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首先早日要记得贵金属高温材料的强化
Pt在高温氧化环境中作为结构材料具有熔点高、抗腐蚀性强、高温延展性好、成形性和可焊性好以及可完全再循环使用等优点。然而纯Pt在高温下晶粒严重长大,高温强度和抗蠕变等性能下降,在承受高温应力的使用条件下,必须对纯Pt进行强化。多年来,许多学者对Pt的强化理论和机制进行了长期的研究,开发了固溶强化、形变强化、晶界强化、第二相强化、金属间化合物强化等技术,形成了多种强化铂材料。
1.固溶强化型铂基合金
在高温条件下,Ru、Ir、Rh具有比Pt、Pd更高的抗拉强度,尤其是Ir的高温持久强度和蠕变断裂强度远高于Pt-Rh基合金,使Ru、Ir、Rh、Pd等铂族金属成为主要的固溶强化元素,其中Ru、Ir的固溶强化作用最大,Rh次之,Pd的作用最小。目前研究最多的铂基固溶体合金主要有Pt-Rh,Pt-Ir,Pt-Ru、Pt-Ni、Pt-W等二元合金,Pt-Pd-Rh,Pt-Rh-Ru等三元合金。铂族金属高温合金最重要的性能是抗高温蠕变特性,从强化机理而言,凡能降低合金堆垛层错能的合金元素均可减小铂族高温合金的高温蠕变速率。实际工业应用中,不仅要求基体元素具有好的高温力学性能和热学稳定性,也要求溶质元素具有良好的高温稳定性。Pt-Rh合金性能最稳定,应用也最广泛,如Pt-5Rh、Pt-7Rh、Pt-lORh、Pt-20Rh、Pt-25Rh、Pt-3ORh和Pt-40Rh合金。综合考量各种牌号合金的性能,工业应用1500Y以下高温氧化环境中,Pt-Rh基合金仍是高温结构材料的首选,并可添加铱量Zr、Hf或稀土等元素进一步强化。Pt-Ir合金的高温稳定性次于Pt-Rh合金,但其高温持久强度、蠕变寿命和蠕变速率均优于Pt-Rh合金,在中性或还原性气氛中或在更高温度的短时应用中,也可以作为备选材料。
但是,加入固溶强化元素后存在室温下延展性较低及密度太高(如Ir)、抗高温氧化能力较差(如Ru)、资源有限且价格昂贵(如Rh)等缺点,限制了Ru、Ir、Rh金属在铂基固溶合金中的应用。研究发现,原子半径与溶剂Pt相差较大的元素如Zr、Hf等,或溶质熔点较高的元素如Re、W、Mo等,都对Pt有很高的固溶强化作用,它们能细化合金晶粒、升高再晶界温度、提高合金的持久强度,降低蠕变速率。这是因为Zr、Hf和稀土元素不仅有高的固溶强化效应,且在高温氧化气氛中Zr、Hf、Y等组元因内氧化生成的氧化物沿着晶界析出,阻碍位错攀移。上述铂基合金的高温固溶强化机制也适于铱基和铑基固溶体合金。为了满足高温、长时间及极端恶劣环境的使用条件,现有固溶强化铂族金属材料的性能还有
待进一步提咼。
2.沉淀强化型铂族金属材料
基于y/矿型沉淀强化镍基超合金的成功经验,近年来人们致力于寻求具有类似结构特征但具有更高熔点的新一代合金。铂族金属具有比Ni更高的熔点、更强的高温抗氧化及耐腐蚀性能,铂族金属(如Pt、Ir、Rh)能与Al及过渡金属(如Zr、Hf、Ti、Cr、Nb、Ta等)形成fee(稳定结晶相)结构的固溶体和Ll?型有序金属间化合物Pt3X(X为A1或过渡金属,LL相亦称矿相)。fee结构固溶体与矿相形成理想的高温强化共格结构,这与Ni基高温合金的组织特征基本一致。铂族金属基体及矿相均具有更高的熔点或分解温度,因此,铂族金属基高温合金是一种可在传统Ni基高温合金所不及的更高温度(1200Y以上)和更严酷环境条件下使用的很有潜力的新一代高温合金材料。对于这种与Ni基高温合金组织特征基本一致的“铂族金属基高温合金”的研究仅有十余年的历史,日本、南非、德国和英国等开展研究较早。1997年后,日本国立材料科学研究院先后对Ir-M及Rh-M(M为过渡金属)二元系、Ir-Hf_Zr三元系和Ir-Nb-Ni-Al四元系进行了研究。结果表明,以上合金系中均形成了fee基体与LI?型化合物相共格结构的组织。Ir基合金在1200Y的高温强度是Ni基高温合金的16倍,共格结构起到了明显的强化效果。Hill等人对Pt-Al,Pt-Hf及Pt-Zr合金进行了研究,发现Pt固溶体均能与LI?结构有序相平衡存在。