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矿物分类铂钯铑锇铱钌性质及工艺

发布时间:2019-04-11 05:15:17

矿物分类铂、钯、铑、锇、铱、钌性质及工艺

矿物分类中,铂族元素矿物属自然铂亚族,包括铱、铑、钯和铂的自然元素矿物。它们彼此之间广泛存在类质同象置换现象,从而形成一系列类质同象混合晶体。同时,其成分中常有铁、铜、镍、银等类质同象混入物,当它们的含量较高时,便构成相应的殓种。铂族元素旷物均为等轴晶系,单晶体极少见,偶而呈立方体或八面体的细小晶粒产出。一般呈不规则粒状、树枝状、葡萄状或块状形态。颜色和条痕为银白色至钢灰色,金属光泽,不透明,无解理,锯齿状断口,具延展性,为电和热的长导体。由铂族元素矿物熔炼的金属有钯金、铱金、铂金、铑金、等。

1.钯金:主要由自然钿熔炼而成广州展览搭建
。颜色银白色,外观与铂金相似,金属光泽。硬度4~4.5。相对密度12。熔点为1555℃。化学性质较稳定。因产量比铂金和黄金大,故价值低,很少用来制作首饰。

2.铑金:主要由自然铑提炼而成,是一一种稀少的贵金属。颜色为银白色,金属光泽,不透明。硬4~4.5,相对密度12.5。熔点高,为1955℃。化学性赏稳定。由於铑金耐腐蚀,而且光泽好,因此主要用於电镀业,将其电镀在其它金属表面,镀层色泽坚固,不易磨损,反光效果好。

3.铱金:主要由自然铱或我铱矿提炼而成。颜色为银白色,具强金属光泽,硬度7。相对密度22.40,性脆但在高温下可压成箔片或拉成细丝,熔点高,达2454℃。化学性质非常稳定,不溶於水。主要用於制造科学仪器、热电偶、电阻绫等。高硬度的铁铱和铱铂合金,常用来制造笔尖和铂金首饰。

4.铂金:由自然铂、粗铂矿等矿物熔拣而成。因铂由金和白两字组合,颜色又为银白色,故亦称白金。色泽银白,金属光泽,硬度4~4.5,相对密度为21.45。熔点高,为1773℃。富延展性,可拉成很细的铂丝,轧成极薄的铂箔。化学性质极稳定,不溶於强酸强缄,在空气中不氧化。广泛用於珠宝首饰业和化学工业中,用以制造高级化学器皿、铂金坩锅以及加速化学反应速度的催化剂等。

二、铂金的种类

1.纯铂金:成色的铂金。常用於制作订婚戒指,以表示爱情的纯贞和天长地久。在国外,许多人认为用黄金镶嵌钻石,可能导致钻石泛黄,从而大大降低钻石的价格。而用铂金镶嵌钻石,可以保持钻石的纯白颜色,特别是作订婚戒指,用铂金镶嵌钻石,既洁白又晶莹,象征纯洁的爱情永恒长久。然而,尽管铂金的硬度比黄金高,但镶嵌钻石和珠宝仍感不够,往往需掺入*金,制成*铂合金来镶嵌钻石等。

2.铱铂金:铱与铂组成的合金。颜色亦为银白色,具强金属光泽。硬度较高。相对密度亦大,化学性定,是极好的铂合金首饰材料。根据铰和铂的含量不同,一般可分为三种:成分相对密度熔山

10%铱-铂合金21.54 1788℃

15%铱-铂合金2159 1821℃

5%铱-铂合金21.50 1779℃

3.K白金:黄金和其它金属熔炼而成的白色合金。由於铂金产出稀少,价格昂贵,加上熔点高,所以一般国家很少用铂金来生产真正的K白金。目前,为了迎合广大消费者对铂金的需求,则选用黄金和钯金或镍、银、铜、锌等金属熔炼成一种白色的合金,称之为K白金。K白金的成色与K黄金一样,捆质量为24,黄金在其中所占质量的份数,则为K白金*的K数。如18K白金、14K白金,其中黄金的含量分别为75%和58.5%.

