铂金制品工艺学

1、 铂金制品工艺学 兵器配备集团公司大规模培训.第一章 绪 论了解：铂族金属的六种元素以及铂族金属的发现过程。识记：铂族金属资源的三种方式。了解：铂族金属的运用领域。.铂族金属铂族金属包括铂Pt、铑(Rh)、钯Pd、锇(Os)、铱(Ir)、钌(Ru)八种元素，它们与金、银统称为贵金属铂族金属资源主要包括： 矿产资源、有色冶金副产品和二次资源。.铂族金属的主要运用领域 由于具有许多优良的物理、化学、电学性质，使它在工业领域上运用越来越多，涉及范围越来越广，具有“工业维他命之称。同时，铂族金属对新技术的开展起着越来越大的作用，被许多国家列为战略物资。随着人们生活程度定额提高，铂作为一种装饰品和保值物

2、品，也越来越被人们注重。随着科学技术的开展，铂族金属广泛地运用于航空、航天、航海、导弹、火箭、原子能、微电子技术、精细仪器仪表、化学化工、石油化工、玻璃纤维、汽车尾气净化、医学以及冶金工业各个领域。.第二章铂族金属的物理化学性质了解：铂族金属在周期表中的位置。识记：铂族金属的物理化学性质。了解：铂族金属对酸和其他试剂的作用、氧化复原性质以及重要化合物的性质。运用：铂的一些合金的性质。.铂族金属的物理特性 铂族金属包括铂Pt,钯Pd,铑Rh,铱(Ir),锇Os、钌Ru六个元素位于元素周期表中第副族。它们具有类似的性质：密度大、熔点高、沸点高、强度高、耐腐蚀、良好的催化活性和电热性。在高温下碳能溶

3、于铂。低温时，碳又部分地析出，使铂变脆。所以铂不能在熔融形状与碳接触，也不能在复原性气氛下加热。锇、钌和铑的特点是硬度高并且脆，故能研磨成细粉末，它们都很难机械加工。铂和钯具有延展性，可以辗制和拉丝。 铂族金属的特殊性质是其外表具有吸附气体特别是氢气的性能，呈粉末和胶体形状时其吸附才干大为加强。钯对氢的吸附才干最强。.铂族金属的化学性质铂族金属电离电位很高，在常温下对许多化学试剂如酸、碱和最活泼的非金属有很高的抗腐蚀才干。但在一定条件下，它们可与酸、碱、氧和卤素反响。铂族金属在热处置过程中被钝化，这是由于在金属外表构成一层稳定的氧化薄膜。以金属细粉铂黑方式存在的铂族金属最容易溶解。海绵状和粉末

4、状的铂族金属不易溶解，致密形状的金属更难溶。铂族金属有一种特殊的性质：当它们与比较活泼的金属熔融成合金时，就有能够用无机酸溶解。容易与铂族金属构成合金的金属有铅、锡、铋和锌。.铂族金属对酸和其他试剂的作用铂：抗酸、碱的腐蚀性能良好，致密状的铂不与单独的无机酸起作用，熔融形状的碳酸盐、硫酸盐和卤化物对它略起作用。铂溶于王水 。钯：金属钯可溶解于硝酸中，在同发烟硝酸作用时生成Pd (NO3)2。 铑：致密的金属铑在酸中几乎不溶解。极细粉末状的铑能缓慢溶解在沸硫酸或王水中。 铱：铱不溶于酸。钌：金属钌不溶解于酸和王水 锇：致密形状的锇不溶解在酸和王水中 .铂族金属的氧化复原性质以铂为根底的合金，即使

5、添加的合金元素容易挥发，它们的熔炼，通常还是在大气下，采用高频或中频感应加热，假设采用真空或惰性气氛维护那么更好。坩埚资料用得多的是氧化镁、氧化锆；也有用氧化铝的。铸模那么以水冷铜模为好。 铂及一系列铂铑合金具有稳定而优良的热电性能，并有良好的高温抗氧化性能和化学稳定性，是准确测温的优良资料。.第三章铂族金属的精制、再生回收及其化合物了解：铂族金属再生的概述，二次资源的分类、废料取样的方法。识记：二次资源的概念。了解：铂与钯、铑、铱的分别，铂精炼方法、钯精炼方法和铑的精炼方法。运用：从废液中回收铂族金属；废催化剂的再生；铂、铑、钯化合物的制备方法。.铂族金属的精炼概念精炼：从各种含贵金属的原料

