Ein Überblick über die Eigenschaften und Anwendungen dieses dichten Metalls
Platin ist ein dichtes, stabiles und seltenes Metall, das wegen seiner verschiedenen und einzigartigen chemischen und physikalischen Eigenschaften oft in Schmuckstücken wegen seiner attraktiven, silberähnlichen Erscheinung sowie in medizinischen, elektronischen und chemischen Anwendungen verwendet wird.
Eigenschaften
- Atomsymbol: Pt
- Atomzahl: 78
- Element Kategorie: Übergangsmetall
- Dichte: 21,45 g / cm 3
- Schmelzpunkt: 1768,3ºC (3214,9ºF)
- Siedepunkt: 3817 ° C (6917 ° F)
- Mohs Härte: 4-4.5
Eigenschaften
Platinmetall hat eine Reihe von nützlichen Eigenschaften, was seine Anwendung in einer Vielzahl von Industrien erklärt. Es ist eines der dichtesten Metallelemente - fast doppelt so dicht wie Blei - und sehr stabil, was dem Metall ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit verleiht. Ein guter Stromleiter, Platin ist auch formbar und duktil.
Platin wird als biologisch verträgliches Metall angesehen, da es nicht toxisch und stabil ist, so dass es nicht mit Körpergeweben reagiert oder diese negativ beeinflusst. Neuere Forschungen haben auch gezeigt, dass Platin das Wachstum bestimmter Krebszellen hemmt.
Geschichte
Eine Legierung der Metalle der Platingruppe (PGMs) , die Platin enthält, wurde verwendet, um den Sarg von Theben, ein ägyptisches Grab, das um 700 v. Chr. Stammt, zu dekorieren. Dies ist die früheste bekannte Verwendung von Platin, obwohl präkolumbische Südamerikaner auch Ornamente aus Gold und Platinlegierungen herstellten.
Spanische Konquistadoren waren die ersten Europäer, die auf das Metall stießen, obwohl sie es wegen ihres ähnlichen Aussehens als lästig empfanden, Silber zu verfolgen. Sie bezeichneten das Metall als Platina - eine Version von Plata , dem spanischen Wort für Silber - oder Platina del Pinto wegen seiner Entdeckung im Sand am Ufer des Pinto im heutigen Kolumbien.
Obwohl Francis Chabaneau Mitte des 18. Jahrhunderts von einigen englischen, französischen und spanischen Chemikern untersucht wurde, war er der erste, der 1783 eine reine Probe von Platinmetall produzierte. 1801 entdeckte der Engländer William Wollaston eine Methode, um das Metall effektiv zu extrahieren Erz, das dem heutigen Verfahren sehr ähnlich ist.
Das silberähnliche Aussehen von Platinmetall machte es schnell zu einer geschätzten Ware unter den Königen und den Reichen, die Schmuck aus dem neuesten Edelmetall suchten.
Die wachsende Nachfrage führte 1824 zur Entdeckung großer Lagerstätten im Ural und 1888 in Kanada, aber das Ergebnis, das die Zukunft von Platin grundlegend verändern würde, kam erst 1924, als ein Bauer in Südafrika über einen Platinnugget in einem Flussbett stolperte. Dies führte schließlich zur Entdeckung des Bushveld-Eruptivkomplexes, der größten Platinlagerstätte der Erde, durch den Geologen Hans Merensky.
Obwohl einige industrielle Anwendungen für Platin (z. B. Zündkerzenbeschichtungen) Mitte des 20. Jahrhunderts in Gebrauch waren, wurden die meisten der derzeitigen elektronischen, medizinischen und automobilen Anwendungen erst seit 1974 entwickelt, als die Luftqualitätsvorschriften in den USA die Autokatalysatorära einleiteten.
Seit dieser Zeit ist Platin auch ein Anlageinstrument und wird an der New York Mercantile Exchange und dem London Platinum and Palladium Market gehandelt.
Produktion
Obwohl Platin am häufigsten natürlicherweise in Placer-Lagerstätten vorkommt, extrahieren Platin- und Platingruppenmetaller (PGM) gewöhnlich das Metall aus Sperlit und Cooperit, zwei platinhaltigen Erzen.
Platinum wird immer zusammen mit anderen PGMs gefunden. In Südafrikas Bushveld-Komplex und einer begrenzten Anzahl anderer Erzkörper kommen PGM in ausreichenden Mengen vor, so dass es wirtschaftlich ist, diese Metalle ausschließlich zu extrahieren; in der Erwägung, dass in den Lagerstätten von Russbury Norilsk und in Kanada Sudbury Platin und andere PGM als Nebenprodukte von Nickel und Kupfer abgebaut werden.
Das Extrahieren von Platin aus Erz ist sowohl kapital- als auch arbeitsintensiv. Es kann bis zu 6 Monate dauern und 7 bis 12 Tonnen Erz, um eine Feinunze (31.135g) reines Platin zu produzieren.
Der erste Schritt in diesem Verfahren besteht darin, Platin enthaltendes Erz zu zerkleinern und es in wasserhaltiges Reagens einzutauchen; ein Prozess, der als "Schaumflotation" bekannt ist.
