PLATIN VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHỨC CHẤT TRONG KĨ THUẬT TÁCH

Điểm đáng chú ý là người tiêu dùng Nhật Bản hàng năm mua khoản 48% lượng trang sức bạch kim được sản xuất trên thế giới Hơn 1/3 lượng bạch kim sản xuất hàng năm cho các thị trường quốc t

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

KHOA HOÁ



Bài tiểu luận

PLATIN VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHỨC CHẤT

TRONG KĨ THUẬT TÁCH CÁC KIM LOẠI HỌ PLATIN

Môn học: Hoá phức Chất

Sinh viên thực hiện: MAI QUANG HOÀNG Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS TRẦN NGỌC TUYỀN

Huế, 12/2014

MỞ ĐẦU

Ngày nay việc khai thác và sử dụng kim loại quý hiếm đang là một hướng đi quan trọng trong công nghệ hóa học, một trong số đó là kĩ thuật phân tích thu hồi kim loại quý như bạch kim

Bạch kim là kim loại quý hiếm nhờ tính bền vững, không bị phá hủy trong nhiều môi trường, và giữ được vẻ đẹp lâu dài với màu sắc sáng bóng lấp lánh

nhu cầu sử dụng bạch kim trong các ứng dụng công nghệ cao tăng lên nhanh chóng

Các đặc tính của bạch kim làm cho nhiều lĩnh vực công nghiệp phụ thuộc vào kim loại này Các sản phẩm có yêu cầu cao đều cần sử dụng bạch kim như: lọc hóa dầu, màn hình LCD, kính mắt, thuốc chống ung thư, sơn, ổ đĩa cứng, cáp sợi quang và chất nổ Bạch kim cũng đóng vai trò là chất xúc tác chính trong fuel-cell

Điểm đáng chú ý là người tiêu dùng Nhật Bản hàng năm mua khoản 48% lượng trang sức bạch kim được sản xuất trên thế giới

Hơn 1/3 lượng bạch kim sản xuất hàng năm cho các thị trường quốc tế được sử dụng trong các bộ chuyển đổi chất xúc tác catalytic converter nhằm kiểm soát khí thải độc hại của xe hơi Các tiêu chuẩn khí thải xe hơi của Bắc Mỹ, châu Âu và châu Á tăng lên làm cho các nhà sản xuất xe hơi dùng nhiều bạch kim hơn trong các bộ chuyển đổi khí thải này, các thiết bị như vậy là cảm biến oxy

ngày 17/9/2014, Ngoại trưởng Nga Sergei Lavrov và Tổng thống Zimbabwe Robert Mugabe đã chứng kiến lễ ký thỏa thuận khai thác mỏ bạch kim Darwendale kim trị giá 3

tỷ USD Chứng tỏ tiềm năng và giá trị của loại “vàng trắng” vô cùng lớn

Do đó phân tích thu hồi bạch kim từ những nguyên liệu tự nhiên hoặc các vật liệu phế thải hoặc tách chúng từ hợp kim là hướng đi quan trọng và rất cần thiết

MỤC LỤC

I SƠ LƯỢC VỀ BẠCH KIM 3 II.TÍNH CHẤT CỦA BẠCH KIM 5

2.1 Hợp chất platin(II) 7 2.2 Hợp chất platin(IV) 7 2.3 Hợp chất platin(VI) 8 III ỨNG DỤNG CỦA BẠCH KIM 8

IV CÁC HỢP KIM CỦA PLATIN 9 1.Hợp Kim platin dùng trong ngành kim hoàn 9 2.Hợp kim platin dùng trong y khoa 10 3.Hợp kim platin dùng trong kĩ thuật 10 V.PHƯƠNG PHÁP THU HỒI PLATIN TỪ QUẶNG HAY HỢP KIM 11

