پلاتین: ویژگی ها و کاربردهای این فلز گرانبها

پلاتین یکی از فلزات گرانبها و نادر است که به دلیل زیبایی و ویژگی های منحصر به فردش در صنایع مختلف، از جمله جواهرسازی، پزشکی و مهندسی الکترونیک کاربردهای گسترده ای دارد. با چگالی بالا و مقاومت عالی در برابر خوردگی، این فلز نه تنها به عنوان یک ماده تزئینی در زیورآلات، بلکه به عنوان یک ماده حیاتی در تجهیزات پزشکی و صنایع خودروسازی نیز شناخته می شود. در این مقاله به بررسی خواص، تاریخچه، روش های تولید و کاربردهای مختلف پلاتین خواهیم پرداخت.

خواص

پلاتین فلزی با ویژگی های منحصر به فرد است که آن را به یکی از ارزشمندترین فلزات در جهان تبدیل کرده است. این فلز با نماد اتمی Pt و شماره اتمی 78، به دسته فلزات گذار تعلق دارد و به خاطر چگالی بسیار بالا، حدود 21.45 گرم بر سانتی متر مکعب، شناخته می شود. یکی از ویژگی های برجسته پلاتین، نقطه ذوب بسیار بالا معادل 1768.3 درجه سلسیوس (3214.9 درجه فارنهایت) و نقطه جوش 3825 درجه سلسیوس (6917 درجه فارنهایت) است.

پلاتین همچنین دارای سختی بین 4 تا 4.5 بر اساس مقیاس Mohs است که نشان دهنده قابلیت آن در مقاومت در برابر خراش و فرسایش است. به علاوه، این فلز به دلیل طبیعت مقاوم و بی نقصش به عنوان یک رسانای الکتریکی عالی شناخته می شود و همچنین قابلیت چکش خواری و ابعادپذیری بالایی دارد، به این معنی که می توان آن را بدون شکستن یا کاهش استحکام شکل داد.

از دیگر خواص مهم پلاتین، سازگاری زیستی آن است. این فلز غیرسمی و پایدار است و به همین دلیل در تجهیزات پزشکی و ایمپلنت ها مورد استفاده قرار می گیرد. تحقیقات اخیر نشان داده است که پلاتین می تواند رشد برخی از سلول های سرطانی را مهار کند، که این موضوع به افزایش توجه به کاربردهای پزشکی آن افزوده است.

ویژگی ها

پلاتین به علت ویژگی های خاص خود در زمینه های مختلف صنعتی و زینتی به کار می رود. این فلز یکی از متراکم ترین عناصر فلزی است و تقریباً دو برابر بیشتر از سرب چگالی دارد. ثبات ساختاری و بالای آن باعث می شود که پلاتین مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی و عوامل محیطی داشته باشد، که این ویژگی ها آن را برای استفاده در شرایط دشوار و خورنده مناسب می کند.

علاوه بر این، پلاتین به عنوان یک رسانای الکتریکی خوب شناخته می شود. این ویژگی سبب می شود که این فلز در صنایع الکترونیکی، به ویژه در تولید قطعاتی مانند خازن ها و میکروچیپ ها، به کار رود. همچنین، پلاتین فلزی چکش خوار و قابل تغییر شکل است، به این معنی که می توان آن را به اشکال مختلف درآورد بدون آنکه شکسته یا تغییر ساختاری پیدا کند.

یکی دیگر از ویژگی های منحصر به فرد پلاتین، بی سامانی شیمیایی آن است. این فلز غیر سمّی و غیر واکنش پذیر است، به همین دلیل برای استفاده در ایمپلنت های پزشکی بسیار مناسب است. مطالعه های اخیر نشان داده است که پلاتین می تواند رشد برخی سلول های سرطانی را متوقف کند، که این ویژگی مثبت پلاتین به انبوه کاربردهای پزشکی و دارویی آن افزوده است.

تاریخچه

تاریخ پلاتین به قرن ها قبل و به دوران باستان بازمی گردد. شواهد نشان می دهد که آلیاژی از فلزات گروه پلاتین (PGMs)، که شامل پلاتین است، برای تزئین تابوت تِبِس، یک قبر مصری مربوط به حدود 700 سال قبل از میلاد استفاده شده است. این اولین استفاده شناخته شده از پلاتین به حساب می آید، اگرچه قبل از ورود اروپایی ها، ساکنان آمریکای پیشاکلمبی نیز زیورآلاتی از آلیاژهای طلا و پلاتین تولید می کردند.