三、铂金饰品

人类对铂金的认识和利用远比黄金晚,大概只有2000多年的历史。根据考古资料论证,在公元前七百多年时,古埃及人已能将铂金加工成工艺水平较高的铂金饰品。中美洲的印第安人,远在哥伦布发现新大陆之前,也盛行过铂金饰物。然而,除此之外其它地区的人们对铂金则一无所知,直到十六世纪初,西班牙殖民帝国逐渐形成,大批的西班牙冒险家蜂涌到非洲和美洲去探金寻宝。当时,在厄瓜多尔的河流中淘金时,一再发现有一种白色金属混杂在黄金中,其实就是珍贵的铂金。但由於当时科学不发达,识别能力低下,面对著银晃晃的铂金,那些殖民统治者却把它称之为劣等碎银而弃之。1748年,西班牙科学家安东尼.洛阿在平托河金矿中发现了银白色的自然铂,他进行了仔细研究,发现自然铂的化学性质非常稳定,延展性极好,熔点亦高,相对密度极大,与金属银有明显的区别。安东尼是位对铂金进行详细研究的学者。1780年,巴黎一位能工巧匠为法国路易十六国王和王後制造了铂金戒指、胸针和铂金项链。因此,使路易十六夫妇成了世界上有记载以来的位拥有铂金饰品的人。从此以後,铂金声誉大振,一跃於黄金饰品之上,为皇亲国戚、达官贵人、巨富贾商所宠爱。由於在自然界铂金的储量比黄金稀少,据不完全统计,世界铂金总储约为1.4万吨(铂族元素矿产资源总储量约为3.1万吨),虽然有60多个国家都发现并开采铂金旷,但其储量却高度集中在南非和前苏联。其中南非(阿扎尼亚)的铂金储量约为1.2万吨,以德兰土瓦铂矿床,是世界上的铂矿床;前苏联的铂金储量为1866吨,曾在乌拉尔砂铂矿中发现过重达公斤的自然铂,在原生旷中也获得过重427.5克的自然铂。两者的总储量占世界总储量的98%。每年世界铂金的年产量仅85吨,远比黄金少,加上铂金熔点高,提纯熔炼铂金较黄金更为困难,耗能源较高。所以其价格较黄金更加昂贵.铂金色泽淡雅而华贵,象征著纯洁与高尚。因此,人们把它作为爱情的信物并制成订婚戒指,以表示爱情纯真、天长地久。钻石若镶嵌在银白色的铂金托上,则晶莹的钻石与光辉的铂金交相辉映,衬托出钻石的洁白无瑕、珍贵无比和雍容华贵。

铂金首饰主要流行在欧美、日本等经济较发达的国家和地区。其中以日本人偏爰铂金首饰,其销售量约占世界铂金首饰的75o%,故铂金大国之称。

中国铂族元素矿产资源很少,其储量不及世界储量的1%,只能满足需求量的百分之几,主要用於工业。首饰铂金的生产起步较晚,目前只有少数地区的厂家生产类似产品。

四、铂金与类似金属的鉴别

铂金以银白色和条痕,硬度4~4.5,相对密度21.45,化学性质稳定,不溶於普通酸类为其鉴定特征,易与其相似金属鉴别。铂金与金属铅和铝以硬度高低、相便会变形。因无弹性变形後不能复原;而且相对密度远比铂金小,铅为11.36,铝为2.7顺义保洁
,分别约为铂金的1/2和1/8,只需用手惦试份量就能分辨。

铂金与白银以相对密度大小、硬度高低、化学性质稳定区别之。白银虽为银白色,但相对密度为10.53,只有铂金的1/2;而且硬度低,无弹性,因此用指甲轻划亦可留下痕迹,箔薄片用手轻也易变折,且难於复原;加上白银的化学性质不稳定,遇硝酸会溶解,并放出二氧化氮气体。而铂金不溶於硝酸,在加热的王水中才能较快溶解,在常温下其溶解速度极慢,一般肉眼难於察觉。

铂金是很好的催化剂,利用这一特性,可快速鉴定铂金。常用双氧水反应法,具体方法是:取少许待测物粉未,置於盛双氧水(H2O2)塑料瓶中,若系铂金则双氧水立即翻滚起泡,分解出大量氧气,反应後的铂金仍原封不动一,还可回收(它只起加速分解作用);苦系其它白色金属,如铅、银、铝等则无此反应。

以常用的火法和湿法冶金方法相互配合的工艺从铂族金属精矿中分别提取各单一粗铂族金属的铂族金属分离方法。

传统方法在20世纪80年代以前曾是苏联、英国等用以分离铂族金属的主要方法,技术保密近百年吊销转注销
,直到60年代才公开。它生产周期长,工序多,间断操作,在反复熔炼、浸出、沉淀过程中,铂族金属相互分离不彻底,大量贵金属积压在中间产物中,分散损失大,对环境污染严重。70年代以来,各国都相继研究和采用溶剂萃取分离法(见铂族金属萃取分离),但传统方法还常用于处理成分较为简单的原料。

传统方法的工艺过程复杂,火法冶金、湿法冶金交替运用。通常先按组粗分,再相互分离获得单一粗金属或化合物。主要分离步骤包括焙烧一浸出,王水溶解铂、钯、金,分离铅、银,硫酸氢钠熔融一水浸出铑,过氧化钠熔融一水浸出锇、钌,王水溶解铱等。

焙烧-浸出是粗分中的一个重要预处理步骤,目的有三:1、将贵金属精矿中的贱金属含量降至1%以下,以减少它对后续作业的不利影响;2、将精矿中的贵金属品位提高到45%以上,以减少后续作业的处理规模和降低试剂消耗;3、使精矿中铑、铱、钌等金属转化为王水难溶状态,以减少其在王水溶解铂、钯、金时的共溶分散。作法同硫酸法富集铂族金属中的硫酸化焙烧。一般用少量浓硫酸拌和精矿,在空气中于773~823K温度下焙烧2~4h,然后用稀硫酸浸出焙烧料中的贱金属硫酸盐,使之和铂族金属分离。焙烧过程中会有锇的氧化挥发损失。稀硫酸浸出时会有少量钯、铑等溶解损失在浸出液中,需要时用锌粉置换回收。