2.Tách kim loại platin 12 3.Tách kim loại paladi 12

5.Tách kim loại rodi 13 6.Tách kim loại inridi 13

8.Tách kim loại ruteni 14

Sơ đồ trích quặng kim loại Platin có chứa Ag, Au 15

I. SƠ LƯỢC VỀ BẠCH KIM

trong tự nhiên, Pt chiếm tỉ lệ khoảng 5.10-8 % trọng lượng vỏ trái đất, thường ở dạng kim loại tự do phân tán thành những vụn nhỏ lẫn trong cát và các mỏ thạch anh, một

Sản lượng khai thác mỗi năm của kim loại này vào khoảng 7 triệu ounce, tức chưa đến 6% sản lượng vàng và 1% sản lượng bạc 80% platin của thế giới nằm ở Nam Phi, 12% nằm ở Nga, và phần còn lại phân bố nhỏ giọt tại một vài hầm mỏ ở Bắc và Nam Mỹ

Platin tồn tại với mật độ phân bố cao ở Mặt Trăng và các thiên thạch Tương ứng, platin được tìm thấy hơi nhiều ở những nơi bị sao băng va chạm trên Trái Đất kết hợp với tác động của núi lửa, các lưu vực Sudbury

So với vàng và bạc, số lượng mỏ bạch kim trên mặt đất được khám phá không nhiều Chỉ một ounce bạch kim cần phải khai thác khoảng 8 tấn quặng sống

CÁC CÔNG TY SẢN XUẤT PLATINUM/PALLADIUM

Công ty Ký hiệu Trụ sở chính

Anglo Platinum AAPTF.PK Nam Phi

Aquarius Platinum AQBPF.PK Nam Phi

Impala Platinum 1MPAF.PK Nam Phi

Lonmin LNMIF.PK Nam Phi

Norilsk Nickel NiLSF.PK Nga

North America Palladium PAL Canada

Stillwater Mining swc Mỹ

Platin và palađi dạng thỏi cũng được các nhà kinh doanh vàng và bạc cung cấp mặc

dù khả năng lựa chọn khá hạn chế Đồng Ó Mỹ bằng platin có kích thước từ 1/10 ounce đến 1 ounce trong khi palađi thường được đúc thành các thỏi 1 ounce Do các sản phẩm này sau khi đúc có kích thước nhỏ nên khoản tiền cộng thêm vào giá bán của chúng cao hơn so với vàng hay bạc Và các kim loại này cũng không phổ biến rộng rãi như vàng và bạc nên chúng tương đối khó bán Tuy nhiên, lạm phát bùng nổ trên phạm vi toàn cầu, chúng lại tăng trưởng rất tốt

II. TÍNH CHẤT CỦA PLATIN

1. Tính Chất Vật Lí

Platin còn gọi là bạch kim, tên la tinh là platinum, ký hiệu hóa học là Pt nằm ở ô 78, nhóm VIIIB, chu kì

nguyên tử luượng là 195,08dvc, nóng chảy ở 17730C, nhiệt độ sôi 8000C,khối lượng riêng d=21,4g/cm3 ở 200C là kim loại màu trắng bạc, tương đối mềm, dẫn điện dẫn nhiệt tốt, dễ dát mỏng, dễ kéo thành sợi rất nhỏ

2. Tính chất hóa học

Pt có 5 số oxy hóa là +1, +2, +3, +4, +6 thường gặp là +4 và +6

Pt rất bền về mặt hóa học, không tác dụng với oxy dù ở nhiệt độ cao cũng như các đơn chất khác, Pt chỉ tan chậm trong nước cường thủy khi đun nóng Acid H2SO4 đậm đặc

ở nhiệt độ 2500C trở lên có thể hòa tan Pt

3Pt + 4HNO3 +18HCl → 3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O

H2[PtCl6] có màu vàng nghệ và được gọi là acid hecxaclo-roplatinic, H2[PtCl6] không bền trong môi trường kiềm và bị phân hủy theo quá trình sau:

H2[PtCl6] + 6NaOH → NaCl + Pt(OH)4 + 2H2O

Khi đun nóng :