اسبانیوها که در قرن 16 میلادی به آمریکای جنوبی سفر کردند، نخستین اروپاییانی بودند که با این فلز آشنا شدند. آن ها این فلز را مزاحم در جستجوی نقره می پنداشتند زیرا شباهت ظاهری آن به نقره می پرداخت. آنان به این فلز لقب "پلاتینا" دادند که نسخه ای از کلمه اسپانیایی "پلاتا" به معنای نقره است. این نام به دلیل کشف این فلز در شن های کنار رودخانه پینتو در کلمبیا به آن اطلاق شد.

در 18 قرن، چندین شیمیدان انگلیسی، فرانسوی و اسپانیایی به مطالعه و تحقیق در مورد این فلز پرداختند. اما، فرانسوا چابنو در سال 1783 اولین نفری بود که نمونه خالصی از پلاتین را تولید کرد. در سال 1801، ویلیام وولاستون، شیمیدان انگلیسی، روشی برای استخراج مؤثر این فلز از کانی ها ابداع کرد که شباهت زیادی به فرآیندهای امروزی دارد. با گذشت زمان، پلاتین به کالایی با ارزش بین طبقات ثروتمند و سلطنتی تبدیل شد.

اولین تولید و کشف بزرگ

در اواسط قرن 18، پلاتین تحت مطالعه تعدادی از شیمیدانان در کشورهای مختلف قرار گرفت، اما فرانسوا چابنو بود که در سال 1783 موفق به تولید اولین نمونه خالص از این فلز شد. این دستاورد آغازگر دوره ای جدید در تحقیق بر روی پلاتین و کاربردهای آن بود که به زودی به محبوبیت رسید.

در سال 1801، شیمیدان انگلیسی ویلیام وولاستون روش موثری برای استخراج پلاتین از کانی ها کشف کرد. این روش، که هنوز هم تا حد زیادی مشابه فرآیندهای مدرن است، باعث شد که تولید پلاتین به صورت تجاری گسترده تر شود. این دستیابی به تولید انبوه پلاتین به گونه ای بود که بلافاصله این فلز به یکی از گران بهاترین و مورد علاقه ترین مواد در بین اشراف و ثروتمندان تبدیل گردید.

با افزایش تقاضا برای پلاتین، ذخایر بزرگ آن در کوه های اورال در سال 1824 و سپس در کانادا در سال 1888 کشف شد. اما کشف مهمی که به طور چشمگیری آینده پلاتین را تغییر داد، در سال 1924 اتفاق افتاد. در این سال، یک کشاورز در آفریقای جنوبی در بستر یک رودخانه به یک تکه پلاتین برخورد کرد. این کشف منجر به شناسایی سازند آذرین بوشولد شد، که بزرگ ترین ذخیره پلاتین در جهان محسوب می شود و تأثیر عمیقی بر بازار و صنعت پلاتین گذاشت.

کاربردهای اخیر پلاتین

در نیمه ی دوم قرن 20، پلاتین به تدریج وارد دنیای صنعتی شد و به یکی از فلزات کلیدی در بسیاری از صنایع تبدیل گشت. در حالی که برخی از کاربردهای صنعتی پلاتین، مانند پوشش های شمع موتور، از سال ها پیش وجود داشتند، بیشترین نوآوری ها و توسعه ها از سال 1974 به بعد آغاز شد. این سال، با وضع مقررات کیفیت هوا در ایالات متحده، آغاز عصر کاتالیست ها بود که تأثیرات عمیقی بر مصرف پلاتین داشت.

در حال حاضر، پلاتین به عنوان یک ابزار سرمایه گذاری مورد توجه قرار گرفته و در بازارهای بورس نیویورک و مرکز پلاتین و پالادیوم لندن معامله می شود. تقاضا برای این فلز به ویژه به علت کاربرد آن در کاتالیست های خودروسازی، الکترونیک، پزشکی و دارویی افزایش یافته است. کاتالیست ها نقشی حیاتی در کاهش آلاینده ها و بهبود کیفیت هوا دارند و پلاتین به عنوان یکی از بهترین گزینه ها برای این هدف شناخته می شود.

