《吉巴罗》与钯的黄金国

站长资讯 (9) 2022-07-31 10:48:54

《吉巴罗》与钯的黄金国

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网飞的炸网美剧《爱,死亡和机器人3》你们看了吗?

在最后一集《吉巴罗》中,湖妖满身挂着bling bling的贵金属,在湖中扭曲诡异跳舞的形象,一下将《爱死机3》的豆瓣评分由第二季的6.8分,拉升至8.5分。

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吉巴罗中满身珠宝的湖妖

《吉巴罗》这个故事源于一个古老的传说

印加文明盛产黄金,传言每当印加王室举行祭祀大典时,都会将大量的黄金制品投入湖中。久而久之,便有了一个湖底堆满黄金的黄金湖

在大航海时代,西班牙殖民者将这个位于遥远亚马逊丛林中盛产黄金的地方视为他们心中的黄金国。只要勇敢者进入丛林,就一定能找到财富。

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西班牙殖民者

黄金——作为最昂贵的货币金属,自人类文明出现以来,就被视为财富的代言。

殊不知,还有一类比黄金更稀有的元素,它们就是铂族元素

在元素周期表中,金和银元素的左侧,钌、铑、钯、锇、铱、铂六个元素组成一个整齐的六元矩形。它们共享高密度、高硬度、高熔点、高沸点和耐腐蚀等特点。在地球形成时,它们的密度促使它们向地核富集,仅有微不足道的一部分滞留在地壳中。

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元素周期表

(图源IUPAC.org)

在这些元素中,有一种和金一样,延展性非常好的金属——钯。

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单质钯

在汉语中,钯是个多音字,读作。读作时,表示一种化学元素;读作时,意思同,也就是《西游记》里猪八戒用的九齿钉耙。这个钉耙是一种农具,所以耙字左边跟耕耘两个字一样是耒字旁。

但是,吴承恩在写《西游记》的时候,九齿钉钯的钯其实是金字旁,因为它是一件金属的兵器。

汉字钯

钯的性质是什么?

现实生活中可以在哪里接触到钯元素呢?

让我们来认识一下钯元素吧~

目录

钯的性质

钯的应用

钯的“黄金国”

展望未来

1

钯的性质

钯(Pd),原子序数46,原子量106.42。位于元素周期表第五周期,Ⅷ族,属于过渡金属。

钯和银一样是一种银白色金属元素,然而钯的价格要比银贵约20倍。

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钯元素的基本信息

(图源periodictableguide.com)

钯元素的稀有不仅仅是因为物以稀为贵

更是因为它独特的物理化学性质

01

钯本身是具有金属光泽的银白色,加热到800℃时表面会生成一层淡黄色氧化钯薄膜

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具淡黄色一氧化钯薄膜的钯

02

密度约为12.00 g/cm ,约为相邻元素铂的一半。

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对比同样重量的铂和钯(钯—左颗粒)

03

熔点高(1554 ℃),沸点高(2967 ℃)。

04

质软,具有良好的延展性和可塑性,能轻易地锻造、压延和拉丝。

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锻造延展性强的钯

05

溶于浓硝酸,钯会立刻反应生成深橙色的硝酸钯和二氧化氮。

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钯放入浓硝酸中反应

06

高温强度、高的热电稳定性、膨胀系数低、反光性强。

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高温加热钯

07

钯最独特之处,是对氢有着巨大的亲和力,在室温下,一块固态的钯可以吸收自身体积900倍的氢气(这大概相当于一个113公斤重的人吞下一打非洲大象)。

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正在吸取氢气的钯

(图来自https://m.youtube.com/watch?v=86SOwEmLvr0)

2

钯的应用

在初次发现钯元素后相当长的一段时间中,由于性质稳定,它被广泛作为饰品及货币。在现今的首饰行业中,依然喜欢将钯单独使用制成饰品,或者作为金、银、铂合金的组成部分增加硬度。

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钯金货币

(图源images.app.goo.gl)

