铂族金属

bozujinshu铂族金属(卷名：矿冶)platinumgroupmetals　　在元素周期表中属Ⅷ族，根据密度可分为两组：铂(platinum)、铱(iridium)、锇(osmium)、为重铂族;钯(palladium)、铑(rhodium)、钌（ruthenium）为轻铂族。

 bozujinshu

铂

族

金属

(卷名：矿冶)

platinumgroupme

tals

　　在元素周期表中属Ⅷ族，根据

密度

可分为两组：铂(platinum)、

铱

(iridium)、

锇

(osmium)、为重铂族;

钯

(palladium)、

铑

(rhodium)、

钌

（ruthenium）为轻铂族。它们的元素符号、原子序数和原子量见表1。铂族

金

属与金、

银

一起通称为

贵金属

。

　　南美洲的印第安人很早就知道铂。

西班牙

人到南美后，称

自然铂

为“小银”(platina)。使欧洲人知道“小银”的**个人是西班牙人德·乌略阿(D.A.DeUlloa)。此后即参照platina命名铂为platinum。1741年伍德(C.Wood)把“小银”带到欧洲，引起了科学家的兴趣。1803年

英国

人沃拉斯顿(W.H.Wollaston)确立了提纯铂的

工艺

，同时还从铂的

王水

溶液中分离出两个新的元素钯和铑。前者按希腊神话中智慧女神Pallas命名为palladium；后者因为其盐类具有玫瑰红色，以希腊字rhodon(玫瑰)命名为rhodium。1804年英国人坦南特(S.Tennant)从自然铂的王水不溶物中发现了锇和铱。因为锇的四氧化物具有强挥发性并有与氯气相似的刺激味，铱的盐类呈多种色彩，分别以希腊字osme（气味）和iris（虹）命名为osmium和iridium。1844年俄国人克劳斯(&

Kappa

;.κлаус)发现钌，以拉丁文Ruthenia(俄罗斯)命名为ruthenium。

　　资源  早期的铂矿来源于哥伦比亚，现在的主要产地为南非、苏联、加拿大等。南非铂矿一部分是天然的铂

铁合金

，一部分以

硫化物

形式与

铁

、

镍

、

铜

的硫化矿共存；已探明的可采储量约18000吨，总储量达62200吨，

矿石

品位

3～8克／吨。加拿大的铂族金属主要以硫化物和

砷

化物与铜、镍硫化矿伴生。可采储量280吨，总储量497吨，矿

石

品位0.5～0.8克／吨。苏联铂矿有砂矿和共生矿，可采储量6220吨，总储量12440吨，矿石品位8～10克／吨。此外，中国、美国、澳大利亚等均有共生

矿床

。所有矿石中，铂与其他铂族金属总是共存的。铂族中，铂、钯的量*大，二者合计约占铂族总量的90％。其他铑、铱、锇、钌合计仅约占铂族总量的10％。苏联矿石中的钯约占铂族总量的60％，其他国家的矿多以铂为主。

　　性质和用途  铂族金属除锇为蓝灰色金属外，其他均为银白色金属。它们对普通的酸和化学试剂有优良的抗蚀性能。铂不与普通酸作用，但能缓慢地溶解于王水中生成氯铂酸(H2PtCl6)。钯对酸的抗蚀

能力

稍差，能很快地溶解于硝酸中。铱、铑、钌能抗单一的酸和化学试剂的侵蚀，甚至在王水中也很难溶解。

　　铂和铑的抗氧化性很好，在空气中能长期保持

光泽

。在高温下铂和铑与氧气作用生成挥发性的氧化物，增加它的蒸发速度。粉末状的铱在空气或氧气中于600℃时氧化，生成一层氧化铱（IrO2）

薄膜

。这种氧化物在高于1100℃时分解，使金属恢复原有光泽。铱是惟一可以在氧化性气氛中使用到2300℃而不严重损失的金属。钌、锇容易被氧化，在室温下，锇的表面就生成蓝色的氧化膜(OsO2)。四氧化锇(OsO4)和四氧化钌(RuO4)都是挥发性的有毒化合物，能刺激粘膜，侵害皮肤。钯有吸氢和透氢的特性:一定体积的钯常温下能吸收比它本身大900倍甚至2800倍的氢气（见贮氢材料）。铂和钯对气体有很强的

吸附

能力，当

粒度

很细（如铂黑、钯黑）或呈胶态（如胶体铂）时，吸附能力就更强，因此它们具有优良的催化特性(见金属催化剂)。铂族金属为过渡金属，有多个化合价，*稳定的化合价如下：钌为+3;铑为+3;钯为+2，+4；锇为+3，+4；铱为+3，+4；铂为+2，+4。它们有生成络合物的强烈倾向，*常见的是生成配位数4或6的络合物。总之，它们的化学性质很复杂。