علاوه بر صنایع خودروسازی و الکترونیکی، نقش پلاتین در حوزه پزشکی نیز رو به رشد است. فلز پلاتین به دلیل ویژگی های ضدسرطانی و استفاده در الکترودهای دستگاه های پزشکی مانند پیس میکرها و ایمپلنت های شنوایی و بینایی، مورد توجه قرار دارد. به طور کلی، کاربردهای اخیر پلاتین به وضوح نشان دهنده ی اهمیت و ارزش این فلز در دنیای معاصر است.

تولید پلاتین

تولید پلاتین به طور عمده در معادن پلاتین و فلزات گروه پلاتین (PGM) انجام می شود. این فلز معمولاً به شکل رسوبی در لایه های خاک یا سنگ پیدا می شود و از آنجایی که بیشتر در ذرات نادر تر یافت می شود، استخراج آن فرآیند پیچیده ای دارد. پلاتین اغلب از کانی های سرپینتیلیت و کوپرایت استخراج می شود که حاوی ترکیبات سنگین این فلز هستند.

پلاتین به طور طبیعی همراه با سایر فلزات گروه پلاتین وجود دارد. در مجمع الجزایر بوشولد در آفریقای جنوبی و چندین معدن دیگر، این فلز در مقادیر کافی وجود دارد که استخراج اختصاصی از این فلزات اقتصادی است. اما در معادن نیکل و مس در مناطق نورلسک روسیه و سادبری کانادا، پلاتین و سایر فلزات گروه پلاتین به عنوان محصولات جانبی استخراج می شوند.

فرآیند استخراج پلاتین بسیار سرمایه بر و نیروی کار زیادی نیاز دارد. تولید یک اونس تروی (معادل 31.135 گرم) پلاتین خالص ممکن است تا 6 ماه زمان و 7 تا 12 تن سنگ نیاز داشته باشد. اولین قدم در این فرآیند، خرد کردن سنگ های حاوی پلاتین و غوطه ور کردن آن ها در یک محلول حاوی آب است که به آن شناور سازی می گویند. در این فرآیند، هوا به داخل محلول پمپاژ می شود که ذرات پلاتین به سطح شناور می شوند و برای تصفیه بیشتر برداشت می شوند.

مراحل نهایی تولید

پس از اینکه فرآیند اولیه استخراج پلاتین به اتمام رسید و پودر متمرکز حاوی کمتر از 1٪ پلاتین به دست آمد، این پودر باید مراحل نهایی تصفیه را طی کند. در این مرحله، پودر به دمایی بالاتر از 1500 درجه سلسیوس (2732 درجه فارنهایت) در کوره های الکتریکی گرم می شود. در طی این فرآیند، هوا به داخل کوره دمیده می شود تا ناخالصی های آهن و گوگرد حذف شوند.

پس از این مرحله، تکنیک های الکترولیتی و شیمیایی برای استخراج نیکل، مس و کبالت مورد استفاده قرار می گیرند که نتیجه آن تمرکز 15-20٪ فلزات گروه پلاتین (PGMs) خواهد بود. یکی از مراحل کلیدی در تولید خالص پلاتین، حل کردن فلز در محلول آبی است که به نام "آکوا ریجیا" شناخته می شود. این ترکیب شامل نیتریک اسید و هیدروکلریک اسید است که برای حل کردن فلز از مواد معدنی به کار می رود و کلرین ایجاد می کند که به پلاتین متصل شده و اسید کلروپلاتینیک را تشکیل می دهد.

سرانجام، با استفاده از کلرور آمونیوم، اسید کلروپلاتینیک به آمونیوم هگزا کلروپلاتینات تبدیل می شود که این ترکیب می تواند در نهایت سوزانده شده و پلاتین خالص تولید کند. این مراحل نهایی تولید نه تنها زمان بر بلکه به دقت بالا و تجهیزات پیشرفته نیاز دارد تا کیفیت پلاتین حاصل تضمین شود.

