鈀(Palladium),是第五(wǔ)周期Ⅷ族鉑係元素,元素符(fú)號為(wéi)Pd。單質(zhì)為銀白色,質軟(ruǎn),有良好的(de)延展性和可塑性。塊狀金屬鈀易吸收大量氫氣,使體積脹大,變脆乃至破裂成碎(suì)片(piàn)。
圖1鈀金屬
1803年由英國化學家武拉斯頓從鉑礦中發現(xiàn),是航天、航空等高科(kē)技領域以及汽車製造業不可缺少的關(guān)鍵材料。
1. 物理性質
原子序數: |
46 |
熔點: |
1554°C |
質子數: |
46 |
沸點: |
2970°C |
原子量: |
106.42 |
密度(20°C): |
12.02g/cm3 |
莫氏硬度: |
4.75 |
聲傳速率: |
3070m/s |
晶(jīng)體結(jié)構: |
麵心立方 |
化合(hé)價 |
+2、+4 |
2. 化(huà)學性質
鈀(bǎ)晶體結構為麵心立方晶胞,每(měi)個晶胞含有4個金屬原子。晶胞參數a=389.07pm、b=389.07pm、c=389.07pm、α=90°、β=90°、γ=90°。電子層排布2-8-18-18。
鈀在空氣中加熱(rè)時,當溫度位於350-790°C,表麵生成氧化層,但高於此溫度時,氧化層又分解成金(jīn)屬,表麵恢複金屬光澤。鈀是鉑族金屬中抗腐蝕性能最差的金屬。硝酸能溶解(jiě)鈀,尤其是當存在氯化物絡合物時,如王水,鈀更(gèng)易腐蝕溶解。若鈀中含有其他鉑(bó)族元素時,將增強鈀的抗蝕性。鈀容易形成配位化合物,如K2[PdCl4]、K4[Pd(CN)4]、(Na2PdCl4)和Pd(NH3)4Cl2等。
3. 鈀的用途
鈀主要應用於航空航天(tiān)、化工、電子和首飾等(děng)領域,具體應用如下:
(1)屬於航天、航(háng)空、航海、兵器和核能等高科技領域以及汽車製造業不可缺少的(de)關鍵材料。
(2)化學工(gōng)程中作為主要催化(huà)劑:氧化鈀(PdO)和氫氧化鈀(Pd(OH)2)作為鈀(bǎ)催化劑(jì)的來源;氯化鈀、四硝基鈀酸鈉(nà)(Na2Pd(NO3)4)和(hé)其他(tā)絡鹽用於電(diàn)鍍行業。
(3)鈀金可製作電子及牙(yá)科醫(yī)療器具(jù),可與釕、銥等形成合金,提(tí)高電阻率、硬(yìng)度和強度,用於製(zhì)造精密電阻等。
(4)鈀金製成的首飾,不(bú)僅(jǐn)具有鉑金般自然天成的迷人光彩,而且經得住歲月的磨礪,曆久如新。
4. 鈀資源及二次循環利用
全世界70%的(de)鈀主要分布在俄羅斯。由(yóu)於中(zhōng)國鈀的礦產資源(yuán)匱乏(fá),因(yīn)而(ér)從(cóng)鈀的二次資源中回收鈀,就顯得十分重要戰略意義。含有鈀二次資源(yuán)主要包括:汽車廢催化劑,鈀(bǎ)炭廢催化劑,廢鈀電鍍液,含鈀廢電子元器件(集成電路(lù)板(bǎn)、接點、觸點,廢電子漿料)等。
由於鈀的二次資源(yuán)種類繁多,需要根據不同的二次(cì)資源原料特性製定合理回(huí)收工藝。對於氧化鋁(lǚ)載鈀廢催化劑,汽車廢催化(huà)劑等廢催化劑,一般(bān)采取“選擇性溶解載體→不溶渣→溶解貴金屬→分離提純”的工(gōng)藝(yì)技術路線。對於鈀炭廢催化劑、廢電子漿(jiāng)料,采用“焙燒→溶(róng)解貴金屬→分(fèn)離提純”的工藝技術路線(xiàn)。對於廢鈀電鍍液,采用“置換(huàn)→溶解貴金屬→分離提純” 的工藝技術路線。總之(zhī),任(rèn)何回收工藝,都必須(xū)要有完善的環(huán)保設施(shī),例如(rú)焙燒爐要配備完善(shàn)的收塵設施,廢氣、廢(fèi)水經過處理達標後才能排放。
5. 相關產品
(1)鈀膜
通常由(yóu)鈀(bǎ)合金軋製而成,可製成膜片,簡稱鈀膜。膜厚(hòu)通(tōng)常為(wéi)50~100微米(mǐ)。主要用(yòng)於氫氣的純化(huà),其原理是溶解—擴散模式,擴散的驅動力為膜兩(liǎng)側氫分壓差。
圖2鈀膜的氫氣選(xuǎn)透機製
(2)鈀管
鈀合金管俗稱鈀管,用於(yú)氫氣純化。純鈀(bǎ)的機械性能(néng)差、易氫脆,故鈀管的材料一般在鈀中(zhōng)添加適量的IB和VIII族元素,製成鈀合金,改善鈀的機械性能(néng)。最常用的鈀管材料中(zhōng),銀約占25%,其他成分(如金等)的含量<5%。
圖3鈀合金(jīn)管
(3)其它鈀合金
鈀合金是鈀與其他(tā)元素組成的合(hé)金。Pd-Au合金,含20%以上Au的鈀合金不溶於硝酸,由於熔點(diǎn)高和耐腐蝕,主要用於製造化(huà)工器皿。Pd-Ag合金,含Ag50%以(yǐ)下鈀合金,其耐蝕性接近於鈀,含50%Ag和10%Pt(Au)的Pd-Ag合金用(yòng)於(yú)製造光(guāng)學儀器耐蝕零件和表殼。Pd-Ir合金,由於(yú)Ir能顯著提高Pd的耐蝕性,主要(yào)用作電接觸點材料。
(4)鈀係化合物
鈀係化合物主要包括醋酸鈀、二氯四氨(ān)鈀(bǎ)、氯化鈀(bǎ)、硝酸鈀等,其產(chǎn)品標準(zhǔn)號分別為(wéi)YS/T 929-2013、YS/T 930-2013、GB/T 8185-2004、YS/T 931-2013。醋(cù)酸鈀屬於典(diǎn)型的在有機溶劑中可溶解的鈀鹽,能夠(gòu)廣泛地用於誘(yòu)導或催化各種類型的有機合成反應。二氯四氨鈀屬於可合成多種鈀化合物的原料,大量用來(lái)配製(zhì)鈀鍍槽液。氯化鈀用於(yú)製備特種催化劑、分子篩(shāi),也可用作配製非導體材料的鍍(dù)層。硝酸鈀用作分析試劑、催化劑和氧化劑,也用於氯(lǜ)和碘的分離,屬於合成多種鈀化(huà)合物和催化劑的原料。