2005年以后,研究重点集中到以Pt3Al为主要强化相的Pt基高温合金上,合金体系从Pt-Al-Cr等三元系扩展到Pt-Al-Cr-Ni等四元系。研究发现,在Pt-Al系中添加过渡金属元素的合金具有更高的高温强度和热稳定性,多元合金化可提高Y’析出相的强化效果,即提高热稳定性及基体的固溶强化作用和合金的综合性能。平?泽贵金属精炼回收图表-1显示了Pt-10Al-4Cr和Pt-10Al-4Ru(成分均为原子百分比,下同)合金的高温压缩屈服强度和等温氧化行为,并与传统的Ni基和Fe基超合金进行了对比。可以看出,二种Pt-Al基合金具有更好的抗氧化性能,y/矿强化的Pt-10Al-4Ru在1200龙时的压缩屈服强度高于Ni基和Fe基超合金。与Ir或Rh相比,Pt具有更多的资源优势、优良的高温抗氧化性和加工性能。虽然国内外对该类铂基高温超合金的研究起步较晚,但Pt-Al-M(M为过渡金属)体系的Pt基高温合金已成为发展该类合金的主要研究方向,有很强的吸引力和实用价值。
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首先得了解在酸性介质中加压浸出时,铂族金属溶解进入溶液的量和众多因素有关,最主要的是:
(1)氧分压增大时,铂、把、锇溶解率增加;镌、犠、钌显著增加。
(2)最终酸度增大时,镍、铜、铁浸岀率相应增大,铂族金属的溶解率也增大,特别是钯、钌增加显著。二氯化铂实拍照片
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第二步提到铂族其他元素
1.钯(Palladium)
钯金主要用作贵金属的合金材料。密度为12.16g/m3,熔点为1554二,硬度比铂稍高;化学性质极为稳定,只溶于王水和硝酸。
1803年由英国化学家沃拉斯顿在分离铂金时发现钯金,从此钯开始拥有了属于自己的姓名Palladium。这个名字来源于1802年新发现的太阳小行星Pal-las-Athena。那是颗纪念古希腊神话中智慧与工艺女神——雅典娜的行星。钯金与铂金相似具有绝佳的特性,常态下在空气中不会氧化和失去光泽,是一种异常珍贵的贵金属资源。
钯金与铂金、黄金、银同为国际贵金属现货、期货的交易品种,且历史上曾一度比铂金价格还高。钯金是一种不可再生的稀缺资源,随着不断的开采和市场需求的提高其未来价值还将逐渐体现出来。
钯金是世界上最稀有的贵金属之一,地壳中的含量约为1/1X109,比黄金要稀少很多。世界上只有俄罗斯和南非等少数国家出产,每年总产量不到黄金的5%。,比铂金还稀有。2008年,铂金的世界总产量与铂金相近,不及黄金总产量的8%。钯金异常坚韧紐金制成的首饰(图不仅具有铂金般自然天成的迷人光彩而且经得住岁月的磨砺历久如新。钯金几乎没有杂质纟屯度极高闪耀着洁白的光芒。钯金的纯度还十分适合肌肤不会造成皮肤过敏。
钯除了制作首饰外还主要用于生产汽车催化剂、电子及牙科医疗器具等方面。近年来,钯金在解决了生产技术后,还开发了以钯为材料的名贵腕表,并已推向国际奢侈品市场,售价每只折合人民币为几十万元乃至上百万元。
2.铑(Rhodium)
铑因为坚硬耐磨的特性成为白色K金首饰和银首饰的主要电镀材料。在银首饰表面镀铑可以防止银的氧化发黑。铑的密度为12.41g/cm3,熔点为1955°C学性质稳定。
英文名Rh。dium源自希腊语意为“玫瑰”,因为盐的溶液呈现玫瑰的淡红色彩。1803年英国化学家和物理学家沃拉斯顿从粗铂中分离出两种新元素琵和钯。琵在地壳中的含量为1/10×109,常与其他铂系元素一起分散于冲积矿床和砂积矿床中。天然稳定同位素只有103Rh0
可用来制造加氢催化剂、热电偶、钻能合金等,纯银靈铑袖扣也常镀在探照灯和反射镜上,还用来作为宝石的加光抛光剂和电的接触部件。
3.锇(Osmium)
锇为蓝灰色,密度为22.59g/cn)3,熔点为3045°C。它是用来制造超高硬度的合金。鐵同、钌、钺或铂的合金用作电唱机、自来水笔尖及钟表和仪器中的轴承。
1804年,泰纳尔发现并命名了它们。锇曾被命名为Ptenium后来改为。smium(锇)元素符号定为。s。。smium来自希腊文。sme原意是“臭味”。这是由于四氧化鐵。s。’的熔点只有41°C挥发,有恶臭,它的蒸气对人的眼睛特别有害。钱是处于元素周期表中VMB族中能生成8价化合物的两个元素之一。
