پالادیوم یکی از کمیاب ترین عناصر جدول تناوبی است که به رنگ سفید و نقره ای در طبیعت یافت می شود. این عنصر برای اولین بار در سال 1803 توسط شخصی انگلیسی بنام ولاستون کشف شد. وی پس از حل کردن باقی مانده پلاتین استخراج شده از معادن برزیل در تیزاب سلطانی که محلولی است از اسید نیتریک و هیدروکلریک، و همچنین انجام مجموعه ای از واکنش های شیمیایی، پالادیوم را کشف نمود و به دنیا معرفی کرد. آن سال ها جست و جو برای فلزات گران بها مرسوم شده بود و هر کسی را به دنبال خود می کشاند. معدن چیان در آن روز ها آلیاژ های زیادی را کشف می کردند و پالادیوم نیز به همین شیوه کشف شد.
پالادیوم در طبیعت بصورت آزاد و یا ترکیب شده با دیگر عناصر وجود دارد و فراوان ترین عنصر گروه پلاتین است. گروه پلاتین شامل عناصر پلاتین، پالادیوم، اسمیوم، ایریدیوم، رودیوم و روتینیوم می شود. پالادیوم دارای چگالی و نقطه ذوب پایین تری نسبت به دیگر فلزات این گروه می باشد. پالادیوم در سنگ ها و کانی های پلاتین دار مانند اسپریلیت، کوپریت، ژوسیت و براگیت وجود دارد اما بیشترین استخراج پالادیوم از اسپریلیت انجام می شود. این فلز همچنین به عنوان محصول فرعی در معادن نیکل نیز استخراج می شود. تولید تجاری پالادیوم از معادن مس- نیکل آفریقا و کانادا انجام می‌شود.
اهمیت فلز پالادیوم تا سال ها پس از کشف آن مشخص نشد اما امروزه پالادیوم یکی از پر کاربرد ترین فلزات در صنعت می باشد و کاربرد های خیلی زیادی دارد. یکی از موارد مهم استفاده پالادیوم به عنوان کاتالیزگر واکنش می باشد. این فلز همچنین جاذب هیدروژن بوده و می تواند تا 900 برابر حجم خود در دمای اتاق هیدروژن جذب کند.
این فلز نه تنها در پوسته زمین وجود دارد بلکه دانشمندان در سال های گذشته از وجود پالادیوم در شهاب سنگ هایی که به زمین برخورد کرد، خبر دادند. بنابراین احتمال اینکه ذخایر بیشتری در اعماق زیاد زمین وجود داشته باشد بسیار محتمل است اما آیا بشر می تواند تکنولوژی استخراج آن ها را بوجود آورد؟
پالادیوم چگونه بدست می‌آید
پالادیوم معمولا از عناصر گروه پلاتین بدست می آید. بزرگترین منبع این گروه، معدن بوشولد آفریقای جنوبی می باشد که از سنگ های آذرین تشکیل شده است. بیشترین مقدار پالادیوم از کانی اسپریلیت در این معدن برداشت می شود. معدن استیل واتر مانتانا هم یکی دیگر از ذخایر پلاتین دنیاست که مقدار قابل توجهی فلز پلاتین در آن وجود دارد. پالادیوم عنصری کمیاب بوده و علاوه بر گروه پلاتین، به عنوان محصول فرعی در معادن مس، نیکل، نقره، طلا نیز استخراج می شود.
ذخایر آبرفتی پالادیوم حدود 2 درصد ذخایر جهان را تشکیل داده و بیشترین آن در روسیه واقع شده است.
