第8章 铂族金属合金材料及其工艺性能

铂族金属简介PGM Introduce1、矿产性质：1)物理性质。

铂族金属包括铂（pt),钯(Pd),铑(Rh),铱(10,锇(Os)、钌（Ru）六个元素位于元素周期表中第VIII副族。

它们具有类似的性质，如高熔点、高强度、耐腐蚀、良好的催化活性和电热性。

铂、钯、铑、铱为银白色，锇、钌（周期表中上下排列）为钢灰色。

钌、铑在有氧存在和强热下，容易与氧化合为四氧化物，具有挥发性，钌的挥发速度较慢，锇则较快。

铂（大于 1000℃时）、铱和铑（大于2000℃时）能形成挥发性氧化物。

铂族金属密度大。

轻铂金属密度大于12 g/cm},重铂金属密度大于21g/cm3。

铂族金属的沸点都很高。

按元素周期表顺序，从左向右逐渐降低．从上向下逐渐提高。

其中钯的沸点最低，锇的沸点最高。

锇、钌和铑的特点是硬度高并且脆，故能研磨成细粉末，它们都很难机械加工。

铂和钯具有延展性，可以辗制和拉丝。

纯净的铂具有高度的可塑性，将铂冷轧可以制得厚度为0.0025 mm的箔。

铱仅当升温至红热时才能承受机械加工。

铂族金属的特殊性质是其表面具有吸附气体（特别是氢气）的性能，呈粉末和胶体状态时其吸附能力大为增强。

钯对氢的吸附能力最强．常温下1个体积的钯能吸附901个体积以上的氢。

钯中吸附的氢易全部放出。

按照钯、铱、铑、铂、钌、锇的次序，它们吸附氢的性能依次降低。

2)化学性质。

铂族金属电离电位很高，在常温下对许多化学试剂（如酸、碱和最活泼的非金属）有很高的抗腐蚀能力。

但在一定条件下，它们可与酸、碱、氧和卤素反应。

铂族金属在热处理过程中被钝化，这是由于在金属表面形成一层稳定的氧化薄膜。

以金属细粉（铂黑）形式存在的铂族金属最容易溶解。

海绵状和粉末状的铂族金属不易溶解，致密状态的金属更难溶。

铂族金属有一种特殊的性质：当它们与比较活泼的金属熔融成合金时，就有可能用无机酸溶解。

容易与铂族金属形成合金的金属有铅、锡、铋和锌。

①铂族金属对酸和其他试剂的作用。

铂：抗酸、碱的腐蚀性能良好，致密状的铂不与单独的无机酸起作用，熔融状态的碳酸盐、硫酸盐和卤化物对它略起作用。

铂铑合金加工工艺以铂铑合金加工工艺为题，我们将介绍铂铑合金的特性以及加工工艺。

铂铑合金是一种常用的贵金属合金，具有高融点、耐腐蚀、良好的电导性和热导性等特点，被广泛应用于珠宝、化工、电子等领域。

铂铑合金的加工工艺主要包括熔炼、铸造、锻造、轧制、拉拔、切割和焊接等步骤。

首先，铂铑合金的制备需要通过化学方法或电解方法获得铂铑粉末，然后将粉末与其他合金元素进行混合，得到合金熔体。

熔炼过程中需要控制熔体的温度和气氛，以确保合金成分的稳定性和纯度。

在铸造过程中，可以采用砂型铸造、金属型铸造或压铸等不同的铸造方法。

砂型铸造是最常用的方法，通过将熔融的铂铑合金倒入预先制作好的砂型中，冷却后得到所需形状的铸件。

金属型铸造适用于生产大批量、尺寸较小的铸件，而压铸适用于复杂形状的铸件。

锻造是一种通过加热和机械力作用使铂铑合金产生塑性变形的工艺。

铂铑合金的锻造温度通常在1200℃到1300℃之间，通过锻造可以改善合金的机械性能和密度，提高其抗变形能力和耐磨性。

轧制是将铂铑合金坯料经过多道次的压制和拉伸加工，使其形成所需的板材、线材或薄板。

轧制可以提高合金的强度和硬度，同时改善其表面质量和尺寸精度。

拉拔是将铂铑合金坯料通过模具拉伸，使其形成细丝或细管。

切割是根据需要将铂铑合金加工成不同形状和尺寸的零件，常用的切割方法有剪切、冲压和车削等。

焊接是将铂铑合金的零件通过加热和施加压力使其熔化并连接在一起的工艺。

常用的焊接方法有电弧焊、激光焊和气体保护焊等。

焊接过程需要控制温度和焊接速度，以确保焊缝的质量和强度。

铂铑合金的加工工艺需要严格控制各个环节的工艺参数，以确保合金的质量和性能。

在实际加工过程中，还需要考虑合金的成本、环境影响和工艺设备的可行性等因素。

同时，加工工艺的选择也需要根据合金的用途和要求进行合理的设计和调整。

铂铑合金的加工工艺包括熔炼、铸造、锻造、轧制、拉拔、切割和焊接等步骤，每个步骤都需要严格控制工艺参数。

