پلاتین را بشناسید

معرفی پلاتین:

پلاتین فلزی گرانبها با عدد اتمی 78 و جرم اتمی u 195.084 است. این فلز در حالت جامد و به رنگ سفید درخشان در طبیعت یافت می‌شود و بسیار متراکم، رسانا و شکل پذیر است. پلاتین از کمیاب ترین فلزات در پوسته زمین است و غلظت آن تقریبا به ppm 0.005 می‌رسد. آفریقای جنوبی، روسیه و کانادا بزرگترین تامین کنندگان پلاتین در جهان هستند. این فلز به دلیل واکنش پذیری بسیار کم، حتی در محیط های بسیار داغ مقاومت بسیار بالایی نسبت به خوردگی از خود نشان می‌دهد، به همین دلیل در ساخت و پوشش‌دهی ابزارهای مختلف مانند نواع ابزارهای آزمایشگاهی، اتصال‌های الکتریکی، الکترودها، تجهیزات پزشکی و دندان پزشکی، دستگاه‌های حرارت سنج، قطعات مورد استفاده در صنایع نظامی و هوافضا و ساخت دستگاه های مقاوم به خوردگی استفاده می‌شود. علاوه بر این ویژگی‌ها، پلاتین دارای خاصیت کاتالیزوری و جذب هیدروژن است که آن را در ساخت مبدل‌های کاتالیستی و استفاده در صنایع پالایش، پتروشیمی و خودروسازی مناسب کرده است. بیشترین استفاده پلاتین به عنوان کاتالیزور در ساخت مبدل‌های کاتالیست کاهنده‌ی آلودگی هوا است که گازهای سمی تولید شده از احتراق سوخت مانند مونوکسید کربن، هیدروکربن‌های نسوخته و اکسیدهای نیتروژن را به مواد کم خطر تر مانند بخار آب و دی اکسید کربن تبدیل می کنند.

تاریخچه استفاده انسان از پلاتین:

پلاتین اولین عنصر شناخته شده از فلزات گروه پلاتین است و وجود آن در آمریکای جنوبی در سال 1557 توسط ژولیوس سزار اسکالیگر گزارش شد. او پلاتین را اینگونه توصیف کرده بود: «فلزی که نه آتش و نه هیچ ابزاری قادر به ذوب کردن آن نیست». این توصیف اشاره به نقطه ذوب بالای این فلز دارد. این اولین اشاره مشخص به فلز پلاتین بود. اما آیا واقعا این اولین تاریخ استفاده از فلز پلاتین است؟

نخستین مورد شناخته‌شده از کاربرد پلاتین در تاریخ بشر به بومیان کشور اکوادور کنونی برمی‌گردد که این فلز را از شن‌های رودخانه به دست می‌آوردند و برای ساخت زیورآلات استفاده می‌کردند. همچنین پیش از آن رومیان و یونانیان باستان از ماده‌ای به نام الکتروم استفاده می‌کردند که عده‌ای معتقدند همان پلاتین است و دیگران اعتقاد دارند که آلیاژی از طلا و نقره بوده است و مصریان آن را ساخته‌اند. همچنین یک جعبه ساخته شده از پلاتین در قرن هفتم میلادی یافت شده است.

پس از اسکالیگر در سال 1748 محققی به نام دون آنتونیو در کتاب خود درباره معادن متروکه پلاتین در منطقه چوکو نوشت و اولین کسی بود که دریافت این فلز نقطه ذوب بالایی دارد و استخراج آن از سنگ معدن بسیار مشکل است.

دو سال بعد در نوامبر 1750، واتسن و براونریگ یک شبه فلز به نام پلاتینادل پینتو را گزارش کردند و در سال 1752 شفر شیمیدان سوئیسی، گزارشات جامعی از پلاتین ارائه داد. پس از آن در سال 1772 فون زیکینگن قابلیت حل شدن پلاتین در تیزاب را آزمود و برای اولین بار روش رسوب گذاری پلاتین از محلول حاوی آمونیوم کلرید را مورد استفاده قرار داد.

دومین پژوهش جالب درباره پلاتین مربوط به شابانئان است. او اولین کسی بود که دریافت آزمایشات از معادن مختلف پلاتین نتایج متفاوتی به دست می‌دهند. این نتایج زمینه‌ی کشف شش عنصر مختلف گروه پلاتین (پلاتین، پالادیوم، رودیوم، روتنیوم، ایریدیوم، اسمیم) را فراهم کرد.

