鈀(Palladium),是第(dì)五周期Ⅷ族鉑係(xì)元素,元素(sù)符(fú)號為(wéi)Pd。單質為銀白色,質軟,有良好的延展性和(hé)可塑性。塊狀金屬鈀易吸收大量氫氣,使體積脹大(dà),變(biàn)脆乃至破裂成碎片(piàn)。
圖1鈀金屬
1803年由英國化學家武拉斯頓從鉑礦(kuàng)中發現,是航天、航空等高科技領域以(yǐ)及汽車製造業不可缺少的關鍵材料。
1. 物(wù)理性質
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原子序數: |
46 |
熔點: |
1554°C |
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質(zhì)子數: |
46 |
沸點: |
2970°C |
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原子量: |
106.42 |
密度(20°C): |
12.02g/cm3 |
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莫氏硬度: |
4.75 |
聲傳(chuán)速率: |
3070m/s |
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晶體結構: |
麵心(xīn)立方 |
化合價 |
+2、+4 |
2. 化學性質
鈀晶體結構(gòu)為麵心立方晶胞,每個晶胞含有(yǒu)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(pái)布2-8-18-18。
鈀在空(kōng)氣中加熱時,當溫度位於350-790°C,表麵生成氧化層,但高於此溫度時(shí),氧化(huà)層又(yòu)分解成金屬(shǔ),表麵恢複金屬光澤。鈀是鉑族金屬中抗腐蝕性能最差的金(jīn)屬。硝酸能溶解鈀,尤其是當存在(zài)氯化物絡合物時,如王水,鈀更易腐蝕溶解。若鈀中含有其他鉑族元素時,將增強鈀(bǎ)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(bǎ)的用途
鈀主要應用於航空航天、化工、電(diàn)子和首飾等領域,具體應用如下:
(1)屬於航天、航空、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關鍵材料。
(2)化學工程中作為主要催化劑(jì):氧化鈀(PdO)和氫氧化鈀(Pd(OH)2)作為鈀催化劑的(de)來源;氯化鈀、四硝基鈀酸鈉(Na2Pd(NO3)4)和其(qí)他絡鹽用於電(diàn)鍍行業。
(3)鈀(bǎ)金可製作電(diàn)子及(jí)牙科醫療器具,可與釕、銥等形成合金,提高電阻率、硬度和強度,用(yòng)於製造(zào)精密電阻等。
(4)鈀金製(zhì)成的首飾,不僅具有鉑金般自然天成的迷(mí)人光彩,而且經得住歲月的磨礪,曆久如新。
4. 鈀資源及(jí)二次循環利用
全世界70%的鈀主要分布在(zài)俄(é)羅(luó)斯。由於中(zhōng)國鈀的礦產資源匱乏,因而從鈀的二次資源中回收鈀,就顯得十分重要戰略意(yì)義。含有(yǒu)鈀二次資源(yuán)主要包括:汽(qì)車廢(fèi)催化劑,鈀炭廢催化劑,廢鈀(bǎ)電(diàn)鍍液,含鈀廢電子元器件(集成電路板、接點、觸點,廢電子漿料)等(děng)。
由於鈀(bǎ)的二次資源種類繁多,需要根據不同的二次資源原料特性製定合理(lǐ)回收工藝。對於氧化鋁載鈀廢催(cuī)化劑,汽車廢催化劑等廢催化劑,一般(bān)采取“選擇性溶解載體(tǐ)→不溶渣→溶解貴金屬(shǔ)→分離提純”的工藝技術路線。對於鈀炭廢催化劑(jì)、廢(fèi)電子漿料,采用“焙燒→溶解貴金屬→分離提純”的工藝技術路線(xiàn)。對於廢鈀電鍍液,采用“置換→溶解貴金屬→分離提純” 的工(gōng)藝技術路線。總之,任何回收工(gōng)藝,都必須要有完善的(de)環保設施,例如焙燒爐要(yào)配備完善的收塵(chén)設施,廢氣、廢水經過處理達(dá)標後才能排放。
5. 相關產品(pǐn)
(1)鈀膜
通常由鈀合金軋製而成,可製成膜片,簡稱鈀膜。膜厚通常(cháng)為50~100微米。主要用於氫氣的純化,其原理是溶解—擴散模式,擴散的驅動力為(wéi)膜兩側氫分壓差。
圖2鈀膜的氫氣選透機製
(2)鈀管
鈀合金(jīn)管俗稱鈀(bǎ)管,用於氫氣純化。純(chún)鈀的機械性能差、易氫(qīng)脆,故鈀管的材料一般在鈀(bǎ)中添加適量的IB和VIII族元素,製成鈀(bǎ)合金,改善鈀的機械性能。最常用的鈀管材料中,銀約占25%,其他成分(fèn)(如金等)的含量<5%。
圖3鈀合金管
(3)其它(tā)鈀(bǎ)合金
鈀(bǎ)合金是鈀與其他元素組成的合金(jīn)。Pd-Au合金(jīn),含20%以上Au的鈀合金(jīn)不溶於硝酸,由於熔點高(gāo)和(hé)耐腐蝕(shí),主要(yào)用於製造化工器皿。Pd-Ag合金,含(hán)Ag50%以(yǐ)下(xià)鈀合金,其耐蝕性(xìng)接近於鈀,含50%Ag和10%Pt(Au)的Pd-Ag合金用於製造光學儀器耐蝕零件和表殼。Pd-Ir合金,由於Ir能顯著提高Pd的(de)耐蝕性,主要用作電接觸點材料。
(4)鈀係化合物
鈀係化合物主(zhǔ)要包(bāo)括醋酸鈀、二氯(lǜ)四氨鈀、氯(lǜ)化鈀、硝酸鈀等,其產品標準號(hào)分別(bié)為YS/T 929-2013、YS/T 930-2013、GB/T 8185-2004、YS/T 931-2013。醋酸鈀屬於(yú)典型的在有機溶劑中可溶解的鈀鹽(yán),能(néng)夠廣泛地用於誘導或(huò)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(yòng)來配(pèi)製鈀鍍槽液。氯化鈀用於製備特種催(cuī)化劑(jì)、分子篩,也可用作配製非導體材料(liào)的鍍層。硝酸鈀用作分析試劑、催化劑和氧化劑,也用於氯和碘的分離,屬於(yú)合成多種鈀化合物(wù)和催化劑的原料。