Während der Flotation wird Luft durch die Erz-Wasser-Aufschlämmung gepumpt. Platinpartikel haften chemisch an dem Sauerstoff an und steigen an der Oberfläche in einem Schaum auf, der zur weiteren Raffination abgeschöpft wird.
Nach dem Trocknen enthält das konzentrierte Pulver noch weniger als 1% Platin. Es wird dann in elektrischen Öfen auf über 2732 ° F (1500 ° C) erhitzt und Luft wird erneut durchgeblasen, wobei Eisen- und Schwefelverunreinigungen entfernt werden.
Elektrolytische und chemische Techniken werden verwendet, um Nickel, Kupfer und Kobalt zu extrahieren, was zu einem Konzentrat von 15-20% PGMs führt.
Aqua Regia (eine Mischung aus Salpetersäure und Salzsäure) wird verwendet, um Platinmetall aus dem Mineralkonzentrat zu lösen, indem Chlor erzeugt wird, das sich an Platin anlagert, um Chlorplatinsäure zu bilden.
Im letzten Schritt wird Ammoniumchlorid zur Umwandlung der Chlorplatinsäure in Ammoniumhexachloroplatinat verwendet, das zur Bildung von reinem Platinmetall verbrannt werden kann.
Die gute Nachricht ist, dass in diesem langen und teuren Prozess nicht das gesamte Platin aus Primärquellen hergestellt wird. Nach Angaben der United States Geological Survey (USGS) stammen etwa 30% der 2012 weltweit produzierten 8,53 Millionen Unzen Platin aus recycelten Quellen.
Mit seinen Ressourcen im Bushveld-Komplex ist Südafrika bei weitem der größte Produzent von Platin und liefert mehr als 75% der weltweiten Nachfrage, während Russland (25 Tonnen) und Simbabwe (7,8 Tonnen) ebenfalls große Produzenten sind. Anglo Platinum (Amplats), Norilsk Nickel und Impala Platinum (Implats) sind die größten Einzelhersteller von Platinmetall .
Anwendungen
Für ein Metall, dessen jährliche globale Produktion nur 192 Tonnen beträgt, ist Platin in vielen alltäglichen Gegenständen enthalten und kritisch für die Herstellung.
Die größte Verwendung, die etwa 40% der Nachfrage ausmacht, ist die Schmuckindustrie, wo sie hauptsächlich in der Legierung verwendet wird, die Weißgold herstellt. Es wird geschätzt, dass über 40% der in den USA verkauften Trauringe Platin enthalten. Die USA, China, Japan und Indien sind die größten Märkte für Platinschmuck.
Die Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturstabilität von Platin macht es ideal als Katalysator für chemische Reaktionen. Katalysatoren beschleunigen chemische Reaktionen, ohne dabei selbst chemisch verändert zu werden.
Hauptanwendungsgebiet von Platin in diesem Bereich, der rund 37% der gesamten Metallnachfrage ausmacht, sind Katalysatoren für Automobile. Katalysatoren reduzieren schädliche Chemikalien durch Abgasemissionen, indem sie Reaktionen auslösen, die 90% der Kohlenwasserstoffe (Kohlenmonoxid und Stickoxide) in andere, weniger schädliche Verbindungen umwandeln.
Platin wird auch verwendet, um Salpetersäure und Benzin zu katalysieren; Erhöhung der Oktanzahl im Kraftstoff.
In der Elektronikindustrie werden Platintiegel zur Herstellung von Halbleiterkristallen für Laser verwendet, während Legierungen zur Herstellung von Magnetplatten für Computerfestplatten und Schaltkontakten in Kraftfahrzeugsteuerungen verwendet werden.
Die Nachfrage aus der Medizinindustrie wächst, da Platin sowohl für seine leitenden Eigenschaften in Herzschrittmacherelektroden als auch für Ohr- und Netzimplantate sowie für seine Antikrebseigenschaften in Arzneimitteln (z. B. Carboplatin und Cisplatin) verwendet werden kann.
Im Folgenden finden Sie eine Liste von einigen der vielen anderen Anwendungen für Platin:
- Mit Rhodium zur Herstellung von Hochtemperatur-Thermoelementen
- Um optisch reines, flaches Glas für Fernseher, LCDs und Monitore zu machen
- Glasfäden für Lichtwellenleiter herstellen
- In Legierungen zur Bildung der Spitzen von Automobil- und Luftfahrtzündkerzen
- Als Ersatz für Gold in elektronischen Verbindungen
- In Beschichtungen für keramische Kondensatoren in elektronischen Geräten
- In Hochtemperatur-Legierungen für Jet-Fuel-Düsen und Raketen-Nasenkegel
- In Zahnimplantaten
- Um hochwertige Flöten zu machen
- In Rauch- und Kohlenmonoxid-Detektoren
- Herstellung von Silikonen
- In Beschichtungen für Rasierapparate
Quellen:
Holz, Ian. 2004. Platin . Benchmark Bücher (New York).
Die Internationale Platinum Group Metals Association (IPA).
Quelle: http://ipa-news.com/
USGS: Platinum Group Metals.
Quelle: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/platinum/