Nadir ve Kıymetli Metaller Metalurjisi. Y.Doç.Dr. Işıl KERTİ

Transkript

1 Nadir ve Kıymetli Metaller Metalurjisi Y.Doç.Dr. Işıl KERTİ

2 Platin Grubu Metaller Periyodik tabloda VIII-B grubunun içinde yer alır. Bu grupta platin gibi altı tane kıymetli metal vardır: Rutenyum, Rodyum, Palladyum, Osmiyum, İridyum ve Platin. Bunlar platin grubu metalleri veya kısaca platin metalleri olarak bilinir. Bu elementler, kolaylık olması açısından 2 grup halinde incelenebilir. Birinci grupta atom ağırlıkları daha düşük olan ve yoğunlukları ,4 g/cm3 arasında değişen paladyum rodyum ve ruthenyum ve ikinci grupta ise, platin iridyum ve osmiyum gibi ağır olan üç metal bulunur.

3 Platin Platin, elementlerin periyodik tablosunda simgesi Pt olan, ağır, dövülebilir, sünek, grimsi beyaz renkli değerli bir metalik element.

4 Platinin Fiziksel Özellikleri Özellik Birim Değer Atomik Ağırlık [gr] 195,084 Atom Numarası 78 Ergime Sıcaklığı [ o C] 1768,3 Kaynama Sıcaklığı [ o C] 3825 Kristal Yapısı YMK Yoğunluk, 273 o K [g/cm 3 ] 21,45 Sertlik, Brinell [MPa] 392 Görünüş Grimsi beyaz

5 Platinin Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Saf haldeyken gümüşümsü beyaz renklidir. Korozyona dayanıklıdır. Platinin katalitik özellikleri çok üstündür. Yüksek aşınma direncine sahiptir. Altından daha kıymetlidir. Platin fiyatları, piyasadaki arz-talep dengesine göre değişmekle birlikte normalde altının iki mislidir. Platin havada hiçbir sıcaklıkta korozyona uğramaz, Platin, açık havada oksijen ve kükürt bileşikleriyle kolaylıkla birleşmez Siyanür, halojenler, kükürt, ve alkaliler tarafından korozyona uğratılır. Hidroklorik asit (HCl) ve nitrik asit (HNO3) içerisinde çözünmez. fakat kral suyu (Üç hacım HCl ile bir hacım HNO3) olarak bilinen karışımda kloro-platinik asit oluşturarak çözünür. Yüksek sıcaklıklarda platin, klor, flor, fosfor, arsenik ve kükürtle reaksiyon verir.

6 Platinin Kullanım Alanları Laboratuvar kaplarının, bozunmaya dayanıklı gereçlerin, tellerin ve ısıluçların yapımında, kuyumculukta, diş hekimliğinde ve elektrik kontaklarında Platin rezistans telleri, çok yüksek sıcaklıklarda çalışan elektrikli fırınların yapımında Arabalarda hava kirliliğini önleyici egzoz sistemlerindeki katalitik dönüştürücülerde ve bujilerin uçlarında Füzelerin uç konilerinin ve jet motorlarının ağızlıklarının kaplamasında, Büyük gemilerin, denizaltı boru hatlarının ve çelik desteklerin katodik koruma sistemlerinde de platinden yararlanılır.

7 Platinin Kullanım Alanları Sülfürik asit eldesinde ve petrol ürünlerinin işlenmesinde katalizör olarak platin kullanılmaktadır. Termokupullarda, elektrolizde kullanılan elektrotlarda Platin bileşiklerininse daha da yaygın kullanım alanları bulunur. Örneğin sisplatin, karboplatin ve okzaliplatinin DNA yapısı arasına girme özelliklerinden dolayı kanser tedavisinde kemoterapi sırasında kullanılabiliyor. Hekza kloroplatin asitse fotoğrafçılık, aynalar, mürekkep, porselen renklendirmesi, çinkonun aşındırılmasında kullanmaktadır.