到二十世纪三十年代,从铜镍生产系统中回收伴生贵金属的工艺正式进入了工业生产规模。随着应用范围的扩大和生产技术的提高,铂族金属的生产发展迅速。

现如今,钯作为催化剂耐腐蚀材料广泛应用于化学和工业方面。

催化剂

加氢催化剂:

由于钯元素独特的吸收氢气的能力,使其成为液相加氢的主要催化剂。在适当的条件下,钯能吸收超过自身体积900的氢气。

在这个过程中,钯会膨胀,变得更硬、更强,韧性更弱,形成金属或类合金氢化物

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钯碳加氢催化剂

(图源images.app.goo.gl)

汽车废气催化转换器:

目前最常用的尾气催化净化技术是在蜂窝堇青石陶瓷载体上负载活性氧化铝和氧化铈,喷涂贵金属铂、钯和铑等活性组分作为催化剂,净化汽车尾气中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOX),使污染物排放量大幅降低。

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汽车尾气催化转换器

医学化学催化剂:

由于钯的广泛选择性、温和的反应条件,使其成为合成C-C键和C-N键最必要且最有前途的催化剂。2010年诺贝尔化学奖就分享了Pd催化有机合成的交叉偶联反应的进展。

电催化剂:

钯元素可以与铂(Pt)共同作为质子交换膜燃料电池的主要电催化剂。

质子交换膜燃料电池的工作原理

(修改自www.pragma-industries.com)

耐腐蚀材料

3

钯的“黄金国”

由于铂族元素具有相似的性质,因此钯元素的出现总与其他铂族元素密不可分。

作为地球上最稀有的金属之一,开采铂族元素矿石的平均品位仅为5-15ppm。超过100种矿物当中含有铂族元素,例如砷钯矿、硫化镍铜矿、镍黄铁矿等。然而在大多数岩石中,铂族矿物非常小,直径从不到一微米到几百微米不等。

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PdAs扫描电镜电子显微照片,保加利亚斑岩型矿床中的铂族元素矿化

(图源Augé et al., 2005)

这些矿物多产于岩浆矿床、热液矿床和外生冲积、砂积矿床中,其中岩浆矿床占了绝大多数。

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全球不同类型的铂族元素矿床主要分布位置

(图源Burlakovs et al., 2020)

据美国地质调查局统计,全球已经探明的钯储量约为217吨,主要分布在俄罗斯,南非和加拿大等国家。

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世界主要国家钯储量(上)与世界PGM储量(下)

(数据来源美国地质调查局Mineralcommodity summaries, 2022)

著名铂族元素矿床包括南非独特的布什维尔德综合杂岩体俄罗斯的诺里尔斯克矿床美国的斯蒂尔沃特矿床

南非布什维尔德杂岩体具有规模最大的铂族元素矿床,提供了占全球约90%的铂族元素储量。沿着镁铁质-超镁铁质层状岩套断续分布着30多个PGE矿床,主要赋存在UG2铬铁岩矿层、梅林斯基矿层(MR)和普拉特接触带(PR)3个Cu-Ni-PGE层位。

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More

Bushveld综合杂岩体区域地质简图与矿床野外照片

(图源En.wikipedia.org)

横行“钯”道的价格

4

展望未来

对于不可或缺的钯元素,我国首要的奋斗方向:

1

解决铂族元素矿床的谜题

PGE矿床的物质来源、富集机制、赋存状态、矿化标志、大地构造背景与Pd的地化行为。

2

提高铂族元素分析测试水平

加大铂族元素标准物质的研制,逐步减少测试相对误差;

在分析方法上,对各项创新技术进行优化组合,达到多种元素的同时或连续测定;

在成本控制上,尽量通过改进各种分析联用技术,逐步降低分析成本

3

努力推动铂族金属的再回收利用

因铂族元素过于稀少,回收以二次利用铂族金属也成为了一个重要资源渠道。比如老式电话中的电触头以及汽车尾气催化剂回收等。

THE END
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