　　纯铂和钯有良好的

延展性

，不经中间

退火

的冷塑性变形量可达到90％以上，能加工成微米级的细丝和箔。铑和铱的高温

强度

很好，但冷塑性加工性能稍差。用粉末

冶金

方法制得的金属钌在1150～1500℃时才能进行少量塑性加工，而锇即使在高温下也几乎不能进行塑性加工。

　　提取和富集  砂铂矿或含铂族金属的

砂金矿

用

重选

法富集可得

精矿

，铂或锇、铱的含量能达70％～90％，可直接精炼。

　　砂铂矿资源日渐减少，且因近代有色金属工业发展，50年代以来铂族金属主要从铜镍硫化共生矿中提取，小部分从炼铜

副产品

中提取。铜镍硫化共生矿在火法冶金时，精矿中所含的铂族金属90％以上可富集于铜镍冰铜（

锍

）中。再经

转炉

吹炼富集成高冰镍后，缓冷、

研磨

、浮悬和

磁选

分离，得含铂族金属的铜

镍合金

。把这种

合金

硫化

熔炼

，细磨

磁

选，以分离铜镍，产出含铂族金属更富的铜镍合金。将此合金铸成阳*，进行电解时，铂族金属进入

阳*泥

。阳*泥经酸处理后，就可得铂族金属精矿。采用

羰基法

从

镍精矿

或铜镍合金制取镍时，铂族留于羰化残渣中，经

硫酸

处理或加压浸出(见

浸取

)其他金属后可得铂族精矿。中国金川有色金属

公司

将含铂族的铜镍合金，再次硫化熔炼和细磨、磁选得到富铂的铜镍合金，用盐

酸浸

出分离镍，用

控制

电位氯化法分离铜，然后提取铂族金属。

　　铂族含量高的高冰镍（如南非的原料），现在直接用氧压下硫酸浸出，或氯化冶金分离其他金属后获得铂族精矿。铂族精矿可直接溶解、分离、提纯，或先将锇、钌氧化挥发分离后，再分离、提纯其他铂族金属（见镍冶炼过程有价金属的回收）。

　　在铜的火法冶金和电解精炼过程中，铂族金属和金银一起进入阳*泥。用此种阳*泥炼出多尔银（含少量金的粗银），铂族金属富集于多尔银中。铂族金属在火法炼

铅

过程中进入粗铅，可用

灰吹法

除铅得多尔银，铂族便富集其中；如果粗铅加

锌

脱银，铂族金属富集于

银锌壳

中，然后脱锌得多尔银。多乐银电解精炼时，为了避免钯损失于电解银中，银阳*的含金量常控制在小于4.5％，同时控制金钯比等于或大于10。若部分钯和少量铂进入硝酸银电解液，可用

活性炭

吸附，或用“

黄药

”选择性

沉淀

加以回收。通常在电解银时，铂族金属富集于银阳*泥中。如铂族金属含量较高，可先用王水溶解阳*泥，然后分别回收；如含量较低，常用硫酸溶解除银，残渣铸成粗金电*，然后电解提金；铂、钯富集于电解母液中，用草酸沉淀金后，用甲酸

钠

沉淀铂和钯加以回收；富集于金阳*泥中的其他铂族金属可再分离。

　　铂族金属再生  铂族金属稀有而贵重，历来重视回收。废催化剂、废

电器

元件、含铂的残破器皿、废

电镀液

、珠宝装饰品厂的

废料

等都可从中回收铂族金属。这些废料含铂量高时可直接分离提纯；含量低时，须先行富集。液体废料可以加廉价金属进行

置换

，或加硫化物使其沉出；也可用电解沉积或

离子

交换法富集。固体废料可用铜或

铅熔炼

捕集回收（见再生有色金属）。

　　分离和提纯  铂族金属的提取和精制

流程

因原料成分、含量的不同而异，典型流程见图。将铂族金属精矿或含铂族金属的阳*泥用王水溶解，钯、铂、金均进入溶液。用盐酸处理以破坏亚硝酰化合物(赶硝)，然后加硫酸亚铁沉淀出金。加氯化铵，铂呈氯铂酸铵[(NH4)2PtCl6]沉淀出，