8 Dünya Rezervleri Ve Kaynakları Altı tane olan platin grubu (Platin, iridyum, palladyum, rodyum, rutenyum, osmiyum) metallerine dünyanın her yerinde rastlanabilir. Genellikle aynı gruptaki bu metallerden birkaç elementi birlikte ihtiva eden yataklarda çok az miktarda bulunurlar. Bu altı metalden en kıymetlisi olan platin, dünya kabuğunda palladyumdan daha az, fakat diğer dördünden daha çok bulunur. Platin genellikle saf ya da iridyum ile alaşım halinde bulunur. Platin arsenik (sperilit minerali (PtAs2)), Kanada'daki Sudbury cevher yataklarında nikel cevherleriyle bir arada bulunan ana platin kaynağıdır.

9 Dünya Rezervleri Ve Kaynakları Daha nadir bulunan sülfürlü minerali kuperit ((Pt,Pd,Ni)S) ise platini, paladyum ve nikel ile birlikte içerir. Kuperit'e genellikle Transvaal'de (Güney Afrika) rastlanır. Platin daha çok diğer platin grubu metallerle (PGM) birlikte ve Witwatersrand (Güney Afrika), Kolombiya, Ontario, Ural Dağları, ve bazı batı Amerika eyaletlerindeki alüvyal plaser cevher yataklarında bulunur. Platin ticari anlamda Sudbury cevher yataklarındaki nikel cevherlerinin işlenmesi sırasında yan ürün olarak elde edilir. Bu cevherlerde platinin yalnızca 0,5 ppm (1 ppm = milyonda bir) mertebesinde bulunması bile platinin ne kadar kıymetli ve işlenmeye değer olduğunun bir göstergesidir.

10 Dünya Rezervleri Ve Kaynakları Dünya platin üretiminin hemen hemen tamamı Afrika Cumhuriyeti, (Ural) Rusya ve Kanada tarafından gerçekleştirilir. Geriye kalan çok az bir miktar ise esas olarak Kolombiya tarafından üretilmektedir. Dünya platin üretimi 1960 lı yıllarda ve 1970 li yılların başında hızla arttı ve yaklaşık 2 milyon onsa (62 ton) yükseldi. O yıllardan bu yana platine karşı hergün artan talep, üretimi teşvik etmektedir. Saf Platin İki aşamada üretilir. 1. aşama platin grubu matallerin üretimi 2. aşama platin grubu metallerden saf platinin ekstraksiyonu.

11 Platin grubu metalleri(pgm) üretimi Platin grubu üyelerini ayırma ve arıtma süreçleri, birbirine benzeyen bir dizi karmaşık kimyasal işlem içerir. İlk aşama, yalnızca platin ve paladyumu çözen sıcak altın suyuyla (nitrat ve hidroklorik asit karışımı), metalin işleme sokulmasıdır. Platin ve paladyum, amonyum tuzları halinde çöktürülür ve yüksek sıcaklıkta, metale indirgenir. 800 C de hidrojen bulunmayan ortamda: 3(NH4)2[PtCl6] 3Pt+2NH4Cl+16HCl+2N2 Hidrojen atmosferinde 350 C de (NH4)2[PtCl6]+2H2 Pt+2NH4Cl+4HCl

12 Platin grubu metalleri(pgm) üretimi Altın suyunda çözünmeyen bölüm, suda eriyen çift klorürleri vermesi için, 700 C ta, klor eşliğinde, erimiş sodyum klorürle (NaCl) işleme sokulur. Hiç bir aşamada çözünmeyen osmiyum, uçucu oksitler biçiminde son kalıntıdan elde edilir. Rutenyum ve rodyum, çift klorür çözeltisinden kükürt halinde çöktürülür. Sonradan, yeniden eritmeyle ayrılır ve ayrı ayrı çöktürülürler. Çift klorür çözeltisinden en son, oksit halde iridyum elde edilir. İridyum, hidrojenle işlenerek arı metale indirgenir.