کاربردهای پلاتین:

کاربردهای تزئینی

ساخت و پوشش‌دهی جواهرات زینتی و ظروف، بهبود ظاهر قطعات در کاربردهای مختلف

پزشکی و دندان پزشکی

پوشش‌دهی ابزار پزشکی، استفاده در ایمپلنت‌های دندان پزشکی، اندام‌های مصنوعی و دستگاه‌های قابل کاشت در بدن. داروهای حاوی پلاتین برای درمان طیف گسترده ای از سرطان ها استفاده می شود.

ساخت ابزار صنعتی

پلاتین به عنوان یک عامل آلیاژی برای ساخت محصولات فلزی مختلف از جمله ظروف آزمایشگاهی غیر خورنده و مقاوم در برابر حرارت مانند بوته‌های آزمایشگاهی مقاوم و دستگاه‌های حرارت سنج و ترموکوپل هاکاربرد دارد. آلیاژ پلاتین-کبالت، آلیاژی از تقریباً سه قسمت پلاتین و یک قسمت کبالت، برای ساخت آهنرباهای دائمی نسبتاً قوی استفاده می شود.

کاربردهای تولید انرژی

پلاتین به عنوان یک کاتالیزور در ساخت سلول‌های سوختی هیدروژنی استفاده می شود. حضور فلز پلاتین باعث می شود واکنش‌های هیدروژن و اکسیژن با سرعت بهینه ای انجام شوند. همچنین در ساخت سلول‌های خورشیدی بسیار پرکاربرد است.

کاربرد در صنایع هوافضا

پوشش‌دهی پره توربین‌های گازی، ساخت قطعات مقاوم در برابر خوردگی داغ

استفاده به عنوان کاتالیزور

پلاتین سیاه رایج ترین نوع پلاتین در استفاده به عنوان کاتالیزور در واکنش های شیمیایی است. اولین استفاده از پودر پلاتین به عنوان کاتالیزور برای اشتعال هیدروژن گزارش شده است. مهمترین کاربرد این فلز در خودروها به عنوان مبدل کاتالیزوری است که باعث احتراق کامل هیدروکربن های نسوخته و تبدیل آنها به دی اکسید کربن و بخار آب می شود. پلاتین همچنین در صنعت نفت به عنوان یک کاتالیزور در تبدیل نفت به بنزین با اکتان بالاتر کاربرد دارد. پلاتین تجزیه پراکسید هیدروژن به آب و اکسیژن را به شدت کاتالیز می کند و از آن در سلول های سوختی برای کاهش اکسیژن استفاده می شود.

ساخت و پوشش دهی انواع الکترودها

فلز پلاتین در انواع واکنش های شیمیایی بی اثر است به همین دلیل از این فلز در ساخت الکترودهای پلاتین یا آبکاری شده با پلاتین برای انجام آبکاری غوطه وری و آبکاری قلمی، الکتروپولیش، الکترولیز، هیدرولیز، سنتز الکتروشیمیایی، الکترووینینگ و تصفیه آب استفاده می شود. علاوه بر این الکترودهای پلاتینی در سیستم حفاظت کاتدی کشتی‌ها، خطوط لوله و پایه‌های فولادی کاربرد دارد.

استفاده در قطعات الکترونیکی و اتصالات الکتریکی

پوشش‌دهی قطعات الکترونیکی، استفاده در ترموکوپل‌ها، سنسورهای حرارتی و نیمه رساناها

استفاده به عنوان استاندارد

از سال 1889 تا 1960، طول یک میله آلیاژ پلاتین-ایریدیم به عنوان نمونه اولیه بین المللی واحد متر برای اندازه گیری طول شناخته می شد و تا سال 2019، استوانه ای از همین آلیاژ به عنوان واحد کیلوگرم برای اندازه گیری جرم تعریف می شد.

همچنین دماسنج استاندارد مقاومتی پلاتین یکی از چهار نوع دماسنجی است که برای تعریف مقیاس بین المللی دما از سال 1990، برای اندازه گیری دما استفاده می شود. در این دماسنج سیم مقاومت از پلاتین خالص ساخته شده است.

قیمت گذاری پلاتین:

فلز پلاتین یکی از کمیاب‌ترین و در حین حال پرتقاضا ترین فلز از فلزات گروه پلاتین در جهان است علاوه بر این به دلیل نقطه ذوب بالای این فلز استخراج آن از سنگ معدن بسیار دشوار و هزینه‌بر است. از این رو در بازارهای جهانی قیمت بالایی دارد و با توجه به افزایش توجه به فلزات گرانبها در بازارهای جهانی و کاربردهای وسیع آن در صنایع مختلف، با نوسان قیمت زیادی عرضه می شود و نمی توان قیمت ثابتی برای آن گزارش داد.