بزرگ ترین تولیدکنندگان پلاتین

تولید پلاتین در سطح جهانی، تحت تأثیر چند کشور خاص قرار دارد و تمرکز منابع عمده پلاتین در این مناطق، نقش مهمی در تأمین بازار جهانی دارد. بر اساس آمارهای موجود از اداره زمین شناسی ایالات متحده (USGS)، آفریقای جنوبی به عنوان بزرگترین تولیدکننده پلاتین در جهان شناخته می شود و به تنهایی بیش از 75٪ از تقاضای جهانی این فلز را تأمین می کند.

پس از آفریقای جنوبی، روسیه یکی از بزرگ ترین تولیدکنندگان پلاتین است که سالانه حدود 25 تن از این فلز را تولید می کند. به علاوه، زیمباوه نیز با تولید حدود 7.8 تن پلاتین، به عنوان یکی از تأمین کنندگان کلیدی این فلز در منطقه شناخته می شود.

علاوه بر این کشورها، چندین شرکت بزرگ از جمله Anglo Platinum (Amplats)، Norilsk Nickel و Impala Platinum (Implats) از بزرگ ترین تولیدکنندگان پلاتین در سطح جهانی هستند. این شرکت ها نه تنها به تامین تقاضای بازار داخلی بلکه به صادرات پلاتین به بازارهای بین المللی نیز مشغول هستند.

جالب است که در سال 2012، حدود 30٪ از 8.53 میلیون اونس پلاتین تولیدی در دنیا از منابع بازیافتی به دست آمده است. این نکته نشان دهنده اهمیت پلاتین به عنوان یک عنصر قابل بازیافت و مؤثر در حفاظت از منابع طبیعی است و می تواند در کاهش اثرات زیست محیطی مرتبط با استخراج اولیه فلزات نقش داشته باشد.

کاربردها

پلاتین به عنوان یکی از فلزات گران بها و با ارزش در صنایع مختلف کاربردهای گسترده ای دارد. با تولید تنها حدود 192 تن در سال، این فلز در بسیاری از محصولات روزمره ضروری است. یکی از بزرگ ترین کاربردهای پلاتین، صنعت جواهرسازی است که به تنهایی حدود 40٪ از تقاضای بازار پلاتین را به خود اختصاص می دهد. این فلز به دلیل دوام و زیبایی اش، در تولید آلیاژهایی که طلا را سفیدتر می کند، به کار می رود و تخمین زده می شود که بیش از 40٪ از حلقه های عروسی فروخته شده در ایالات متحده دارای مقداری پلاتین هستند.

علاوه بر Jواهرسازی، پلاتین در صنایع خودروسازی نیز کاربرد مهمی دارد. این فلز به عنوان کاتالیست در کاتالیست های خودرو مورد استفاده قرار می گیرد و نقش کلیدی در کاهش گازهای مضر در اگزوز ایفا می کند. نوشیدنی های کربنات دار، تصفیه هیدروکربن ها و تولید سوخت با اکتان بالا نیز دیگر کاربردهای پلاتین در این بخش هستند.

در صنایع الکترونیکی، پلاتین در ساخت ترانزیستورها و دیودهای نیمه رسانا به کار می رود. از crucibles (ظروف مخصوص) ساخته شده از پلاتین برای تولید کریستال های نیمه رسانا استفاده می شود، در حالی که آلیاژهای پلاتین در ساخت دیسک های مغناطیسی برای هارد دیسک های کامپیوتر و تماس های الکتریکی در کنترل های خودرویی به کار می روند.

در حوزه پزشکی، پلاتین به دلیل خاصیت غیرسمی و سازگاری زیستی اش در ایمپلنت ها و دستگاه های پزشکی مانند پیس میکرها، به کار می رود. این فلز همچنین در تولید داروهای ضدسرطان مانند کاربوپلاتین و سیس پلاتین استفاده می شود.

به طور خلاصه، کاربردهای پلاتین در صنایع مختلف باعث شده است که این فلز جایگاه ویژه ای در اقتصاد جهانی و زندگی روزمره پیدا کند و ویژگی های فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد آن، به افزایش تقاضا و محبوبیت آن کمک کرده است.