13 Osmiyum Osmiyum, simgesi Os olan bir geçiş metalidir. Oda sıcaklığında g/cm³ ile bilinen en ağır yoğunluklu Gümüşi renkte metaldir. Yunanca koku manasına gelen osmë 'den gelir.

14 Osmiyumun Fiziksel Özellikleri Özellik Birim Değer Atomik Ağırlık [gr] 190,23 Atom Numarası 76 Ergime Sıcaklığı [ o C] 3033 Kaynama Sıcaklığı [ o C] 5012 Kristal Yapısı Sıkı paket hegzagonal Yoğunluk, 273 o K [g/cm 3 ] 22,59 Sertlik, Brinell [MPa] 3920 Görünüş Gümüşi

15 Osmiyumun Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri Platin grubu metaller arasında en yüksek erime noktası ve en düşük buhar basıncına sahiptir. Ayrıca Osmiyumun sıkıştırılabilirliği çok düşüktür. Osmiyum son derecede yoğun, mavi-gri renkte, yüksek sıcaklıklarda bile rengini ve parlaklığını koruyabilen sert ve kırılgan özellikte bir elementtir. Osmiyumun çok sert ve kırılgan oluşu, düşük buhar basıncı (platin grubu metaller arasında en düşüğü) ve çok yüksek erime noktasına (tüm elementler içerisinde en yükse 4. erime noktası) sahip olması nedeniyle katı osmiyum ve farklı formlarıyla çalışmak oldukça zordur. Osmiyum genellikle doğada en yoğun olarak bilinen elemetlerden biridir.

16 Osmiyumun Kullanım Alanları Osmiyum aşırı uçucu ve toksik oluşu nedeniyle saf olarak kullanılmaz ve genellikle diğer elementlerle alaşımlandırılır. Bu alaşımlar yüksek aşınma direnci istenen uygulamalarda kullanılmaktadır. Osmiyum alaşımları oldukça sert, diğer platin grubu metaller ile birlikte aşınmaya karşı dayanım istenen dolma kalem uçlarında, elektrik kontaklarında, enstrüman millerinde kullanılmaktadır. İlk fonograf tasarımlarında iğne uç olarak osmiyumdan yapılmıştır. Osmiyum tetraoksit, parmak izi tespitinde ve mikroskopla incelenmek üzere hazırlanan yağlı doku preparatlarının boyanmasında kullanılır. Osmiyum kuvvetli bir oksidan olarak yağları tutar ve bu nedenle biyolojik zarların onarılmasını sağlar. %90 platin ve %10 luk osmiyum alaşımı tıpta da cerrahi protezlerde kullanılmaktadır.

17 Dünya Rezervleri Ve Kaynakları Osmiyum kıta kabuğunda 0,05 ppb ortalama kütle oranı ile ençok bulunan elementlerden biridir. Osmiyum ayrı bir element olarak veya doğal alaşım, özellikle iridyum-osmiyum alaşımları, osmiridyum (osmiyum zengin) ve iridiosmiyum (iridyum zengin) halinde doğada bulunur. Nikel ve bakır yataklarında platin grubu metaller telluridler (örneğin PtBiTe), antimonidler (örneğin PdSb) ve arsenidler (örneğin, PtAs 2 ) gibi sülfidler halinde bulunurlar ve tüm bu bileşiklerde platin,iridyum ve osmiyumun küçük miktarları ile değiştirilir. Platin grubu metallerin tümünde olduğu gibi osmiyumda doğal nikel ve bakır alaşımı olarak bulunabilir..