در سایت های معتبر قیمت گذاری فلزات گرانبها، قیمت پلاتین معمولاً به صورت اونس «ounce» و به دلار یا یورو گزارش می‌شود و برای دستیابی به قیمت تومانی آن لازم است از نرخ ارز مطلع باشید. واحد اونس در دستگاه های مختلف مانند یکاهای انگلیسی، یکاهای سلطنتی و دستگاه یکاهای استاندارد مقدار های متفاوتی دارد. در سیستم بین‌المللی اونس برابر با یک ‌شانزدهم پوند یا ۴۰۰ ارزن است که در دستگاه متریک برابر با ۲۸٫۳۴۹۵۲۳۱۲۵ گرم می‌شود.

 همچنین، برای اندازه‌گیری وزن فلزات گران‌بها (طلا، نقره و فلزات گروه پلاتین) از اونس بین‌المللی تروا استفاده می‌شود که معادل ۳۱٫۱۰۳۴۷۶۸ گرم است. اصطلاح «یک اونس پلاتین» به‌معنی شمش یا ساچمه ای از جنس پلاتین با خلوص 99/99 درصد و با وزن یک اونس تروا است.

فرایندهای تولید و استخراج پلاتین:

استخراج پلاتین از سنگ معدن طبیعی آن و منابع ثانویه مانند کاتالیست‌ها و قطعات الکترونیکی مستعمل، حمام‌های آبکاری استفاده شده، محلول‌های حاوی فلزات گرانبها وخاک‌های بازیافتی انجام می‌شود. آفریقای جنوبی و روسیه به عنوان تامین کنندگان اصلی معدن پلاتین شناخته شده‌اند. اما در اغلب کشورهای مصرف کننده، بازیافت این فلز از منابع ثانویه حائز اهمیت است. غلظت پلاتین در منابع ثانویه بیشتر از سنگ معدن طبیعی آن است. پلاتین از سنگ معدن طبیعی به 18،860 تا 254،860 مگاژول انرژی به ازای هر کیلوگرم فلز و 100،000 تا 1،200،000 متر مکعب آب در هر تن فلز استخراج شده نیاز دارد، در حالی که پلاتین بازیافتی به 1400 تا 3400 مگاژول انرژی برای هر کیلوگرم فلز و 3000 تا 6000 متر مکعب آب برای هر تن فلز نیاز دارد. بنابراین بازیابی پلاتین از منابع ثانویه آن از نظر هزینه، انرژی و استانداردهای زیست محیطی بسیار مقرون به صرفه‌تر است.

برای استخراج فلزات گرانبها از منابع ثانویه آن از روش‌های پیرومتالورژی و هیدرومتالورژی استفاده می‌شود. روش های استخراج پیشرفته نه تنها بر حداکثر بازیابی فلزات بلکه بر استفاده از انرژی های تجدیدپذیر، تولید زباله کمتر و مواد شیمیایی کم خطرتر تمرکز دارند.

فرآیند پیرومتالورژیکی برای بازیابی پلاتین از قطعات مصرف شده شامل سه روش ذوب، تبخیر و تف جوشی است. در این روش قطعات پس از خرد شدن در دمای بالاتر از 1000 درجه سانتی گراد ذوب می‌شوند تا به مایعات با ویسکوزیته کم تبدیل شود. پس از فرآیند ذوب، فلز تبخیر و خالص می‌شود. در تف جوشی با کمک پلاسما مقدار اکسید ترکیبات پلاتین در دماهای بالاتر از 1200 درجه سانتی گراد کاهش می یابد.

در فرآیند هیدرومتالورژی انرژی کمتری مصرف می شود، خلوص فلزات به دست آمده بالاتر، دمای فرآیند پایین تر و کنترل شرایط آسان تر است و گازهای سمی کمتری تولید می شود. در فرآیند هیدرومتالورژی پس از مرحله لیچینگ اسیدی، از حلال های آمین برای استخراج انتخابی و خالص سازی فلزات گروه پلاتین استفاده می‌شود. در مقیاس آزمایشگاهی، فلزات گرانبها با روش‌های رسوب گذاری، جذب، تبادل یونی و استخراج با حلال از محلول‌های لیچینگ جدا می‌شوند. امروزه علاوه بر فرایندهای لیچینگ اسیدی روش‌های دیگری مانند لیچینگ ماکروویو و لیچینگ زیستی پیشنهاد شده است که از نظر زیست محیطی کم خطر تر است اما بازده پایینی دارند.

خواص:

عدد اتمی	78
عدد جرمی	195.084 Ar
دمای ذوب	1768.3 °C
دمای جوش	3825 °C
چگالی	21.45 gr/cm3
رنگ	سفید درخشان
حالت استاندارد	جامد