Pt(OH)4 → PtO2 + 2H2O

PtO2 → Pt + O2

Acid Hexachloroplatinic là hợp chất bạch kim quan trọng nhất, vì nó tạo nên các hợp chất platin khác Bản thân acid này được ứng dụng trong nhiếp ảnh, khắc kẽm, mực in không phai, mạ, làm gương, nhuộm màu sứ, và như một chất xúc tác

Ion hexachloroplatinate

Tác dụng của acid hexachloroplatinic với muối amoni, chẳng hạn như clorua amoni, tạo thành hexachloroplatinate amoni gần như không tan trong dung dịch amoniac Đốt nóng muối amoni này với sự có mặt của hiđrô sẽ tạo ra platin nguyên chất Kali

hexachloroplatinate cũng không tan, và acid hexachloroplatinic đã được sử dụng trong việc xác định ion kali bằng phương pháp phân tích trọng lượng

Khi acid hexachloroplatinic được đun nóng, nó phân hủy bằng Pt(IV)clorua và Pt(II)clorua rồi thành platin nguyên tố theo các bước phản ứng sau:

(H3O)2PtCl6·nH2O  PtCl4 + 2 HCl + (n + 2) H2O

PtCl4  PtCl2 + Cl2

PtCl2  Pt + Cl2

Platin hexafluoride là một chất ôxy hóa mạnh có khả năng oxy hóa cả oxy

O2 + PtF6 → O2[PtF6]

Platin có tính axit nhẹ nên nó có ái lực lớn đối với lưu huỳnh, ví dụ lưu huỳnh trong dimethyl sulfoxid (DMSO), tạo thành một số phức chất DMSO tùy theo dung môi phản ứng

2.1 Hợp chất Pt(II)

Platin (II) oxit PtO phân hủy ở 5700C, không tan trong nước và trong acid, bị H2

khử thành kim loại ở nhiệt độ cao, được điều chế bằng cách nung muội Pt với Oxi

Pt + O2 → PtO

Pt(OH)2 là kết tủa màu đen, không tan trong nước, tan trong acid, vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử, nên bị O3 oxi hóa lên Pt(OH)4 và dung dịch H2O2 khử về Pt

Pt(OH)2 được tạo thành khi cho K2[PtCl4] tác dụng với kiềm trong khí quyển CO2

Platin(II)clorua không tan trong nước, chỉ tan trong acid HCl đặc nóng nhờ tạo phức:

PtCl2 + HCl → H2[PtCl4]

PtCl2 được tạo thành khi nung bột Pt trong khí Cl2 ở 5000C, hoặc đun sôi phức

H2[PtCl4]

H2[PtCl6] + H2C2O4  H2[PtCl4] + 2CO2 + 2HCl

H2[PtCl4] → PtCl2 + 2HCl

2.2 Hợp chất Pt(IV)

Platin tetrahidroxit Pt(OH)4 hay PtO2.2H2O là kết tủa màu nâu, kém bền nhiệt, bị phân hủy khi đun nóng ở 4000C

2Pt(OH)4 → 2PtO + O2 + 4H2O

Pt(OH)4 không tan trong nước, tan trong acid và kiềm

Pt(OH)4 + 6HCl → H2[PtCl6] + 4H2O

Pt(OH)4 + 2NaOH → Na2[Pt(OH)6)]

Tất cả tetrahalogenua đều khá bền nhiệt( PtF4, PtCl4, PtBr4, PtI4 ), tan trong nước và

bị phân hủy mạnh, tính chất đặc trưng là dễ dàng kết hợp với halogehidric và halogennua kim loại kiềm

PtCl4 + 2HCl → H2[PtCl6]

PtCl4 + 2NaCl → Na2[PtCl6]