通过合理的加工工艺，可以获得满足要求的铂铑合金制品，广泛应用于各个领域。

铂精炼流程铂精炼是一项重要的冶金工艺，用于从铂矿石中提取纯铂。

铂是一种稀有而珍贵的金属，具有优异的化学性质和工业价值。

在本文中，我们将详细介绍铂精炼的流程以及相关的工艺和技术。

第一步：矿石破碎和磨细铂矿石通常包含其他金属和杂质，因此首先需要将矿石破碎和磨细。

这一步骤通常通过使用破碎机和球磨机来完成。

破碎机将矿石压碎成小块，然后球磨机将其磨细成细小的颗粒。

第二步：浮选分离浮选是一种常用的矿石分离技术，用于将有用的矿石与无用的杂质分离。

在铂精炼过程中，浮选通常用于分离含铂的矿石颗粒。

浮选过程中，矿石颗粒与气泡接触后，吸附在气泡上，从而实现矿石与杂质的分离。

第三步：浸出提取浸出是一种常用的金属提取技术，用于从矿石中提取所需的金属。

在铂精炼中，常用的浸出剂是酸性溶液，如盐酸和硫酸。

矿石颗粒被浸入酸性溶液中，金属离子与溶液中的酸反应形成溶解物。

溶解物中含有铂离子和其他金属离子。

第四步：沉淀分离在浸出提取后，需要将铂离子从溶液中分离出来。

常用的分离方法是沉淀分离。

通过加入适当的沉淀剂，如氯化铵或硫化氢，可以将铂离子转化为沉淀物。

沉淀物可以通过过滤或离心等方式分离出来。

第五步：溶解和电解铂沉淀物中可能还存在其他金属离子和杂质，因此需要进行溶解和电解。

将沉淀物溶解在适当的溶剂中，然后通过电解的方式将铂离子还原成纯铂金属。

电解是一种利用电流将金属离子还原成金属的技术。

第六步：精炼和纯化经过电解后得到的铂金属还可能含有少量的杂质，因此需要进行进一步的精炼和纯化。

常用的精炼方法包括溶剂萃取、蒸馏和熔炼等。

这些方法可以去除残留的杂质，使铂金属达到高纯度的要求。

第七步：制备成品最后一步是将精炼和纯化后的铂金属制备成所需的成品。

根据不同的应用需求，铂金属可以制备成各种形状和规格的产品，如铂片、铂丝和铂粉等。

总结：铂精炼是一项复杂而精细的工艺，需要多个步骤和技术的配合。

通过矿石破碎和磨细、浮选分离、浸出提取、沉淀分离、溶解和电解、精炼和纯化以及制备成品等步骤，可以从铂矿石中提取纯铂金属。

铂族金属催化剂的研究及性能优化铂族金属催化剂是广泛应用于工业、医学、环保等领域的重要材料。

它们具有高效、选择性、可控性等优点，是许多重要化学反应的关键催化剂。

然而，由于铂、钯等铂族金属本身的稀缺性和高价值，以及对环境和健康的潜在影响，铂族金属催化剂的开发和性能优化已成为当前材料科学研究领域的重要课题。

本文将探讨铂族金属催化剂的研究现状、性能优化方法以及未来的发展方向。

一、铂族金属催化剂的研究现状铂族金属催化剂是许多关键反应的重要催化剂，如汽车废气处理、石化催化、精细化学品合成、制药等领域。

铂族金属催化剂的催化性能受到很多因素的影响，如化学组成、晶体结构、粒子大小、表面结构等。

因此，铂族金属催化剂的研究涉及到从催化机理、结构表征、催化反应条件等多个方面的综合分析。

目前，铂族金属催化剂的研究主要集中在以下几个方面：1. 催化机理的探究铂族金属催化剂的催化机理是了解其催化性能的重要基础。

目前，通过光谱技术（如X射线光电子能谱、拉曼光谱等）、测量催化反应中物质的动态变化以及理论计算等方法，已经深入了解了铂族金属催化剂的催化机理。

2. 催化结构的表征铂族金属催化剂的催化结构是其催化性能的关键。

通过高分辨透射电镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱等表征手段，可以研究铂族金属催化剂的晶体结构、晶面取向、粒子大小等性能，从而进一步优化催化剂结构以提高催化性能。

3. 催化剂的制备和改性通过选择不同的合成方法、添加不同的助剂或催化协同物、调控催化剂结构等方法，可以有效地提高铂族金属催化剂的催化活性、选择性和稳定性。

从而满足不同催化反应条件下的需求。

二、铂族金属催化剂性能的优化方法铂族金属催化剂性能的优化方法有很多，如：1. 合理选择催化剂的化学组成和晶体结构催化剂的性能很大程度上受化学组成和晶体结构的影响。