18 Dünya Rezervleri Ve Kaynakları Yerkabuğunun yapısında,osmiyum iridyum gibi yüksek konsantrasyonda ve magmatik birikintiler, sıkışmış kraterlerde ve yeniden şekillenmiş eski yapılarda olmak üzere üç tip jeolojik yapıda bulunmaktadır. Bilinen en büyük rezervleri Güney Afrika-Bushveld magmatik kompleksinde bulunmaktadır. Rusya-Norilsk ve Kanada-Sudbury Havzası da zengin bakır-nikel yataklarıyla önemli Osmiyum kaynaklarıdır. Kolombiya-Choco bölgesinde bulunan alüvyal bölge ise eski çağlardan beri platin grubu metaller için kaynak olarak kullanılmaktadır. İkinci büyük alüvyal kaynaklar ise hala mayınlı bölge olan Ural dağları-rusya sınırlarında bulunmaktadır.

19 İridyum İridyum, sembolü Ir olan kimyasal element. İridyum metali 1803 yılında Smithson Tennant tarafından keşfedildi. Çok sert, kırılgan, gümüş beyazı renginde platin ailesinden bir geçiş metali olan iridyum en yoğun ikinci elementtir

20 İridyumun Fiziksel Özellikleri Özellik Birim Değer Atomik Ağırlık [gr] Atom Numarası 77 Ergime Sıcaklığı [ o C] 2466 Kaynama Sıcaklığı [ o C] 4428 Kristal Yapısı Yüzey Merkezli Kübik Yoğunluk, 273 o K [g/cm 3 ] 22,56 Sertlik, Brinell [MPa] 1670 Görünüş metalik beyaz

21 İridyumun Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri iridyum en yoğun ikinci elementtir 2000 C gibi sıcaklıklarda bile korozyona karşı yüksek dayanıklılık gösterir. Toz halindeki iridyum reaktif ve hatta yanıcı olabilmektedir Saf iridyuma altın suyu dahil hiçbir asit etkimez. Erimiş alkalilerden hafifçe etkilenir.

22 İridyumun Kullanım Alanları Hazırlanması ve işlenmesi zor olduğundan, saf haldeki iridyumun hava ortamında çok yüksek sıcaklıklarda kullanılan krozelerin dışında yalnızca birkaç uygulama alanı vardır. Elektrik kontaklarında, özel saklama kaplarının yapımında, kansere karşı radyasyon tedavisinde, derialtı iğnelerinde ve helikopter bujilerinde kullanılır. Daha çok yüksek alaşım biçiminde kullanılır. Yüzde 5-10 arası iridyum içeren platin iridyum alaşımları kolayca işlenebilen saf yumuşak platine göre daha sert ve kimyasal etkilere karşı daha dayanıklı malzemelerdir. Bu tür alaşımlar mücevherlerde, kalem uçlarında ameliyat iğnelerinde ve millerde, elektrik, kontaklarında ve ateşleme malzemelerinde kullanılır.

23 Dünya Rezervleri Ve Kaynakları İridyum metalinin kendi minerali olmayıp platin elementleri birlikte az miktarda bulunur. Yer kabuğunda nadir bulunan, yıllık üretim ve tüketimi sadece 3 ton olan buna rağmen özel endüstriyel ve bilimsel uygulamalarda kullanılan bir metaldir.

24 İridyum Üretimi Mineralindeki altın, palladyum, platin metalleri uzaklaştırılır. Geriye kalan kalıntı sodyum bisülfat ile eritilerek su ile çözdürülerek Rh 2 (SO 4 ) 3 çözeltisi elde edilir. Çözeltide çözünmeden kalan kısım iridyum içerir. Bu kalıntının Na 2 O 2 ile eritilip su ile çözdürülmesi ile IrO 2 elde edilir. Oluşan oksidin kral suyunda (HNO 3 :HCl 1:3) çözünmesi ile saf (NH 4 ) 3 IrCl 6 çözeltisi elde edilir. Çözücünün kuruyana kadar evoparatör ile uzaklaştırılması ile geriye kalan kalıntının hidrojen gazı altında yakılması sonucunda saf iridyum elde edilir.