2.3 Hợp chất Platin(VI)

Trạng thái Pt +6 là trạng thái kém bền của Platin

Khi điện phân dung dịch kiềm với cực dương làm bằng Platin thì sẽ thu được ở điện cực này một chất bột màu nâu đỏ là PtO3.H2O kém bền và dễ bị phân hủy thành

hidroxit(IV)

PtF6 kém bền và có thể tách từng nguyên tử F

PtF6  PtF5 + F

2PtF5  PtF6 + PtF4

III. ỨNG DỤNG CỦA BẠCH KIM

Pt rất khó nóng chảy, bền về mặt hóa học nên thường được chế tạo thành các chén nung trong hóa học và các dụng cụ khác của phòng thí nghiệm( đũa mạ Pt…)

Hợp kim Pt được dùng để chế tạo các chi tiết máy chống ăn mòn trong công nghệ hóa học

Pt và hợp kim Pt với titan Pt-Ti dùng chế tạo các điện cực trơ trong điện phân, trong phòng thí nghiệm và trong sản xuất

Pt làm chất xúc tác hóa học trong kỹ nghệ sản xuất acid HNO3, acid H2SO4 và các hóa chất khác

Chế tạo nhiệt kế hoặc cặp nhiệt độ dùng để đo nhiệt độ cao hơn 10000C

Pt còn được dùng trong kỹ nghệ kim hoàn

ở các nước phát triển, , đặc biệt là Mỹ phần lớn Platin và hợp kim của nó được dùng

để làm đồ trang sức: vòng lắc, đồng hồ, dây chuyền, các đồ nữ trang cài áo, hoa tai có kim cương và nhiều đồ nữ trang quý khác

Khoảng 7,6% khối lượng Platin đã được dùng trong y học Các hợp kim Platin được

sử dụng làm đầu mũi các dụng cụ để bôi thuốc sát trùng, kim khâu trong phẫu thuật, kim tiêm trong ngành y tế

Tóm lại Platin có rất nhiều ứng dụng quan trọng : Platin được sử dụng trong

làm chất xúc tác, trang thiết bị phòng thí nghiệm, thiết bị điện báo, các điện cực, nhiệt

quý và rất có giá trị bởi vì sản lượng khai thác hằng năm chỉ tầm vài trăm tấn Vì là

các muối của nó, nhưng do khả năng chống ăn mòn cho nên nó ít độc hại hơn so với các

kim loại khác Một số hợp chất của Platin, đặc biệt là cisplatin, được sử dụng để dùng trong hóa trị liệu chống lại một số loại ung thư

IV. CÁC HỢP KIM CỦA PLATIN

1. Hợp Kim Platin dùng trong ngành kim hoàn

55% Platin, 20% đồng và 25% Niken

60% Platin, 19% đồng và 21% Niken

10% Platin, 2% Inriđi và 58% vàng và 30% Paladi

90% Platin, 5% vàng và 5% Inriđi

ở Việt Nam thường dùng hợp kim Platin với bạc để chế tạo đồ kim hoàn gồm:

4 phần Platin và 6 phần bạc tinh khiết

1 phần Platin và 9 phần bạc tinh khiết

2. Hợp kim Platin dùng trong Y khoa

Hợp kim Platin dùng để chế tạo kim khâu kĩ thuật và kim tiêm gồm 90% platin, 7,5-10% vàng, 7,5-7,5-10% paladi hoặc 94,5% Platin, 5-7,5-10% vàng và 0,5-5% paladi

Người ta còn dùng hợp kim giữa Platin với vàng, bạc và paladi để làm răng giả vì chúng không bị gỉ và lâu mòn

3. Hợp kim platin dùng trong kĩ thuật

Hợp kim giũa platin và rôđi dùng để chế tạo các cặp nhiệt điện dùng đo nhiệt độ cao

từ 10000C - 23000C

Trong sản xuất động cơ phản lực và tuabin để làm việc trong môi trường khí oxy ở nhiệt độ 6000C người ta sử dụng hợp kim giữa Platin và vonfram