通过优化化学组成和晶体结构设计，可以使铂族金属催化剂催化活性、选择性和稳定性得到显著提高。

2. 降低催化剂粒子大小催化剂粒子大小与其催化性能密切相关。

铂族金属主要的矿物加工方式一、引言铂族金属是指铂、钯、铑、钌、镍和铱等六种元素，它们具有良好的化学稳定性和高温耐受性，是许多工业领域中不可或缺的材料。

而这些元素的主要来源就是矿物，因此矿物加工对于铂族金属的生产至关重要。

本文将从矿物加工的角度来探讨铂族金属主要的加工方式。

二、矿物加工的基本流程1. 粉碎矿石经过采掘后需要进行粉碎处理，以便于后续步骤进行。

通常采用球磨机或者锤式粉碎机进行粉碎处理。

2. 浮选浮选是将杂质与有用成分分离的过程，通过在水中注入气泡使得有用成分上浮并被收集起来。

这一步骤需要使用化学药剂来调节浮选液中各种离子之间的化学反应。

3. 磁选磁选是利用物质在外部磁场下发生变化而实现分离的过程。

利用不同元素之间在外部磁场下的不同反应，可以将有用元素与杂质分离开来。

4. 重选重选是指在浮选、磁选等步骤后，对于仍然存在杂质的矿石进行进一步的分离处理。

通常采用离心机或者震动筛进行重选。

5. 烧结烧结是指将粉末或颗粒物料在高温下进行加热处理，使其形成块状物质的过程。

这一步骤可以使得材料更加致密，提高其物理性能。

三、铂族金属主要的加工方式1. 镍焙烧法镍焙烧法是指利用氢气或者天然气等还原剂将含镍精矿中的铜、铁等杂质去除，从而得到纯度较高的镍金属。

该方法不仅适用于镍金属生产，也可以用于其他铂族金属的生产。

2. 溶剂萃取法溶剂萃取法是指利用化学药剂将有用成分从废旧电子产品等废弃物中提取出来。

这种方法可以有效地回收铑、钯等珍贵金属，并且对环境污染也有一定的减轻作用。

3. 碘化法碘化法是指利用碘化物将铂族金属从矿石中提取出来。

这种方法不仅具有高效、简单等优点，而且可以有效地提高铂族金属的纯度。

4. 氧化还原法氧化还原法是指利用氧化还原反应将铂族金属从矿石中提取出来。

这种方法不仅适用于铂、钯等元素的提取，而且也可以应用于其他金属元素的生产过程中。

四、总结通过以上介绍，我们可以看出，铂族金属主要的加工方式包括粉碎、浮选、磁选、重选和烧结等步骤。

一、铂族金属的性质(一)主要物理性质铂族金属其主要物理性质见表1。

表1 铂族金属的主要物理性质性质铂铱锇钯铑钌元素符号Pt Ir Os Pd Rh Ru原子序数787776464544原子量195.09192.22190.2106.4102.9055101.07晶体结构面心立方面心立方密排六方面心立方面心立方密排六方密度(20℃),g／cm321.4522.6522.1612.0212.4112.45熔点(℃)176924433050155219602310沸点(℃)380045005020±100290037004800±100比热(25℃)，J／(g·K)0.13150.12850.12940.24450.24660.2307电阻率(0℃),µΩ·cm9.85 4.718.129.93 4.33 6.80熔化热，kJ/mol19.726.529.316.722.426汽化热,kJ/mol502.8612.5316.7494592.0热导率(0～100℃),J／(cm·s·℃)0.71 1.470.880.75 1.59 1.05电阻温度系数(0～100℃)，℃-l0.0039270.004270.00420.00380.004630.0042大多数铂族金属都能吸收气体，特别是氢气。

