Iridium - đặc điểm, tính chất, ứng dụng và sản xuất kim loại

Tính chất

• Biểu tượng nguyên tử: Ir
• Số nguyên tử: 77
• Loại nguyên tố: Kim loại chuyển tiếp
• Mật độ: 22,56 g/cm3 
• Điểm nóng chảy: 4471 F (2466 độ C) 
• Điểm sôi: 8002 độ F (4428 độ C) 
• Độ cứng Mohs: 6,5

Nét đặc trưng

Kim loại iridium tinh khiết là một kim loại chuyển tiếp cực kỳ ổn định và đậm đặc.

Iridium được coi là kim loại nguyên chất chống ăn mòn nhất vì khả năng chống lại sự tấn công của muối, oxit, axit khoáng và nước cường toan (hỗn hợp axit hydric và axit nitrochloric ), trong khi chỉ dễ bị tấn công bởi muối nóng chảy như natri clorua và xyanua natri.

Mật độ đặc thứ hai trong tất cả các nguyên tố kim loại (chỉ sau osmium, mặc dù điều này đang được tranh luận), iridium, giống như các PGM (nhóm kim loại họ bạch kim) khác, có điểm nóng chảy cao và độ bền cơ học tốt ở nhiệt độ cao.

Iridium kim loại có mô đun đàn hồi cao thứ hai trong tất cả các nguyên tố kim loại, có nghĩa là nó rất cứng và chống biến dạng, đặc điểm gây khó khăn trong việc chế tạo thành các bộ phận có thể sử dụng nhưng làm cho nó trở thành phụ gia tăng cường hợp kim có giá trị . Chẳng hạn, bạch kim khi được hợp kim với 50% iridium, rắn hơn gần mười lần so với khi ở trạng thái nguyên chất. 

Lịch sử

Smithson Tennant được cho là đã phát hiện ra iridium trong khi kiểm tra quặng bạch kim vào năm 1804. Tuy nhiên, kim loại indi thô không được khai thác thêm 10 năm nữa và một dạng kim loại nguyên chất không được sản xuất cho đến gần 40 năm sau phát hiện của Tennant.

Năm 1834, John Isaac Hawkins đã phát triển việc sử dụng thương mại đầu tiên cho iridium. Hawkins đã tìm kiếm một vật liệu cứng để tạo thành các đầu bút không bị mòn hoặc vỡ sau khi sử dụng nhiều lần. Sau khi nghe về các tính chất của nguyên tố mới, anh ta đã mua được một số kim loại có chứa iridium từ đồng nghiệp của Tennant, William Wollaston và bắt đầu sản xuất những cây bút vàng có đầu iridium.

Trong nửa sau của thế kỷ 19, công ty Johnson-Matthey của Anh đã đi đầu trong việc phát triển và tiếp thị hợp kim iridium-platinum. Một trong những ứng dụng ban đầu là trong đại bác Witworth, đã sử dụng trong Nội chiến Hoa Kỳ.

Trước khi giới thiệu hợp kim iridium, các mảnh thông hơi của pháo, giữ lửa của pháo, nổi tiếng là bị biến dạng do nhiệt độ cao và bắn liên tục. Người ta đã tuyên bố rằng các mảnh thông hơi làm bằng hợp kim chứa iridium giữ hình dạng và hình dạng của chúng trong hơn 3000 làn bắn.

Năm 1908, Sir William Crookes đã thiết kế nồi nấu kim loại iridium đầu tiên (được sử dụng cho các phản ứng hóa học ở nhiệt độ cao) do Johnson Matthey sản xuất và đã tìm thấy những lợi thế lớn so với bạch kim nguyên chất.

Các cặp nhiệt điện iridium-ruthenium đầu tiên được phát triển vào đầu những năm 1930 và cuối những năm 1960, sự phát triển của cực dương ổn định kích thước (DSAs) làm tăng đáng kể nhu cầu về nguyên tố này.

Sự phát triển của cực dương, bao gồm kim loại titan được phủ oxit PGM, là một tiến bộ lớn trong quy trình chloralkali để sản xuất clo và xút và cực dương tiếp tục là một nguồn tiêu thụ iridium chính. 

Sản xuất

Giống như tất cả các PGM, iridium được chiết xuất như một sản phẩm phụ của niken , cũng như từ quặng giàu PGM.

Chất cô đặc PGM thường được bán cho các nhà tinh chế chuyên cách ly từng kim loại.

Khi bất kỳ bạc, vàng, palađi và bạch kim hiện có được loại bỏ khỏi quặng, phần dư còn lại được nấu chảy bằng natri bisulfate để loại bỏ rhodium . 

Phần cô đặc còn lại, chứa iridium, cùng với ruthenium và osmium, được nấu chảy với natri peroxide (Na 2 O 2 ) để loại bỏ muối ruthenium và osmium, để lại iridium dioxide có độ tinh khiết thấp (IrO 2 ).

Bằng cách hòa tan iridium dioxide trong nước cường toan, hàm lượng oxy có thể được loại bỏ trong khi tạo ra một giải pháp được gọi là ammonium hexachloroiridate . Một quá trình sấy bay hơi, sau đó là đốt bằng khí hydro, cuối cùng tạo ra iridium tinh khiết.

Việc sản xuất iridium toàn cầu bị giới hạn ở mức khoảng 3-4 tấn mỗi năm. Hầu hết trong số này có nguồn gốc từ sản xuất quặng chính, mặc dù một số iridium được tái chế từ các chất xúc tác và chén nung đã qua sử dụng.

Nam Phi là nguồn chính của iridium, nhưng kim loại cũng được chiết xuất từ ​​quặng niken ở Nga và Canada.

Các nhà sản xuất lớn nhất bao gồm Anglo Platinum, Lonmin và Norilsk Niken. 

Các ứng dụng

Mặc dù iridium tìm thấy chính nó trong một loạt các sản phẩm, nhưng việc sử dụng cuối cùng của nó có thể được phân loại thành bốn lĩnh vực:

1. Điện
2. Hóa chất
3. Điện hóa
4. Khác

Theo Johnson Matthey, sử dụng điện hóa chiếm gần 30% trong tổng số 198.000 ounce tiêu thụ trong năm 2013. Các ứng dụng điện chiếm 18% tổng lượng iridium tiêu thụ, trong khi ngành hóa chất tiêu thụ khoảng 10%. Các mục đích sử dụng khác khoảng 42 phần trăm còn lại của tổng nhu cầu.



Sources:

Johnson Matthey. PGM Market Review 2012.

http://www.platinum.matthey.com/publications/pgm-market-reviews/archive/platinum-2012

USGS. Mineral Commodity Summaries: Platinum Group Metals. Source: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/platinum/myb1-2010-plati.pdf

Chaston, J.C. "Sir William Crookes: Investigations on Iridium Crucibles and the Volatility of the Platinum Metals". Platinum Metals Review, 1969, 13 (2).