Hợp kim giữa Platin và 7% rôđi hay 3% Paladi làm lưới xúc tác trong quá trình oxy hóa ammoniac để sản xuất HNO3

Hợp kim giữa Platin với Inriđi, Palatin với vàng được dùng chế tạo khuôn kéo sợi trong công nghiệp sản xuất sợi nhân tạo và sợi tổng hợp

Công nghiệp sản xuất H2SO4 tiêu thụ lượng Platin và hợp kim Platin lớn nhất nồi

hơ, lò chưng cất, ống dẫn, bình chứa acid cần phải phủ bên trong một lớp Platin hay hợp kim Platin vì chúng có tính bền acid cao

Không những dùng trong sản xuất H2SO4 mà trong nhiều ngành sản xuất hóa chất đều phải cần đến tính bền hóa học cao của Platin, trước hết là sản xuất acid fluohydric (HF)

Thành phần hợp kim Platin rất đa dạng nên việc phân tích thu hồi Platin không phải

là việc đơn giản và không phải bao giờ cũng làm được đối với một phòng thí nghiệm phân tích bình thường

V. PHƯƠNG PHÁP THU HỒI PLATIN TỪ QUẶNG HAY HỢP KIM

Hợp kim Platin với các kim loại khác chỉ có thể hòa tan trong nước cường thủy Quá trình hòa tan tốt nhất nếu lượng bạc trong hợp kim nhỏ hơn 5% Trong trường hợp lượng bạc lớn hơn 5% ta phải tiến hành làm giảm lượng bạc xuống nhỏ hơn 5% bằng cách thêm bột đồng đỏ vào hợp kim

Nấu chảy hợp kim Platin bằng đèn xì acetylene, có thêm một lượng đáng kể chất chảy là Na2CO3 hoặc K2CO3 hoặc hỗn hợp Na2CO3 và K2CO3, rồi cho từng lượng nhỏ đồng đỏ vào hợp kim đã chảy lỏng với số lượng thích hợp

Sau khi chuẩn bị hợp kim để phân tích Ta đem cán mỏng, cắt đoạn khoảng 1cm, cho vào bình phân tích

Rót acid HCl và HNO3 theo tỷ lệ thể tích 3:1 sao cho đủ ngập hoàn toàn hợp kim

Đun nóng bình phân tích bằng đèn cồn, thì hợp kim sẽ tan chảy

3Pt + 12HCl + 4HNO3 → 3PtCl4 + 4NO + 8H2O

PtCl4 + 2HCl → H2[PtCl6]

Niken, đồng, Bạc, vàng nếu có trong hợp kim cũng bị hòa tan

Au + HNO3 + 4HCl → H[AuCl4] + NO + H2O

Nếu trong hợp kim ban đầu có rodi, Inridi, Osmi, Ruteni sẽ không hòa tan và lắng xuống đáy bình dưới dạng bột đen

Sau khi quá trình hòa tan kết thúc ta tiếp tục đun nhẹ cho acid HCl và HNO3 còn dư bay hơi hết

Pha loãng dung dịch khoảng 50mL- 60mL bằng nước cất, để yên cho toàn bộ cặn lắng xuống đáy

Lọc để tách cặn và thu được phần dịch lọc có chứa H2PtCl6, H2PdCl6 và HAuCl

1. Tách kim loại Vàng

dung dịch H2PtCl6, H2PdCl6 và HAuCl4 được giữ lại để tiến hành tách Platin,Paladi

và vàng đầu tiên ta cô cạn dung dịch, cho vào dung dịch trên muối Fe2+ có thể dùng FeCl2

hoặc muối mohr, khi đó Au sẽ bị Fe đẩy ra khỏi dung dịch, lọc kết tủa ta sẽ thu được vàng Còn phức H2[PdCl6] bị phân hủy tạo thành H2[PdCl4]