王水溶解铂、钯、金用一份硝酸加三份盐酸加温溶解精矿,使金、铂、钯分别生成HAuCl4、H2PtCl6、H2PdCl6等形态溶解入溶液,溶解率在95%以上。过滤后绝大部分铑、铱、钌残留在不溶渣中。过程中大量锇被氧化成四氧化锇挥发损失在气相中。含少量贱金属杂质的铂、钯、金溶液先煮沸挥发掉过量的残酸,并仔细操作浓缩至糊状。为彻底破坏黄色难溶的铂的亚硝酰配合物(NO2)2PtCl6和残留的硝酸,需多次加入少量浓盐酸重复蒸发至糊状的操作,直到不再有NO2红褐色烟气逸出为止。糊状物用水溶解后即为含金、钯、铂的氯化物溶液。首先用还原剂FeSO4或SO2将溶液中的金还原成金属,从溶液分离出去。FeSO4用量按下式计算:

AuCl3+3FeSO4Au+Fe2(SO4)3+FeCl3

还原并过滤出粗金后,溶液中的铂、钯主要利用其生成不同价态铵盐的溶解度差别大而进行粗分。即将溶液浓缩至含铂30~50g/L,加入氯化铵使铂生成溶解度很小的(NH4)2PtCl6沉淀,钯生成可溶的(NH4)2PdCl6分离。铂铵盐在含氯化铵17%的溶液中溶解度小,因此加入的氯化铵量应比生成铂、钯铵盐的化学计量过量。过滤出的粗(NH4)2PtCl6用氯化铵溶液洗涤后送铂精炼。含钯的滤液可甩两种方法处理:1、通入氯气或加入硝酸使可溶性的(NH4)2PdCl6氧化为难溶的(NH4)2PdCl6沉淀(即将Pd2+氧化为Pd4+);2、加过量氨水将滤液中和至碱性,使钯生成可溶性的无色二氯四氨钯配合物Pd(NH3)4Cl2。过滤分离贱金属氢氧化物后,含钯滤液用盐酸中和至pH0.5,沉淀出蛋黄色的二氯二氨亚钯配合物Pd(NH3)4Cl2。所得的两种粗钯配合物沉淀送钯精炼。分离金、铂、钯后的残液尚含少量金和铂族金属,用锌粉置换回收到置换渣中。置换渣可返回王水溶解。

分离铅、银王水不溶渣主要含银、铑、铱、钌、二氧化硅、铅和少量其他贵金属。分离铅、银有熔炼贵铅和直接浸出两种方法。

熔炼贵铅通常将富集有金、银和铂族金属的铅羞称为贵铅。王水不溶渣加入氧化铅或碳酸铅作捕集剂,焦炭为还原剂,硼砂和碳酸钠为助熔剂,在1273~1373K温度下进行还原熔炼产出贵铅。分离炉渣后放出贵铅水淬成粒,用硝酸溶解铅和银。过滤后向溶液中加硫酸沉淀出硫酸铅。往分铅后的含银溶液中加入盐酸或氯化钠沉淀出氯化银。沉淀的硫酸铅和碳酸钠溶液煮沸转化为碳酸铅返回熔炼贵铅。硝酸溶铅、银后的残渣若含金、铂、钯较高时,可再次用王水溶解。不溶渣主要含铑、铱、钌。

直接浸出王水不溶渣中的银以AgCl存在,可直接用含氨1~3mol/L的氨水将其浸出为可溶性的银氨配合物。过滤后的银溶液重新用盐酸中和析出氯化银沉淀。分银后的渣用醋酸铵浸出铅。过滤后的醋酸铅溶液先煮沸蒸发出醋酸,再加硫酸使铅生成微溶的硫酸铅沉淀。

硫酸氢钠熔融一水浸出铑主要含铑、铱、钌的渣和两倍于其质量的硫酸氢钠混合加热至823~873K熔化,熔块用冷水浸出硫酸铑。过滤后的硫酸铑溶液用氢氧化钠中和水解出氢氧化铑。过滤后的氢氧化铑加盐酸溶解并煮沸使之转化为氯铑酸H3RhCl6所得氯铑酸送铑精炼。

过氧化钠熔融一水浸出钌、锇提铑后的残渣主要含钌、铱和少量锇,加入两倍于其质量的过氧化钠和一倍于其质量的氢氧化钠,混合物在873~973K温度下熔融。熔块用水浸出得钌酸钠Na2RuO4和锇酸钠Na2OsO4的混合溶液。过滤后从溶液中用氧化蒸馏的方法分别回收锇、钉(见锇钌提取分离)。

王水溶解铱水浸出钉、锇后的残渣主要含铱。铱在过氧化钠熔融时转化为IrO2状态,可直接用王水溶解获得氯铱酸H2IrCl6溶液。经前述的各种方法分离其他元素后,获得的铱溶液已比较纯,可直接加入氯化铵沉淀出带丝光的黑色氯铱酸铵(NH4)2IrCl6。获得的氯铱酸铵送铱精炼。

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