کاربردهای صنعتی

پلاتین به دلیل خواص ویژه اش، به طور گسترده ای در صنایع مختلف به عنوان ماده ای ضروری و قابل اعتماد به کار می رود. یکی از مهم ترین کاربردهای پلاتین در صنعت شیمی به عنوان کاتالیست است. کاتالیست ها موادی هستند که سرعت واکنش های شیمیایی را تسریع می کنند بدون آنکه خودشان دچار تغییر شوند. پلاتین به ویژه به عنوان کاتالیست در کاتالیست های خودروها سودمند است، زیرا می تواند به کاهش آلاینده های زیست محیطی و تبدیل آنها به ترکیبات کمتر مضر در گازهای اگزوز کمک کند.

پلاتین به عنوان کاتالیست در تولید اسید نیتریک و سوخت ها نیز به کار می رود و قادر است اکتان سوخت را افزایش دهد. این ویژگی ها Pلاتین را به انتخابی ایده آل برای کاربردهای صنعتی در تولید ترکیبات شیمیایی تبدیل کرده است.

در صنعت الکترونیک، پلاتین به عنوان ماده ای مهم در ساخت اجزای مختلف الکتریکی و الکترونیکی استفاده می شود. به ویژه، از crucibles پلاتینی برای تولید بلورهای نیمه رسانا، که در ساخت دستگاه هایی مانند لیزر و میکروچیپ ها مورد نیاز است، استفاده می گردد. همچنین، آلیاژهای پلاتینی در ساخت دیسک های مغناطیسی برای هارد دیسک های کامپیوتر و همچنین برای سوئیچ های الکتریکی در کنترل های خودروها به کار می روند.

علاوه بر این، پلاتین به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و حرارت، در ابزارآلات و تجهیزات مورد استفاده در فرآیندهای درجه حرارت بالا و شرایط صنعتی سخت نیز مورد توجه قرار می گیرد. به عنوان مثال، در ساخت نازل های سوخت جت و مخروط های موشکی از پلاتین استفاده می شود.

به طور کلی، کاربردهای صنعتی پلاتین نشان دهنده اهمیت و ارزش این فلز در فناوری های پیشرفته و تأثیر آن بر بهبود کیفیت زندگی بشر است. با رشد فناوری و نیاز به محصولات با کیفیت بالا، انتظار می رود که تقاضا برای پلاتین در صنایع مختلف همچنان ادامه یابد.

کاربردهای پزشکی

پلاتین به عنوان یکی از فلزات ارزشمند در صنعت پزشکی به دلیل ویژگی های منحصربه فردش، مورد توجه ویژه ای قرار دارد. این فلز غیرسمی و سازگار با بافت بدن انسان است، که آن را به گزینه ای ایده آل برای استفاده در تجهیزات پزشکی و داروها تبدیل کرده است.

یکی از کاربردهای مهم پلاتین در پزشکی، استفاده از آن در ایمپلنت ها و الکترودهای دستگاه های پزشکی مانند پیس میکرها و دستگاه های شنوایی است. پلاتین به دلیل پایداری و خاصیت رسانایی الکتریکی اش، می تواند کارایی این دستگاه ها را بهبود دهد و در شرایط مختلف بدنی نیز عملکرد بهتری داشته باشد.

علاوه بر این، پلاتین برای تولید داروهای ضدسرطانی به کار می رود. داروهای موجود مانند کاربوپلاتین و سیس پلاتین در درمان برخی انواع سرطان ها، به ویژه سرطان های تخمدان و مثانه، بسیار مؤثر هستند. این داروها با مهار تقسیم سلولی و جلوگیری از رشد تومورها عمل می کنند و به همین دلیل در روند درمان بیماران سرطانی نقش حیاتی دارند.

پیشرفت های علمی و تحقیقاتی در زمینه تأثیرات آنتی تومورالی پلاتین و ترکیبات آن ادامه دارد و نشان می دهد که این فلز می تواند به حداکثر رساندن اثربخشی درمان های سرطان کمک کند. به همین دلیل، کاربردهای پزشکی پلاتین در حال افزایش است و پژوهش ها در این زمینه همچنان ادامه دارد.

به طور خلاصه، پلاتین به عنوان یک ماده ارزشمند در پزشکی، با ویژگی هایی چون ایمنی، پایداری و عملکرد بالا، می تواند تغییرات چشمگیری در شیوه های درمان و تجهیزات پزشکی ایجاد کند و به بهبود کیفیت زندگی بیماران کمک نماید.