Платина

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