑族金屬粉末用粉末冶金法或通過高頻感應電爐熔化可製得金屬錠。

近年來，用溶劑萃取法分離提純鉑族金屬的工藝得到應用，常用的萃取劑有磷酸三丁酯(TBP)、三烷基氧膦(TRPO)、二丁基卡必醇(DBC)、烷基亞碸等。

製取高純鉑族金屬

一般將金屬溶解後，經反覆提純，精製方法有載體氧化水解、離子交換、溶劑萃取和重複沉澱等，然後再以銨鹽沉出，經煅燒可得相應的高純金屬。

用途

鉑族金屬和合金有很多重要的工業用途。過去主要是製造蒸餾釜以濃縮鉛室法制得稀硫酸，也曾用鉑銥合金製造標準的米尺和砝碼。在19世紀中葉，俄國曾製造鉑銥合金幣在市場上流通。早年在照相術上採用“鉑黑印片術”，大量使用鉑鹽，印出的照片美觀而持久，現在一般已不用此法。

目前，鉑族金屬及其合金的主要用途為製造催化劑。其活性、穩定性和選擇性都好，化學工業上的很多過程（如煉油工業中的鉑重整工藝）都使用鉑族催化劑。氨氧化制硝酸時，使用鉑銠合金網作催化劑。近年來又在鉑銠網下增加金鈀捕集網以減少鉑、銠的損失。鈀是化學工業中加氫的催化劑。此外消除汽車排氣汙染的催化劑用量增長極快。在美國用於汽車排氣淨化的鉑，1978年為60萬金衡盎司（1金衡盎司＝31.1035克），佔總消費量的51.3％，1979年為66萬金衡盎司，佔66％。

鉑銠合金對熔融的玻璃具有特別的抗蝕性，可用於製造生產玻璃纖維的坩堝。生產優質光學玻璃時，為防止熔融的玻璃被玷汙，也必須使用鉑制坩堝和器皿。1968年國際實用溫標規定，在630.74～1064.43℃範圍內的測溫標準儀器是 Pt－10Rh／Pt熱電偶。用於測量13.81～903.89K溫域的標準儀器是鉑電阻溫度計，其電阻器必須是無應變退火後的純鉑絲，100℃時的電阻比(R100/R0)應大於1.39250。

鉑銥、鉑銠、鉑鈀合金有很高的抗電弧燒損能力，被用作電接點合金，這是鉑的主要用途之一。鉑銥合金和鉑釕合金用於製造航空發動機的火花塞接點。

由於鉑的化學性質穩定，純鉑、鉑銠合金或鉑銥合金製造的實驗室器皿如坩堝、電極、電阻絲等是化學實驗室的必備物。鉑鈷合金是一種可加工的磁能積（即電磁能密度）高的硬磁材料。鉑和鉑合金廣泛用於製造各種首飾特別是鑲鑽石的戒指、錶殼和飾針。鉑或鈀的合金也可作牙科材料。

鉑、鈀和銠可作電鍍層，常用於電子工業和首飾加工中。銀和鉑表面鍍銠，可增強表面的光澤和耐磨性。近年來塗釕和鉑的鈦陽極代替了電解槽中的石墨陽極，提高了電解效率，並延長電極壽命，是氯鹼工業中一項重要的技術改進，為釕在工業上使用開闢了新途徑。鋨銥合金可製造筆尖和唱針。鈀合金還用於製造氫氣淨化材料和高溫釺焊焊料等。在化學工業中還使用包鉑裝置。