煅烧

氯铂酸铵可得含铂99.5％以上的海绵铂。分离铂后的滤液，加入过量的氢氧化铵，再用盐酸酸化，沉淀出二氯二

氨

络亚钯[Pd(NH3)2Cl2]形式的钯，再在氢气中加

热

煅烧可得纯度达99.7％以上的海绵钯。

　　经上述王水处理后的不溶物与

碳

酸钠、

硼砂

、密陀僧（PbO）和

焦炭

共熔，得

贵铅

。用灰吹法除去大部分铅，再用硝酸溶解银和残留的铅，铑、铱、锇、钌富集于残渣中。将此残渣与硫酸氢钠

熔融

，铑转化为可溶性的硫酸盐，用

水浸

出，加氢氧化钠沉出氢氧化铑，再用盐酸溶解，得氯铑酸。溶液提纯后，加入氯化铵，

浓缩

、结晶出氯铑酸铵[(NH4)3RhCl6]。在氢气中煅烧，可得海绵铑。

　　在硫酸氢钠熔融时，铱、锇、钌不反应，仍留于水浸残渣中。将残渣与过氧化钠和苛性钠一起熔融，用水浸出；向浸出液中通入氯气并

蒸馏

，钌和锇以氧化物形式蒸出。用

乙醇

-盐酸溶液吸收，将吸收液再加热蒸馏，并用

碱液

吸收得锇酸钠。在吸收液中加氯化铵，则锇以铵盐形式沉淀，在氢气中煅烧，可得锇粉。在蒸出锇的残液中加氯化铵，可得钌的铵盐，再在氢气中煅烧，可得钌粉。

　　浸出钌和锇后的残渣主要为氧化铱(IrO2)，用王水溶解，加氯化铵沉出粗氯铱酸铵[(NH4)2I

rcl

6]，经精制，在氢气中煅烧，可得铱粉。

　　将铂族金属粉末用粉末冶金法或通过高频感应电炉

熔化

可制得金属锭。

　　近年来，用溶剂萃取法分离提纯铂族金属的工艺得到应用，常用的

萃取剂

有磷酸三丁酯(TBP)、三烷基氧膦(TRPO)、二丁基卡必醇(DBC)、烷基亚砜等。

　　制取高纯铂族金属  一般将金属溶解后，经反复提纯，精制方法有载体氧化水解、离子交换、溶剂萃取和重复沉淀等，然后再以铵盐沉出，经煅烧可得相应的高

纯金属

。

　　用途  铂族金属和合金有很多重要的工业用途。过去主要是制造蒸馏釜以浓缩铅室法制得稀硫酸，也曾用铂

铱合金

制造

标准

的米尺和砝码。在19世纪中叶，俄国曾制造铂铱合

金币

在市场上流通。早年在照相术上采用“铂黑印片术”，大量使用铂盐，印出的照片美观而持久，现在一般已不用此法。

　　目前，铂族金属及其合金的主要用途为制造催化剂。其活性、稳定性和选择性都好，化学工业上的很多过程（如炼油工业中的铂重整工艺）都使用铂族催化剂。氨氧化制硝酸时，使用铂

铑合金

网作催化剂。近年来又在铂铑网下增加金钯捕集网以减少铂、铑的损失。钯是化学工业中加氢的催化剂。此外消除

汽车

排气污染的催化剂用量

增长*

快。在美国用于汽车排气净化的铂，1978年为60万金衡

盎司

（1金衡盎司＝31.1035克），占总

消费量

的51.3％，1979年为66万金衡盎司，占66％。

　　铂铑合金对熔融的

玻璃

具有特别的抗蚀性，可用于制造

生产

玻璃纤维的

坩埚

。生产优质光学玻璃时，为防止熔融的玻璃被玷污，也必须使用铂制坩埚和器皿。1968年国际实用温标规定，在630.74～1064.43℃

范

围内的测温标准仪器是Pt－10Rh／Pt

热电偶

。用于测量13.81～903.89K温域的标准仪器是

铂电阻

温度计

，其

电阻

器必须是无应变退火后的纯铂丝，100℃时的电阻比(R100/R0)应大于1.39250。

　　铂铱、铂铑、铂

钯合金

有很高的抗电弧

烧损

能力，被用作电接点合金，这是铂的主要用途之一。铂铱合金和铂钌合金用于制造航空发

动机

的火花塞接点。

　　由于铂的化学性质稳定，纯铂、铂铑合金或铂铱合金制造的实验室器皿如坩埚、电*、

电阻丝

等是化学实验室的必备物。铂

钴合金

是一种可加工的磁能积（即

电磁

能密度）高的硬磁材料。铂和

铂合金

广泛用于制造各种首饰特别是镶

钻石

的戒指、表壳和饰针。铂或钯的合金也可作牙科材料。

　　铂、钯和铑可作

电镀

层，常用于电子工业和首饰加工中。银和铂表面镀铑，可增强表面的光泽和耐磨性。近年来涂钌和铂的

钛

阳*代替了

电解槽

中的

石墨

阳*，提高了电解效率，并延长电*寿命，是氯碱工业中一项重要的技术改进，为钌在工业上使用开辟了新途径。锇铱合金可制造笔尖和唱针。钯合金还用于制造氢气净化材料和高温

钎焊

焊料

等。在化学工业中还使用包铂设备。

产量

和

价格

  铂族金属主要生产国的产量见表2。铂族金属价格波动很大，近年来总的趋势是上涨（表3）。在各部门消耗铂和钯的情况，以美国为例，见表4。

　参考书目

　P.A.Wagner，

ThePlatinumDepositsandMinesofSouthAfrica

，C.Struik，Capetown，1973.

　D.McDo

nal&L.B.Hunt，

AHistoryofPlatinumandItsAlliedme

tals

，JohnsonMatthey，London，1982.