铂的性质、资源、生产及用途
1.铂的性质
1.1 铂的物理性质
铂位于元素周期表中第6周期Ⅷ族，原子序数78，相对原子质量195.09。铂是具有展性的银白金属，密度21.450，硬度4.5，熔点1770℃，沸点3824℃。铂是唯一能抗氧化剂到熔点的金属。
铂耐高温、抗氧化、耐腐蚀性强、稳定性好，具有很好的机械、热学、热力学、电学、热电、磁学、光学、力学、催化、电化学性能。铂具有良好的可锻性和延展性等加工性能。海绵铂或铂粉可以经高温熔炼、铸锭；铂锭可以压成板状、片状，可以拉成不同直径的丝材，满足不同工业需求。例如，纯铂可冷轧成厚为0.0025mm的箔，可以拉制成1mm的丝。
海绵铂是煅烧(NH4)2PtCl6而制得的；铂黑可以用加热含有PtCl2、KOH和乙醇的水溶液而制得的；在水中通过铂电极的电弧放电可以制取胶态铂。所有这些形式的铂都有催化性能，特别是有很强的催化加氢反应的能力。铂可制成碎粒或海绵体，能吸附气体，常温时可吸收超过其
本身体积114倍的氢，温度升高吸附气体的性能更强。
1.2 铂的化学性质
铂抗氧化性很强，在常温下对空气和氧十分稳定，具有优良的抗酸、碱腐蚀的性能，不溶于常见的盐酸、硫酸、硝酸，氢氧化钠、氨水等，甚至在1095的高温下也能保持抗浓硫酸腐蚀的能力。但粉末或海绵铂耐腐蚀性明显下降，在强氧化条件下可以溶于盐酸，例如HCl＋Cl2、HCl＋H2O2等。象钯一样，铂能溶于王水，不过块状的铂溶解得很慢，在空气中加热铂不生成氧化膜，可以制得多种形态的铂。
2.铂的资源与生产[1～2]
2.1 铂的资源
表1 2000-2009年全球铂的供应量/ koz
生产国 | 年 度 | 合计 | 比例 |
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 | koz | /％ | |
南非 俄罗斯 北美 其他 总供应量 | 3800 4100 4450 4630 5010 5115 5295 5070 4515 4530 1100 1300 980 1050 845 890 920 915 805 785 285 360 390 295 385 365 345 325 325 260 105 100 150 225 250 270 270 290 295 345 5290 5860 5970 6200 6490 6640 6830 6600 5940 5920 | 46515 9590 3335 2300 61740 | 75.34 15.53 5.40 3.73 100 |
2.2 铂制品生产原则工艺流程
粗铂的提纯、铂片及铂丝的生产、化合物及配合物的生产原则工艺流程如图1～3所示。
粗铂（95％）
王水溶解
蒸干赶硝
溶解
过滤
滤液 滤饼
NH4Cl沉淀
过滤
滤饼 滤液
铂铵盐 置换
煅烧 过滤
海绵铂 滤液 滤饼
99.99％ （弃去） 转置换
图1 粗铂的提纯原则工艺流程
纯海绵铂或铂粉
熔炼
铸锭
铂锭
铂板 轧片 铂片
拉丝
铂丝
图2 铂锭、铂板、铂片及铂丝生产原则工艺流程
铂粉或海绵铂
王水溶解
赶硝
氯铂酸
合成
其他化合物、配合物及抗癌药物
图3 铂化合物、配合物及抗癌药物生产原则工艺流程
3.铂的主要应用领域[2～3]
从20世纪中叶以后，随着因第三次技术革命所带来的科学技术和世界经济的高速发展，铂工业也在世界范围内实现了它的繁荣和快速发展，各种物理形态和化学形态的铂材料迅速地渗透到国民经济、国防建设和高新技术的各个领域，获得了广泛的应用。在许多应用中，铂材料因其高可靠性、高稳定性、不可代替性和可再生循环使用的特性而成为关键材料。表2列出了铂的各种材料在各工业领域中的主要应用。
在现代工业中，铂的主要应用领域涉及汽车工业、化学工业、电气和电子工业、玻璃制造工业、石油化工工业、首饰制造和投资产业，如表2所示。在汽车工业中，铂主要用作尾气净化催化剂、点火火花塞和氧传感器等。在无机化工工业中，铂合金催化剂用于制造硝酸和氢氰酸。硝酸是制造化肥和的主要原料，对于农业发展和国防建设有重要意义。在石油化工工业中，铂催化剂用于石油重整和精炼，生产高辛烷值高级汽油和石油化工产品。在电气和电子工业中使用实体、薄膜、涂层、纳米材料等各种形态的铂材料，制备各种高精密、高可靠电子仪器和仪表装置，广泛用于军事装备、国防建设、航空航天事业等。