6、矿石，有色冶金过程产出的中间产品，废料等提获得到的贵金属富集物可以是：单个或几个贵金属共存的粗金属，贵金属精矿，富贵金属溶液等。各种提取过程虽然可以获得单个粗金属，但其纯度普通都不能满足现代工业，技术的需求，而必需进一步处置，以获得符合各种不同要求和纯度的单一贵金属，此过程即称为精炼。贵金属精练包括分别和提纯两个过程。 .铂族金属的分别 铂与钯、铑、铱的分别 消费中主要采用沉淀法、水解法和萃取法使铂与其他铂族金属分别。钯与其他铂族金属的分别 实现钯与铂族金属的分别，除萃取法外，还有黄药沉淀法 、无水二氯化钯法 、氨水络合法 、硫化钠沉淀法 。铑、铱的相互分别 硫酸氢钠钾熔融法、复原及沉淀法 、

7、萃取法 .铂族金属的精炼 铂精炼方法主要有氯化铵反复沉淀法和氧化水解法。其它还有载体水解法 、阳离子树脂交换除贱金属、熔盐电解法、羰基铂法等。 钯精炼方法主要有氯钯酸铵沉淀法及氨络合法、结合法。精炼过程包括纯铑化合物制备和制取纯金属两个阶段。 纯化合物制备主要有亚硝酸钠络合、氨络合、亚硫酸铵络合、萃取和离子交换等方法，有时须多种方法联用才干制备较高纯度的纯铑化合物。 金属制备常用煅烧复原法和甲酸复原法从铑化合物或铑溶液中制备金属铑。.铂族金属再生金属再生就是将运用过的,或因破损、污染,不能继续履行其职能“报废的金属设备或元件,采用各种经济合理的手段制备成纯度符合运用要求的纯金属的过程。回收即是

8、从档次较低的“废物中获取有价值金属。铂族金属的再生回收就是从含有铂族金属的废料中提纯金属，循环利用。这是贵金属冶金的一个重要组成部分，是铂族金属研讨和消费的重要问题。.废催化剂的再生 催化剂是铂族金属工业运用的主要用途之一。 我国随着石油、化工、环保等工业的开展，铂族金属催化剂的用量不断添加，废催化剂已成为铂族金属重要的二次资源。本节着重表达载体催化剂的回收。 方法分为四个根本类型:1)溶解载体，铂族金属留于不溶渣中得以回收；2)使铂溶解于酸溶液中，从溶液中回收；3)使铂挥发；4)载体挥发。 .硫酸溶解载体回收铂族金属的工艺方法 由于硫酸具有沸点高，挥发性小，与氧化铝作用才干强等优点，优先选用

9、作为强矿物酸使载体Al2O3转为相应的盐进入溶液，铂族金属留在不溶渣中到达分别的目的。其工艺方法详述如下：1硫酸浓度的影响及浓度范围的选择：实际证明，硫酸浓度以2050%较适宜。2硫酸溶解通常在常压下于沸腾温度中进展。为减少溶液的挥发损失，坚持溶液体积，普通采用回流。但为了强化溶解条件，也可采用加压溶解，视详细情况而定。(3)因硫酸对Al2O3的溶解才干较强，粒状催化剂可不经破碎，直接进展溶解，便可到达好的效果。或者将催化剂用自来水或含少量硫酸的洗水进展湿磨，然后与过量2050%的浓硫酸混合，效果更好。(4)硫酸溶解中，废催化剂中的积炭的影响较大。不烧除积炭，会抑制铂进入溶液，并对溶后物料的廓

10、清有良好的促进作用。但因积炭及有机物的存在，在溶解量容易产生“暴溢，呵斥金属损失。.硫酸溶解载体回收铂族金属的工艺方法(5)在常压，敞口容器中进展为防止“暴溢，废催但烧炭后物料硫酸溶解时，为防止铂在溶液中的损失，可以在溶解后向溶液参与HCOOH、HAC、铝等复原剂，使进入溶液的铂族金属复原成金属析出。也可向溶液中通入H2S使之呈硫化物沉淀。也可以用阴离子交换树脂吸附回收。(6)硫酸溶解富集法的优点是硫酸沸点高，可以允许在较高的温度常压进展，操作条件较好，设备容易处理，溶Al2O3才干强，载体溶解较彻底，进入溶液的部分铂可用加复原剂或通硫化氢等方法回收，从而富集收率高，精矿档次高(普通含1030