钯吸氢能力最强，常温下1体积钯能吸收900～2800体积的氢。

在真空下加热到100℃，溶解的氢就完全放出来了。

铂吸收氧的能力强，1体积铂可吸收70体积的氧。

当粒度很细如铂黑、钯黑或呈胶态时，吸附能力更强，故它们有良好的催化特性。

纯铂和纯钯有良好的延展性，可加工成微米级的细丝和箔。

铑和铱高温强度好，但冷塑性加工能力稍差。

锇和钌硬度高，但机械加工性能差，用粉末冶金方法制得的钌在1150～1500℃时才能进行少量加工，而锇在高温下也几乎不能进行塑性加工。

铂族金属催化剂的研究与开发近年来，铂族金属催化剂已经成为催化化学领域的重要研究方向。

作为一种高效、稳定、选择性能好的催化剂，铂族金属催化剂在汽车尾气净化、石油加工、有机合成、新能源开发等领域都具有广阔的应用前景。

因此，铂族金属催化剂的研究与开发已经成为现代催化化学的重要方向之一。

I. 铂族金属及其催化剂的基础知识铂族金属指的是铂、钯、铑、钌、铱和鲁米尼等元素。

它们的共同特点是：原子序数较大，外层电子数较少，电子云排布不规则，价电子主要来自d轨道，特别是d8-D10的电子数量很少，因此它们都具有较好的催化性能。

这些金属与其化合物都有很好的氧化还原性和分子吸附能力，因此可以用以催化氧化反应、还原反应、碳氢化合反应等。

铂族金属催化剂的基础结构通常为金属粒子在载体（如碳、氧化铝等）上的分散，铂族金属催化剂的活性和稳定性与其粒子大小、分散程度、晶面的暴露程度以及手性结构等因素有关。

II. 铂族金属催化剂的应用由于铂族金属催化剂具有较好的催化性能和选择性，因此在汽车尾气净化、石油加工、有机化合物合成、新能源开发等领域都有广泛的应用。

1. 汽车尾气净化铂族金属催化剂广泛应用于汽车三元催化器中，用于催化氧化反应将尾气中的CO、HC等有害物质转化为CO2、H2O等无害物质。

铂族金属催化剂的活化及其搭载方法是影响汽车尾气净化效果的重要因素。

2. 石油加工铂族金属催化剂在石油加工中被广泛应用。

其中，钯铂催化剂在精细石油加工中用来降低烯烃和芳香烃的含量，铱催化剂则用于加氢裂化等反应。

3. 有机合成铂族金属催化剂在有机合成中被广泛应用，例如王水处理烷烃制备烯烃的反应中，用铑催化剂可以使该反应具有较高的选择性和催化速度。

4. 新能源开发随着对化石能源枯竭的担忧和对环境污染的增强，人们日益重视可再生能源的开发。

铂族金属催化剂在太阳能电池、燃料电池、光催化等新能源领域有着广泛的应用。

III. 1. 金属粒子的制备和表征铂族金属催化剂的活性和稳定性与其实际运用时的物理、化学性质有关。

铂族金属催化剂制备全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：铂族金属催化剂是一类在化学反应中起到催化作用的重要材料，包括铂、钯、铑、钌、钌和铂等元素。