4.铱(Iridium)
楂呈白色,密度为22.56g/cn?,熔点为2410±40YM衣金是稀有贵重金属是粕和钺的合金稀有程度在铂金之上。其熔点、强度和硬度都很高。颜色为银白色具有强金属光泽,摩氏硬度为7。相对密度为22.40,性脆,但在高温
下可压成箔片或拉成细丝,熔点高,达2454Y。化学性质非常稳定,不溶于水。主要用于制造科学仪器、热电偶、电阻绫等。高硬度的铁徳和飾铂合金,常用来制造笔尖和铂金首饰。由于其极高的熔点和超强的抗腐蚀性,徳在高水平技术领域中得到了广泛的使用如航天、制药和汽车行业。
铀在地壳中的含量为千万分之一,常与铂系元素一起分散于冲积矿床和砂积矿床的各种矿石中。自然界存在两种同位素:191IrJ93Ir。其中一个命名为Irdium元素符号定为h。这一词来自希腊文his原意是“虹”。
5.钌(Ruthenium)
钌呈蓝白色,密度为12.3g/cm3,熔点为2334°C,沸点为4150°C。钌是极好的催化剂用于氢化、异构化、氧化和重整反应中。纯金属钌用途很少。它是铂和钯的有效硬化剂,可用于制造电接触合金,以及硬磨硬质合金等。
钌是铂系元素中在地壳中含量最少的一个,也是铂系元素中最后被发现的一个。它比铂晩发现1。0多年,比其余铂系元素晩40年才被发现。不过,它的名字早在1828年就被提出来了。当时俄国人在乌拉尔发现了铂的矿藏立苔尔图大学化学教授奥桑首先研究了它,认为其中除了铂外还有3个新元素。奥桑把他分离出的新元素样品寄给了贝齐里乌斯(瑞典化学家),贝齐里乌斯认为其中只有Pluranium一个是新金属元素其余的分别是硅石和钛、错以及舗氧化物的混合物。
1844年,俄罗斯喀山大学化学教授克劳斯重新研究了奥桑的分析工作,肯定了粕矿在残渣中确实有一种新金属存在,就用奥桑为纪念他的祖国俄罗斯帝国而命名的Ruthenium命名它元素符号定为Ru。我们译成钌。克劳斯取得新金属钌后也将样品寄给贝齐里乌斯,请求指教。贝齐里乌斯认为它是不纯的钺。可是克劳斯和奥桑不同,没有理睬贝齐里乌斯的意见,敢于向权威挑战,继续进行自己的研究,并且将每次制得的样品连同详细的说明逐一寄给贝齐里乌斯。最后事实迫使贝齐里乌斯在1845年发表文章,承认钌是一个新元素。在俄罗斯帝国,由科学院的几位院士们组成一个专门委员会,审查克劳斯得到的结果确认了他的发现。
铂族元素中的各个元素有着不同的性质,各自的用途也不尽相同。由于铂族元素发现较晩,作为首饰、工艺品以及货币功能远不及黄金和白银。但是铂族金属在现代科学、尖端技术领域得到广泛的应用,被誉为“先驱材料”。由于钌、鐵过于稀少分散,用铂族元素矿物熔炼成金属通常只有钯金、铑金、羰金和铂金4种。纯铂实物图
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编者总结提及铂是二战期间使用的重要战略防御金属,当时不允许用于珠宝。即使在今天,铂金对经济和国防努力如此重要,以至于它被列为“被认为对美国国家安全和经济至关重要”的 35 种矿物之一。
铂及其合金用于珠宝、牙科、化学工业和电气工业。纯铂及其合金用于生产特殊用途的化学仪器、实验室设备(坩埚、蒸发皿、铂丝网和电极)、用于纺制化学纤维和玻璃纤维的纺丝模具以及电触点。大多数汽车催化转化器都含有铂。某些具有顺式的铂化合物构型并可与 DNA 结合是许多对常规化学疗法不易反应的癌症(尤其是睾丸癌、卵巢癌、膀胱癌、前列腺癌和甲状腺癌)的有用治疗剂。曾经总是致命的睾丸癌现在对含铂药物有反应。汽车行业中的铂金占工业用量的 80%。一些复杂的化合物,如顺铂或卡铂,被用作治疗癌症的药物,主要是卵巢癌、睾丸癌、肺癌、膀胱癌和霍奇金病。稀有贵金属样本示例
在回收再生利用二氯化铂交易中的心得感悟
做生意除了需要诚信与正直的品质外,除了需要有经商的头脑和独特的眼光外,更需要有对事业永不放弃的执著与坚守目标的精神,认准了目标绝不言放弃的人才是能成功的生意人。一个人的成功需要有超人的意志和毅力。遇到困难就退缩的人永远成不了大器。会做生意的人被再大的风浪打倒,也会迅速站起来,面对困难、解决困难。
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