11、%铂)。因此为人们所广泛采用。(7) 硫酸溶解载体后，分别所得的渣为富铂精矿(普通含10-30%铂)，几乎富集了催化剂中全部铂。煅烧后，用王水或盐酸加双氧水溶解，使铂族金属转入溶液后，便可用通常的分别提纯方法精制得纯金属。 .从均相催化剂中回收铂族金属 除载体催化剂外，近年来，以有机膦化物为配位体的贵金属络合催化剂在均相催化剂反响中有了新的开展。 从此类废催化剂溶液中回收铑大致有如下方法：1. 熄灭法：利用有机物的可燃性，将催化剂残液与空气混合进展完全熄灭，有机物那么生成CO2和水，铑以金属固体颗粒析出，其它金属那么生成相应的氧化物。2.吸附法：将废催化剂残液用吸附剂可以处置，使铑或铑的络合物

12、吸附于吸附剂上，然后分别回收。3.氧化分解法：其特点是利用氧化剂或氧的氧化作用,在适当的条件下,使络合催化剂破坏，铑呈Rh或固体颗粒从催化残液中分别出来。 .第四章 铂及其合金的熔铸、压力加工、热处置工艺 了解：铂及其合金的各种性能及初加工的要求；各种性能的关系图表。识记：铸锭的方法，铸锭质量评价的内容；锻造比，热电偶测温的根本原理、热电偶的根本构造。了解：熔炼铂、铑、钯金属的坩埚的选择；熔炼过程如何除气与脱氧；热处置的目的和方法；热电偶回路的根本定律。运用：铂铑合金的熔炼与初加工工艺过程；铂铑合金热电偶的测温范围。.铂、铑、钯贵金属的熔铸 坩埚资料的选择 通常选择氧化物耐火资料的熔炼坩埚 氧

13、化铝的化学稳定性好，机械强度高、易于制造、价钱低、在氧化性和复原性气氛下都非常稳定。氧化镁具有低的蒸汽压和高的热膨胀系数，热稳定性不良。但对于金属几熔渣有强的抗腐蚀才干，熔点高。氧化锆熔点很高，化学稳定性好，热传导性能差；有与氧化铍、氧化钍类似的抗液体金属腐蚀才干。.铂、铑、钯贵金属的熔铸合金的熔炼铂、铑、钯贵金属及其合金的熔炼要经过配料、熔化、去气或脱氧、合金化、精炼等过程。金属熔体经合金化除气、脱氧等精练步骤以后必需浇铸成锭才干加工成材。因此，浇铸温度和速度、浇铸模材质的选择和模的尺寸及浇注方法是影响铸锭质量的重要要素，这关系到铸锭的组织、成分偏析、气体和杂质分布，疏松和缩孔，影响半废品和

14、废品的质量。.铂、铑、钯贵金属的熔铸消费中常用以下方法除气：1真空除气是贵金属及其合金熔炼时最主要的手段。一种溶解的气体从固体或液体金属向气相转移。气体既可以经过熔融金属的自在外表，又可经过多孔的坩埚壁或炉衬释放出来。2冷凝除气也是常用的方法。当金属缓慢凝固时，析出的气体将集中在剩余的液体中，这些剩余液体完全凝固时，过量的气体排入气相，然后快速熔化已凝固的金属，减小吸气时间，这样反复多次，可使熔融金属溶解的气体量减少。.铂、铑、钯贵金属及其合金的加工铂、铑、钯贵金属及其合金的半废品和制件，主要是采用压力加工方法制成的，压力加工方法是在金属塑性允许的范围内借助金属的塑性变形，改动坯料的外形和尺寸

15、，以获得所需求的产品。 铂的延展性好，容易加工。为了改善铸锭质量和提高消费效率，常采用大加工率的热锻或热轧开坯，总加工率可达80%以上。之后冷加工，道次加工率1030%，两次退火间的总加工率可达90%以上。 铂铑合金普通在大气下用高频或中频感应炉、氧化铝坩埚熔炼。含Rh20%以上的合金用氧化锆坩埚。铸模多采用水冷铜模。为保证铸锭的均匀性，熔炼热电偶级的铂铑合金时，要精炼一定时间。为了减少铸锭的含气量，特别是熔炼高铑合金时，要用维护气体进展维护。铂铑合金在高温下为延续固溶体，普通易于加工，但随铑含量的添加，合金的塑性降低。对于含铑量20%以下的合金，可全部采用冷加工。其道次加工率可为1015%，