表2 铂的各种材料在工业领域中的主要应用[3]
工业领域 | 铂材料或元器件 | 代表性铂材料 | 加工铂材料所用铂原材料的形态 | 制备产物和应用特性 |
冶金工业 | 测温材料、容器、坩埚等 | Pt温度计和热电偶、Pt合金等 | 铂丝、铂板 | 过程监控，物料分析 |
无机化工 | 催化剂、催化网 | Pt - Rh、Pt - Pd - Rh等合金催化剂 | 铂化合物、铂丝 | 硝酸、氢氰酸、化肥等 |
有机化工 | 催化剂 | Pt均相和非均相催化剂 | 铂化合物 | 有机合成、不对称催化反应等 |
石油化工 | 催化剂 | Pt/Al2O3、Pt-Re/Al2O3，催化剂等 | 铂化合物 | 石油化工、硅酮工业产品 |
氯-碱工业 | 电解电极 | 镀Pt/Ti阳极、Pt-Ir电极等 | 铂化合物、铂片 | 氢氧化钠、氢氧化钾生产 |
玻璃工业 | 坩埚、漏板、搅拌器等 | Pt、弥散强化Pt、Pt合金、Pt涂层 | 铂板、铂丝、铂粉 | 光学玻璃与纤维制造 |
晶体生产 | 坩埚 | Pt、弥散强化Pt、Pt-Rh合金 | 铂片 | 生产铁氧体、钽酸锂等晶体 |
化学纤维 | 喷丝头 | Pt-Au、Pt –Rh、Pt-Au-Rh合金 | 铂锭 | 生产尼龙、丙烯酸系化学纤维 |
能源工业 | 催化剂、催化电极 | Pt、Pt合金电极或载体催化剂 | 铂粉、海绵铂、铂化合物 | 石油重整、燃料电池、氢能等 |
汽车工业 | 催化剂、火花塞、传感器 | 三效催化剂、Pt合金与Pt涂层 | 铂化合物、铂丝 | 尾气净化、点火装置、氧传感器 |
环境保护 | 催化剂 | Pt/载体催化剂、Pt/半导体催化剂等 | 铂化合物 | 治理温室气体、酸雨、废气污水 |
电气工业 | 各种精密Pt合金 | Pt合金与金属间化合物等日本汽车工业协会 | 铂化合物 | 制造各种精密电气仪表等 |
电子工业 | 薄膜电路、电子浆料等 | Pt薄膜、Pt硅化物、Pt电子浆料等 | 铂化合物、铂粉 | 制造微电子装置和光电子装置 |
信息产业 | 磁性和磁-光存储器件 | Co/Pt、Cr/Pt、Co/Cr/Pt多层膜等 | 铂化合物 | 计算机用磁光存储和光电装置 |
航空航天 | 仪表材料、保护涂层等 | 精密Pt合金、铂-铝化物涂层等 | 铂化合物 | 精密仪表、保护涂层、核包覆 |
航海 | 仪表材料、阴极保护电极 | 精密Pt合金、镀Pt电极、Pt涂层 | 铂丝、铂化合物 | 精密仪表、舰艇船舶阴极保护 |
医药工业 | 抗癌药物、抑制烟草疾病 | 顺铂、卡铂、奥沙利铂等 | 铂化合物 | 肺癌、胃癌等恶性肿瘤 |
医用 | 牙科材料、置入材料 | Pt、Pt - Ir等合金 | 铂锭、铂丝 | 牙科与神经修复、心脏起搏器 |
饰品、投资 | 铂锭、首饰、饰品、铂币 | Pt和Pt合金 | 铂锭、铂条 | 装饰与投资产品、藏铂于民 |
3.1 汽车工业[1～2]
在铂的应用需求中汽车催化剂对铂的需求量增长最快。自2003年以后，它的需求量已 超过首饰工业对铂的需求量，成为对铂需求量最高和增长最快的冠军产业，它在全球铂总需 求量中的比例也从2000年的25％增加到2007年的38.81％。但由于金融危机的原因，在2009 年它失去了“冠军”的桂冠（见表3）。
表3 2000-2009年全球各产业部门对铂需求量/koz及其在铂的全球总需求量中的比例/％
年份 | 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 |
汽车 | 1420 1990 2025 2625 2800 3025 3045 3210 2525 1400 25.00 31.94 31.30 40.20 42.81 37.98 38.59 38.81 31.60 19.89 |
