Question

镍、铜、铂族元素的性质及主要用途

Answer 1

一、镍的性质及主要用途

镍是一种有色金属，银白色，相对密度8.8～8.9，摩氏硬度5，熔点1452℃，沸点3075℃，延伸率25%～45%，电导率12.9S/m，具有良好的机械强度和延展性。在空气中镍不氧化，加热到700～800℃时仍不氧化，并保持一定强度。镍的抗腐蚀很强，碱和除硝酸外的各种酸对其均不起作用。

镍能与许多金属组成合金，是不锈钢、镍基合金和合金结构钢的主要组成元素。镍的最大使用价值就是在合金中加入镍后，可以在一个广阔的温度范围内增加合金的强度，提高合金的抗疲劳极限，以及增加耐腐蚀性。镍主要用于制造不锈钢，其耗镍量占整个镍消费量的40%以上。用于和其它有色金属炼制各种有色合金的镍消费量占镍总消费量的30%以上。电镀业约消费20%。镍基高温合金是制造燃气涡轮、核反应堆和高速飞行器重要部件的材料，其合金中含镍量在50%以上。因此，镍广泛用于运输业、化学工业、电气设备、建筑业等部门。

二、铜的主要性质及用途

纯铜是一种玫瑰红色的金属，它具有良好的导电性、导热性、延展性及耐腐蚀等特性，它还容易与其它有色金属如锌、铅、镍、锡、钛组合成各种不同特性和色泽的合金。据工业发达国家统计，铜的用量约为钢的用量的1%～2%，主要应用于电子电气工业，以及建筑、机械制造、交通运输、化工及国防等工业。此外，铜的化合物在农业上可作为杀虫剂和除草剂。一般认为，铜的消费量和用途的多少，往往反映一个国家工业化程度的高低。

三、铂族金属的性质及主要用途

铂族元素(PGE)系指元素周期表中第八副族的铂(Pt)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、钌(Ru)、铑(Rh)等6个稀贵金属，我国俗称为白金。这6个元素分成两个元素组，钌、铑、钯称为轻铂系元素，锇、铱、铂称为重铂系元素。铂族元素及金、银等8个元素统称为贵金属。

铂族金属的物理化学性质十分相似。铂族金属具有高熔点、高沸点和低蒸气压，其中锇熔点最高，达3320 K，钯最低，为1827 K，铂族金属都是优良的导热体和导电体，具有稳定的热电性能，它们都呈顺磁性。各个铂族金属的机械加工性能相差较大。铂、钯具有良好的延展性。铱、铑加工比较困难，钌的加工十分困难，锇几乎不能加工。在所有金属元素中，致密的铂族金属具有最好的抗氧化性和耐腐蚀性。它们在常见的单一酸、碱中基本呈惰性，但耐腐蚀程度有所不同，铂、钯溶于王水，而锇、铱、钌、铑不溶于王水。铂族金属在常温下不与氧、硫、氟、氯等反应，对氧的亲和力顺序是：铂＜钯＜铑＜铱＜钌＜锇，其中铱是唯一可在氧化环境中使用到2300℃而不严重损失的金属。铂族金属能吸附多种气体，特别是钯能吸附相当于自身体积2800倍的氢，并有让氢选择性通过的特性。铂族金属是优良的催化剂，其催化活性顺序为：钌＜铑＜钯，锇＜铱＜铂，第二组元素的活性高于前一组元素。铂族矿物主要呈自然元素、金属固溶体、硫化物、碲化物、砷化物或硫盐等形式。

铂族金属以纯金属、精密合金材料、化合物、催化剂、电子浆料形式广泛用于现代工业和国民经济各部门。催化剂是铂族金属最大用途，在石油化工中用于加氢、去氢化、异构化、环化、氧化、裂解、脱羧、脱氨基等反应，以生产各种特殊用途的石油化工产品。全世界每年约生产6000万吨硝酸，几乎都是用铂铑、铂钯角媒网催化制得。用铂催化剂重整几乎生产了全世界汽车和内燃机所需的全部高辛烷值汽油，含铂、铂钯、铂铑的催化剂可以净化汽车和柴油机排放的毒性尾气。铂铑合金可用于生产玻璃纤维坩埚和特种光学玻璃。铂铑合金是最重要的铂族金属材料，主要用于制备测温热电偶和编织催化网。铂铱、铂铑、铂钯合金有很高的抗电弧烧损能力，被用作电接点材料，铂铱合金和铂钌合金用于制造航空发动机的火花塞接点。在氯碱工业中涂钌和铂的钛阳极代替电解槽中的石墨阳极，可提高电流效率。铂和铂合金广泛用于制造各种首饰，还备用于硬通货储备。铂族金属作为一类重要的工业新金属，其应用领域将不断扩大。

石油化学工业应用Pt-Re催化剂 [ Pt-(0.2%～0.5%)Re]作为制造高辛烷值汽油的铂重整装置；美国环球石油产品公司(UOP)开发了连续催化再生(CCR)铂，使用Pt-Sn催化剂；西方国家正在建造的新型反应堆，80%都是使用铂-锡催化剂的连续催化再生反应堆，这些新型反应堆中一部分也使用铂-铼催化剂。这种铂-铼双金属催化剂能用于新型反应堆，而铂-锡催化剂不能用于固定床重整炉(fixed beddreformers)。

铂族金属被称为“现代工业的维他命”，它们的应用和发展在一定程度上反映了一个国家的现代化水平，并将在新的尖端技术领域中起着重要作用。西方国家对铂的需求量及需求结构见表1-1-1。

表1-1-1 西方国家对铂的需求量及需求结构

近10年来，铂和钯的价格已大幅度增加，分别从1992年每盎司350美元和360美元增加至2000年的500美元和550美元。