由于其较高的活性和选择性，铂族金属催化剂在各种领域，如能源生产、环境保护、有机合成等方面都有广泛的应用。

本文将重点介绍铂族金属催化剂的制备方法，探讨其在不同领域的应用及未来的发展方向。

铂族金属催化剂的制备方法主要包括沉积-沉淀法、共沉淀法、还原法、水热合成法等。

最常用的方法是还原法，即通过还原金属前驱体得到纳米金属颗粒。

具体步骤是将金属前驱体与还原剂溶解在溶剂中，通过加热或加压将前驱体还原成金属颗粒。

这种方法简单易行，得到的金属颗粒尺寸均匀，具有较高的活性。

除了传统的制备方法，还有一些新型的制备技术被引入到铂族金属催化剂的制备中。

溶胶-凝胶法可以制备出较高质量的金属催化剂，高温合成法可以得到纳米级金属催化剂，原子层沉积法可以控制金属颗粒的尺寸和分散度等。

这些新型技术不仅可以提高催化剂的活性和选择性，还可以减少制备过程中的环境污染。

铂族金属催化剂在能源生产领域的应用尤为广泛。

以燃料电池为例，铂族金属催化剂作为电极材料，可以促进氧气还原反应，提高电池的效率和稳定性。

铂族金属催化剂还可以用于光催化水裂解、CO2转化等领域，为清洁能源的开发和利用提供了重要支持。

铂族金属催化剂在有机合成领域也有着重要的应用。

许多重要的有机合成反应，如氢化、氧化、羰基化等，都需要金属催化剂的辅助。

铂族金属催化剂可以提高反应速率和产率，减少副产物的生成，从而提高合成化合物的纯度和收率。

铂族金属催化剂在医药、农药、化妆品等行业都有着广泛的应用。

未来，随着绿色环保理念的普及和加剧，铂族金属催化剂制备技术将朝着更加环保、高效的方向发展。

绿色溶剂的应用、绿色还原剂的探索、绿色催化反应技术的研究等，都有望成为未来铂族金属催化剂制备技术的发展方向。

随着纳米技术的发展，铂族金属催化剂的纳米化和表面修饰也将成为研究热点，以提高催化剂的活性和稳定性。

铂族——铂与钯铂族—铂&钯(ba)铂族金属既具有相似的物理化学性质，又有各自的特性。

它们的共同特性是：除了锇和钌为钢灰色外，其余均为银白色；熔点高、强度大、电热性稳定、抗电火花蚀耗性高、抗腐蚀性优良、高温抗氧化性能强、催化活性良好。

各自的特性又决定了不同的用途。

例如铂还有良好的塑性和稳定的电阻与电阻温度系数，可锻造成铂丝、铂箔等；它不与氧直接化合，不被酸、碱侵蚀，只溶于热的王水中；钯可溶于浓硝酸，室温下能吸收其体积350~850倍的氢气。

铑和铱不溶于王水，能与熔融氢氧化钠和过氧化钠反应，生成溶解于酸的化合物；锇与钌不溶于王水，却易氧化成四氧化物。

4d,5轨道不像3d,4那样能量差别大5d.6轨道能级差也不明显铂230.32元/g铂的发现历史铂的资源目前发现的铂族矿物和含铂族元素的矿物已超过80种，加上变种和未定名矿物已达200个。

在自然界中，铂族金属主要呈自然元素、自然合金、锑化物、硫化物、硫砷化物和铋碲化物的单独矿物存在，部分呈类质同像存在于硫化物，如黄铜矿、镍黄铁矿、紫硫镍(铁)矿等中。