工业 | 1115 1095 1032 910 1065 1215 1340 1350 1185 700 19.63 17.58 15.95 13.94 16.28 15.25 16.98 16.32 14.83 9.94 |
首饰 | 2830 2590 2820 2510 2160 2465 2195 2110 2060 3010 49.82 41.57 43.59 38.44 33.03 30.95 27.82 25.51 25.78 42.76 |
投资 | -60 90 80 15 45 15 -40 170 555 660 -1.06 1.44 1.24 0.23 0.69 0.19 -0.51 2.06 6.95 9.38 |
全球 | 5680 6230 6470 6530 6540 7965 7890 8270 7990 7040 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 |
注：汽车工业对铂的需求是扣除从失效催化剂回收的金属后的净需求。工业对铂的需求是指化学工业、电子工业、玻璃工业、石化工业的总和，未包括其他工业的需求。
3.2 首饰业[2～3]
在现代社会，贵金属饰品得到空前发展，各类贵金属饰品已成为人类生活与文明的组成部分之一。黄金、白银和铂的主要应用领域仍是首饰业。近年在全球范围内，每年用于首饰业的黄金量约达3200 t，白银量约为8000-8900 t，分别占全球制造业黄金年总用量的80％和银年总用量约32％。表4列出了2000-2009年全球铂首饰品销售量的演变趋势。首饰制造历来是铂的最大用户。2000年全球销售铂首饰品量为2830koz，占当年全球铂总需求量(5680koz)的49.82％。2002年后铂价格一路高升对铂首饰品的销售产生了负面影响，使全球铂首饰品销售量连续下降，2006-2008年铂首饰销售量占当年全球铂总需求量的比例降低到27.82％、25.51％和25.78％，2008年达到2060koz的最低销售量，比2000年最高销售水平降低37.38％。从表3可见，自2003年后，首饰工业用铂量的比例已低于汽车工业。铂首饰业的后退一方面归因于多年铂金属价格持续升高，另一方面也由于旧铂首饰回收和再循环使用减少了首饰工业用铂的净增长。例如，2008年，全世界铂首饰再循环量达到695 koz以上。一场
金融危机使铂的价格明显回落，这反而促使了铂饰品销售量大幅上升，使2009年的首饰用铂量升高到3010koz，比上年增长46.12％，创历史新高，其中以中国的贡献最大（见表4）。
表4 2000-2009年全球各地区铂首饰需求量/koz
年份 | 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 |
日本 | 1060 750 780 660 560 670 585 540 530 535 |
欧洲 | 190 170 160 190 195 195 200 200 205 185 |
北美 | 380 280 310 310 290 285 270 225 200 135 |
中国 | 1100 1300 1480 1200 1010 1205 1060 1070 1060 2080 38.87 50.19 52.48 47.81 46.76 48.88 48.29 50.71 51.46 69.10 |
其他 | 100 90 90 150 105 110 80 75 65 75 |
总量 | 2830 2590 2820 2510 2160 2465 2195 2110 2060 3010 |
注：“中国”一行中的百分数是中国铂首饰销售量在全球首饰销售总量中的比例。
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