استخراج از معدن
استخراج پالادیوم فرآیندی پیچیده است زیرا این فلز در زیر زمین و در معادن پخش شده است. این عدم تجمع باعث شده است که استخراج پالادیوم توسط شیوه های مکانیکی خاصی انجام شود و دسترسی به مقدار پالادیوم در اعماق زمین را راحت تر کند. پس از انجام مطالعات دقیق زمین شناسی و عملیات مهندسی اکتشاف، ردیابی ذخیره و ژئومتری سه بعدی آن، تناژ و عیار فلز و همچنین برآورد هزینه های بهره برداری، عملیات استخراج سطحی شروع می شود. همانند استخراج فلزات گران بها، استخراج عناصر گروه پلاتین نیز در ابتدا به صورت روباز انجام می شود. در معادنی که پالادیوم به عنوان محصول فرعی استخراج می شود، انتخاب روش استخراج بر اساس فراوان ترین عنصر در سنگ مادر صورت می پذیرد.
در بهره برداری معدن به روش روباز، سطح زمین بر اساس شیوه تراش لایه لایه مورد بهره برداری قرار می گیرد. با افزایش برداشت و خالی کردن قسمت سطحی ذخیره، معدن کاران باید برای دستیابی به پالادیوم از روش استخراج زیرزمینی استفاده کنند. بیشترین مقدار پالادیوم با فلزات دیگر مانند طلا، مس و پلاتین مخلوط شده است و برای استحصال آن نیاز به انجام فرآیند های جداسازی می باشد.
در روش های سنتی استخراج پالادیوم، سنگ معدن در بر گیرنده عناصر مختلف به سطح زمین انتقال داده می شود و توسط روش های آزمایشگاهی، فلزات مختلف از سنگ معدن جدا می شوند.
روش دیگر استخراج پالادیوم که حدود 10 درصد استخراج جهانی این فلز را شامل می شود، از وسایل اطراف خودمان انجام می شود. وسایلی مانند ساعت، جواهرات و بدلیجات ضایعاتی، دکور های تزئینی و لوکس، آی سی های کامپیوتر، ترموکوپل های صنعتی، اگزوز وسایل نقلیه، از جمله مواردی هستند که پالادیوم در آن ها بکار رفته است و می توان به کمک روش های شیمیایی، این فلز گران بها را از آن ها استخراج کرد.
فرآوری پالادیوم
بدلیل اینکه پالادیوم بصورت ترکیب با گروه فلزات وجود دارد، استحصال آن از باقی مانده تولید دیگر فلزات که غالبا نیکل می باشد، انجام می پذیرد. تفاوت شیمیایی فلزات در فرآیند جداسازی آن ها موثر است.
برای استحصال پالادیوم، ابتدا باقی مانده پالایش شده دیگر فلزات را در محلول تیزاب سلطانی حل می کنند. این کار کمک می کند که همه فلزات ترکیب نیترات خود را تشکیل دهند. برای مثال در صورت وجود نقره، ترکیب کلرید نقره تشکیل می شود. در ادامه با اضافه کردن تعدادی از عناصر مختلف، تمام ترکیبات محلول، کاملا از هم جدا می شوند. در این فرآیند، فلزاتی مانند رودیوم سولفات، روتنیوم، اسمیوم و پالادیوم برای مصارف تجاری و صنعتی از محلول جدا می شوند.
در تمامی این مراحل، یک فرد معمولی پس از استخراج پالادیوم، می تواند در یک آزمایشگاه کوچک آن را بوسیله محلول از دیگر فلزات جدا سازد اما باید توجه داشت که انجام روش های جداسازی شیمیایی پالادیوم باید تحت شرایطی از قبیل: در هوای آزاد انجام شوند، از دیگر افراد و حیوانات دور باشد، کاملا با احتیاط انجام شود چرا که می تواند باعث ایجاد حساسیت گردد.
روش های فرآوری پالادیوم متنوع هستند و می توانند جایگزین روش های دیگر شوند اما مرسوم ترین روش استخراج پالادیوم از محلول تیزاب سلطانی است.
پالادیوم از سنگ های معدنی پلاتین و پس از جدا شدن طلا و پلاتین، بدست می آید. پالادیوم ابتدا به پالادیوم کلرید تبدیل شده و سپس پالادیوم خالص از آن استخراج می شود.
