鉑族

鉑系金屬包括鉑（Pt）、鈀（Pd）、鋨（Os）、銥（Ir）、釕（Ru）、銠（Rh）六種金屬。

鉑系金屬以其特別可貴的性能和資源珍稀而著稱；與金、銀合稱“貴金屬”。但其發現與利用相對於金、銀來說要晚得多。金、銀飾品在人類紀元之前的墓葬中就有發現，而人類對鉑系金屬的了解和利用，不過兩百多年的歷史。其中鉑發現最早，1735年由尤爾洛（A.De.Ulloa）發現，其餘幾種元素都遲至19世紀才陸續有所了解，如鈀是1804年由沃拉斯頓（W.H.Wollaston）發現，釕是1845年科勞斯（K.Claus）發現。雖然發現較晚，但很快了解到它們有一些可貴的功能，因而被廣泛應用於現代工業和尖端技術中。因此被稱為“現代貴金屬”。據報道，從公元前4000年到19世紀末，全球累計產金2.9萬t，19世紀世界平均年產金123t；到1973～1980年，世界平均年產金量達1375t。鉑族金屬的世界產量從1969年開始超過100t，80年代末便翻了一番，達到200t，90年代初年產近300t。從這些數據不難體會出“貴金屬”與“現代貴金屬”深層的涵義：二者都是珍稀而貴重，而鉑系元素雖然絕對數量比不上金、銀，但其發展的速度深刻體現出“現代”的涵義。

鉑系金屬既具有相似的物理化學性質，又有各自的特性。它們的共同特性是：除了鋨和釕為鋼灰色外，其餘均為銀白色；熔點高、強度大、電熱性穩定、抗電火花蝕耗性高、抗腐蝕性優良、高溫抗氧化性能強、催化活性良好。各自的特性又決定了不同的用途。例如鉑還有良好的塑性和穩定的電阻與電阻溫度係數，可鍛造成鉑絲、鉑箔等；它不與氧直接化合，不被酸、鹼侵蝕，只溶於熱的王水中；鈀可溶於濃硝酸，室溫下能吸收其體積350～850倍的氫氣。銠和銥不溶於王水，能與熔融氫氧化鈉和過氧化鈉反應，生成溶解於酸的化合物；鋨與釕不溶於王水，卻易氧化成四氧化物。

目前已發現200餘種鉑系元素礦物。可分為4大類：①自然金屬：自然鉑、自然鈀、自然銠、自然鋨等；②金屬互化物：鈀鉑礦、鋨銥礦、釕鋨銥礦，以及系族金屬與鐵、鎳、銅、金、銀、鉛、錫等以金屬鍵結合的金屬互化物；③半金屬互化物：鉑、鈀、銥、鋨等與鉍、碲、硒、銻等以金屬鍵或具有相當金屬鍵成分的共價鍵型化合物；④硫化物與砷化物。工業礦物主要有砷鉑礦、自然鉑、等軸鉍碲鈀礦、碲鈀礦、砷鉑鋨礦、碲鈀銥礦及鉍碲鈀鎳礦。砷鉑礦和等軸鉍碲鈀礦多見於原生鉑礦床，自然鉑多產於砂鉑礦。

鉑系金屬礦物在礦石中的含量一般甚微，以每噸幾克（g/t）計，礦物顆粒小，六個元素在不同的礦床中含量各異。如南非的布希維爾德雜岩中鉑是主要元素，以鉑為100的話，鈀為40，釕為10，銠為6，銥為1，鋨不及1。俄羅斯的諾里爾斯克則以鈀為主（是鉑的3倍）。加拿大的薩德伯里礦石中鉑、鈀比率接近。

鉑系金屬在礦石中常以有色金屬的硫化物、砷化物和硫砷化物為其主要的載體礦物，特別是自然金、自然銀、黃銅礦、磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、輝砷鎳礦與斑銅礦等，如在自然金中鉑可達600 g/t，鈀達1000 g/t；黃銅礦中的含鈀量是磁黃鐵礦中的100倍。

鉑系金屬早期主要用作首飾，本世紀50年代后開始大量應用於石油、汽車、電子、化工、原子能，以至環境保護行業。它們在這些工業中用量不大，但起著關鍵的作用，故素有“工業維生素”之稱。

鉑的用途最廣，可單獨或與其他鉑系金屬聯合使用。鉑可作製造硝酸與氨的催化劑，生產高質量的航空汽油；電器與電子工業上的接觸點和鉑銠合金熱電偶、鉑銥火花塞電極；玻璃工業上用作鉑坩堝；國防工業上可製造導彈發射燃料——過氧化氫的催化劑與宇宙飛行器的燃料電池電極等。鈀主要作低電流的接觸點和化工中的催化劑；鈀合金管可作提純氫氣用的擴散設備。銠對可見光譜的反射率高，故可用作反射鏡面；銥、鋨、釕作為鉑和鈀的添加劑，提高它們的硬度、抗拉強度、耐蝕性和熔點。銥的耐磨性使之可用作鋼筆的筆尖。

目前鉑系元素用得最多的是觸媒劑和汽車工業，1996年全球消耗的143t鉑系金屬中這兩大用戶分別占消耗量的35.8%和28%。用於汽車尾氣凈化催化劑的貴金屬用量增長很快。目前全球每年生產蜂窩狀催化劑5 000多萬個，每個需用鉑系金屬1.2g。1993年僅此一項就花去鉑53t、鈀22t、銠11t，總共86t，占當年鉑、鈀工業用量的50%，銠用量的90%。近年來正在研究改用較便宜的含鈀催化劑代替鉑-鈀-銠三元催化劑。

1778年哥倫比亞發現砂鉑礦，並開始採掘。1817年俄羅斯發現烏拉爾彼爾姆砂鉑礦並予以利用。南非1908年開始開採原生鉑礦。從19世紀後期到20世紀50年代后，美國、澳大利亞、日本、芬蘭、紐西蘭，以及一大批發展中國家（如中國、緬甸、巴西、智利、衣索比亞、獅子山、剛果·金、尚比亞）先後發現鉑礦，但從儲量到產量，仍一直由俄羅斯、南非與加拿大三國執世界之牛耳。

早期以開採砂礦為主，主要是哥倫比亞與俄國。到19世紀後期，加拿大發現大型原生礦。本世紀20年代南非發現布希維爾德礦床，使原生鉑開始取代砂礦。隨後原蘇聯在60年代發現了諾里爾斯克鉑礦，美國發現斯蒂爾沃特鉑礦，使原生鉑礦完全取而代之。

我國是鉑系金屬稀缺的國家之一。50年代前只有個別小型砂鉑礦，1959年發現金川含鉑銅鎳礦，1966年鎳電解車間投產，鉑系金屬的生產與利用才有了轉機。70年代相繼發現了一些小礦體，開始利用低品位的含鉑貧礦，也從多金屬礦石與斑岩銅礦石的冶鍊過程中回收一些鉑族金屬；並對鉑礦進行了較多的地質地球化學研究，但找礦勘探方面始終未有大的突破；相反，隨著經濟的發展，鉑系金屬的供需矛盾日趨尖銳，靠進口彌補不足。資源分佈集中。我國的鉑系金屬資源95%以上分佈於甘肅、雲南、四川、黑龍江和河北5省，其中僅甘肅省就佔全國儲量的57.5%。這幾個省的儲量集中於甘肅金川、雲南金寶山和四川楊柳坪三個大型礦床。