铂的性质铂为银白色金属。

它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。

铂的抗氧化性很好，在空气中能长期保持光泽。

在高温下铂与氧气作用生成挥发性的氧化物，增加它的蒸发速度。

铂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，因此它具有优良的催化特性。

铂过渡金属，有多个化合价，最稳定的化合价为+2,+4。

它有生成配合物的强烈倾向，最常见的是生成配位数4的配合物。

总之，它的化学性质很复杂。

纯铂有良好的延展性，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。

铂的制取1.铂族金属的提取：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。

50年代以来铂族金属主要从铜镍硫化物共生矿中提取，小部分从炼铜副产品中提取。

铂族金属的种类与特征矿物分类中，铂族元素矿物属自然铂亚族，包括铱、铑、钯和铂的自然元素矿物。

它们彼此之间广泛存在类质同象置换现象，从而形成一系列类质同象混合晶体。

同时，其成分中常有铁、铜、镍、银等类质同象混进物，当它们的含量较高时，便构成相应的殓种。

铂族元素矿物均为等轴晶系，单晶体极少见，偶而呈立方体或八面体的细小晶粒产出。

一般呈不规那么粒状、树枝状、葡萄状或块状形态。

颜色和条痕为银白色至钢灰色，金属光泽，不透明，无解理，锯齿状断口，具延展性，为电和热的长导体。

由铂族元素矿物熔炼的金属有钯金、铱金、铂金、铑金等。

1．钯金：要紧由自然钿熔炼而成。

颜色银白色，外瞧与铂金相似，金属光泽。

硬度4~4.5。

相对密度12。

熔点为1555℃。

化学性质较稳定。

因产量比铂金和黄金大，故价值低，特别少用来制作首饰。

2．铑金：要紧由自然铑提炼而成，是一种稀少的贵金属。

颜色为银白色，金属光泽，不透明。

硬4~4．5，相对密度12．5。

熔点高，为1955℃。

化学性稳定。

由于铑金耐腐蚀，而且光泽好，因此要紧用于电镀业，将其电镀在其它金属外表，镀层色泽稳固，不易磨损，反光效果好。

3．铱金：要紧由自然铱或铱矿提炼而成。

颜色为银白色，具强金属光泽，硬度7。

相对密度22.40，性脆但在高温下可压成箔片或拉成细丝，熔点高，达2454℃。

化学性质特不稳定，不溶於水。

要紧用于制造科学仪器、热电偶、电阻绫等。

高硬度的铁铱和铱铂合金，常用来制造笔尖和铂金首饰。

4．铂金：由自然铂、粗铂矿等矿物熔炼而成。

因"铂"由"金"和"白"两字组合，颜色又为银白色，故亦称“白金〞。

色泽银白，金属光泽，硬度4~4．5,相对密度为21．45。

熔点高，为1773℃。

富延展性，可拉成特别细的铂丝，轧成极薄的铂箔。

化学性质极稳定，不溶于强酸强碱，在空气中不氧化。

广泛用于珠宝首饰业和化学工业中，用以制造高级化学器皿、铂金坩锅以及加速化学反响速度的催化剂等。

铂加工工艺
铂的加工工艺一般包括以下步骤：
1.熔炼：将铂（通常为纯度较高的铂砖或铂条）放入熔炉中加热至高温，使
其熔化成液体。

2.铸造：将熔化的铂倒入模具中，冷却后形成所需的形状和尺寸。

3.锻造：对铂进行压力加工，使其形状发生变化。

锻造有助于提高铂材料的
力学性能。

4.轧制：将铂通过轧机进行压缩，使其形成所需的板材、薄膜和线材等。

5.拉丝：将铂材料通过模具拉伸，使其形成细长的丝状物，用于制作细丝和
精细导线等。

6.焊接：通过高温或压力将两个或多个铂部件连接在一起。

常用的焊接技术
有TIG焊接、激光焊接等。

7.电化学加工：利用电化学原理，在铂表面进行电镀或腐蚀，以实现材料的
表面处理和精细加工。

8.3D打印：通过逐层堆积的方式，将铂粉末熔化并固化，从而制造出具有复
杂几何形状的零件。

9.化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）：这两种技术可用于在铂
表面沉积薄膜，以提高材料的性能和耐用性。

以上是铂的加工工艺的主要步骤，供您参考，具体操作请根据实际情况加以调整。