HAuCl4 + 3FeCl2 → Au + 3FeCl3+HCl

H2[PdCl6] → H2[PdCl4] + Cl2

2. Tách kim loại Platin

Dịch lọc thu được chứa H2[PtCl6] và H2[PdCl4] Cho dung dịch NH4Cl vào dịch này thì H2[PtCl6] sẽ kết tủa dưới dạng (NH4)2[PtCl6]

H2[PtCl6] + 2NH4Cl → (NH4)2[PtCl6] + 2HCl

Lọc kết tủa và nung ở 3000C sẽ thu được Pt ở dạng bột

(NH4)2[PtCl6] → Pt + 2NH4Cl + 2Cl2

3. Tách kim loại paladi

Dịch lọc còn lại chứa H2[PdCl4] Cho dung dịch NH3 vào, sau đó thêm dư HCl sẽ thu được kết tủa [Pd(NH3)2Cl2]

Lọc và nung kết tủa trong khí quyển H2 thu được Pd

[Pd(NH3)2Cl2] → Pd + 2NH3 + 2Cl2

Cặn thu được chứa clorua bạc và bột kim loại quý hiếm không tan trong nước

cường thủy có thể gồm Osmi, Inridi, rodi, ruteni

Để tách bạc clorua ta dùng dung dịch ammoniac, rót ngập NH3 đậm đặc vào cặn thu được, đợi cho bạc clorua tan hoàn toàn trong ammoniac, lọc lấy dung dịch rồi đem phân tích bạc

AgCl + 2NH3 → [Ag(NH3)2]Cl

Dùng Zn để đẩy Ag ra trong môi trường H2SO4

Nếu còn có cặn đen đó là bột kim loại quý hiếm gồm Rh, Ru Os, Ir , rửa sạch

Nấu chảy hỗn hợp với NaHSO4 thì Rh tan ra dưới dạng dung dịch Rh3+, lọc lấy dung dịch thu được phần cặn không tan chứa các kim loại Ru, Os, Ir

5. Tách Kim loại Rodi

Dịch lọc chứa Rh3+ được kiềm hóa bằng NaOH đặc thu được kết tủa Rh(OH)3

Rh3+ + OH- → Rh(OH)3

Hòa tan kết tủa đó trong HCl đậm đặc dư, rồi thêm NaNO2 vào để chuyển về dạng kết tủa (NH4)3Rh(NO2)6

Rh(OH)3 + 6HCl → H3[RhCl6] + 3H2O

H3[RhCl6] + NaNO2 → (NH4)3Rh(NO2)6

Acid hóa (NH4)3Rh(NO2)6 bằng HCl, cô cạn rồi nung kết tủa trong H2 thu được Rh tinh khiết

(NH4)3Rh(NO2)6 + HCl → (NH4)3RhCl6

(NH4)3RhCl6 → Rh + NH3 + Cl2

6. Tách kim loại Inridi

Phần cặn còn lại chứa Ru, Os và Ir được nấu chảy với NaNO2 rồi hòa tan trong nước thì thu được bã rắn IrO2 và dung dịch gồm Na2RuO4, Na2OsO4(OH)2

Phần IrO2 được hòa tan trong nước cường thủy và NH4Cl thu được kết tủa

(NH4)3IrCl6, nung kết tủa này trong khí quyển H2 thu được Ir tinh khiết

Tách kim loại Osmi

Dung dịch chứa Na2RuO4, Na2OsO4(OH)2 được clo hóa để chuyển thành các oxit OsO4 dạng hơi và RuO4 dạng rắn, OsO4 đẽ bay hơi được thu vào bình chứa dung dịch rượu

và NaOH tạo thành dung dịch Na2OsO2, cô cạn và nung trong khí quyển H2 thu được Os tinh khiết

Tách Kim loại Ruteni

Hòa tan RuO4 trong HCl đặ nóng thu được H3[RuCl6], thêm NH4Cl thu được kết tủa (NH4)3RuCl6, nung trong khí quyển H2 thu được Ru tinh khiết