موارد استفاده پالادیوم
پالادیوم فلزی است که می توان آن را در طیف گسترده ای از وسایل و تجهیزات به کار برد. خواص شیمیایی منحصر به فرد آن، باعث کابرد های فراوانی شده و این فلز را در صنعت با کاربرد های زیادی که دارد می شناسند. صنعت خودرو حدود 70 درصد پالادیوم تولید شده را مورد استفاده قرار می دهد. در صنعت جواهر سازی کاربرد های فراوانی مانند ساخت طلای سفید نیز دارد. در زیر به تعدادی از کاربرد های آن می پردازیم:
کاتالیزور: پالادیوم بدلیل واکنش پذیر مناسب با عناصر مختلف در دمای پایین، به عنوان کاتالیزور در واکنش های شیمیایی زیادی استفاده می شود. همچنین برای تغییر شکل شیمیایی مواد استفاده فراوانی دارد.
جواهرات: پالادیوم دلیل رنگ سفید طبیعی خود جایگزین مناسب پلاتین برای ساخت طلای سفید می باشد.
الکترونیک: بیشترین مصرف پالادیوم در این صنعت برای ساخت خازن ها می باشد. پالادیوم به عنوان الکترود در خازن استفاده می شود. همچنین با نیکل برای ساخت صفحات مدار استفاده می شود.
موارد دیگر: پالادیوم برای فیلتر کردن مواد مضر در آب های زیرزمینی و گاز های مضرر در اگزوز خودرو ها، برای تولید دستگاه های دارای صفحات الکتریکی، در حالت رادیو اکتیو برای درمان سرطان، برای مصارف دندان پزشکی، پزشکی، تولید سکه، در صنعت اتومبیل و ساعت سازی کاربرد های فراوانی دارد.
امروزه ارزش پالادیوم بیشتر از قبل است و قیمت این فلز نیز روز به روز بیشتر می شود. یکی از دلایل آن افزایش آلودگی هوا توسط خودرو هاست و دولت ها نیز برای مقابله با این مسئله، خودرو سازان را مکلف می کنند که پالادیوم بیشتری در اگزوز های خود استفاده کنند. نقش پالادیوم در فیلتر کردن مواد مضر در آب های زیرزمینی نیز انکار ناپذیر است. در دنیای امروز آلودگی های زیست محیطی نه تنها از طریق هوا و توسط خودرو ها و دیگر آلاینده ها، بلکه توسط کارخانه ها و از طریق پس آب های صنعتی وارد آب های زیرزمینی و رودخانه ها می شود. به همین دلیل برای تصفیه آب، از مقادیر بیشتر پالادیوم استفاده می شود.
از طرفی میزان تولید عناصر گروه پلاتین هر روز کمتر می شود و افزایش تقاضا باعث بالا رفتن قیمت آن می شود.
کشورهای تولید کننده پالادیوم
از آنجایی که این فلز بیشتر بصورت ترکیب با دیگر فلزات وجود دارد، کشور های دارای ذخایر گروه پلاتین و همچنین مس و طلا، بیشترین تولید کنندگان پالادیوم می باشند. روسیه بیشترین مقداراستخراج پالادیوم و تولید آن را دارد. آفریقا دومین تولید کننده پالادیوم در دنیا می باشد و کشور های دیگر مانند کانادا، آمریکا و زیمباوه با نسبت خیلی کمتر به ذخایر پالادیوم دسترسی دارند. بیشتر معادن گروه فلزات پلاتین در روسیه و آفریقا است و در کشور های دیگر به عنوان محصول فرعی استخراج بدست می آید.
مقدار خیلی کمی پالادیوم نیز توسط استرالیا و از معادن گروه پلاتین این کشور تولید می شود.
ذخایر اثبات شده پالادیوم فراتر از قطب شمال واقع شده اند. ذخایر سنگ معدن اثبات شده و احتمالی در شبه جزیره تایمر شامل62 میلیون انس پالادیوم و 16 میلیون انس پلاتین است.
استخراج پالادیوم به عنوان محصول فرعی معادن مس- نیکل و همچنین از...