16、两次退火间的总加工率可达8090%。对于含铑3040%的合金，铸锭普通先用热锻或热轧开坯。 .铂、铑、钯贵金属及其合金的热处置和锻造热处置 热处置工艺就是将固态贵金属以一定的升温速度加热到既定温度，保温一定时间，再以一定降温速度冷却的工艺方法。 根据改善资料组织构造和性能的部位不同，可分为普通热处置、外表热处置、化学热处置三大类。 普通热处置的主要目的是改善金属内部的组织构造和性能 ，提高制质量量，延伸运用寿命。 贵金属常用的热处置方式是普通热处置。.锻造 锻造流线 锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金属的主要延伸方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形，沿主要伸长方向带状分布。这种热锻后

17、的金属组织具有一定的方向性，通常称为锻造流线 。锻造比 锻造消费中，金属变形程度用锻造比表示。锻造比是指被锻造件在变形前后的截面面积比、长度比或高度比，通常用符号y表示。当锻造比y=2时，原始铸态内部组织得到严密化，锻件各个方向的力学性能均有提高。 .热电偶资料热电偶测温的根本原理是热电效应。 两种不同的导体或半导体两端接合组成回路，当两个接合点的温度不同时，会在回路内产生热电势，这一景象称为热电景象，又叫塞贝克温差效应。热电偶回路的根本定律 一均质回路定律：用一种均匀的金属导体构成回路,单靠部分加热(或冷却)或改动其横截面积的方法,绝不能在其中坚持电流。二中间金属定律：假设回路的一切部分都处

18、于同一均匀的温度,那么由任何多种不同导体构成的回路中的热电动势之代数和为零三中间温度定律：假设两种不同的金属导体组成热电偶，当其两接点处在温度，产生的热电动势为E1 ；而当两接点的温度处在T2和T3 时产生的热电动势为E2，那么当此热电偶的两接点的温度处在T1和T3 时，起热电动势为E3应为E3= E1 + E2 .第五章 铂金制品的成型加工工艺 铂金制品成型加工是将铂金素材加工成的板材或铸件，按用户的需求加工制成或修缮成铂、铂铑合金器皿和其他制品。 根本操作是：退火、下料、旋压、弯曲成型、手工成型、矫正、管件成形、焊接等。在这些根本操作前，对铂金素材加工成的板材或铸件，都要先进展脱脂处置。

19、.退火 退火就是将半废品或毛料加热到一定温度，并在此温度下保温一定时间，然后在空气中冷却或以规定的速度冷却，使其变软的过程。一切的铂金素材加工成的板材在进展机械加工和手工成型前都要进展退火。 退火的目的 铂金资料进展退火的目的是消除合金的晶内偏析，消除在压力加工中产生的冷作硬化，使合金重新再结晶，恢复良好的塑性，使之继续进展压力加工。铂金资料在进展退火后，减小了内应力，以减少变形和内部开裂，并降低资料的硬度和强度，改善加工性能，提高资料的塑性和韧性，便于冷变形加工，同时改善资料在加工过程中呵斥的各种组织缺陷，可以引起重结晶以及促使获得均匀的组织。 加工铂金制品的退火工艺主要有两种方法，一是在退

20、火炉中整体退火；二是用天然气-氧熄灭器进展火焰退火。 .下料方法 下料是指将原资料按需求利用切刀、火焰、光束或冲模刃口使资料产生分别成一定规格尺寸的毛料、毛坯件或半废品的加工方法。 下料的方法很多，在加工中，对铂金资料的下料主要有剪切、焊接机熔切、切管器、钣金剪以及锯切等方式进展。 .旋压 旋压是一种金属回转加工工艺。 旋压模具的构造和资料取决于零件的外形、尺寸大小、资料及消费数量等。零件在旋压过程中，资料变薄和冷作硬化程度比拉延时要大得多。因此，在旋压过程中，要根据零件硬化程度进展中间退火。 旋压过程中，毛坯受旋棒的压力，一方面产生塑性变形，使部分毛坯贴合模胎，另一方面产生弹性变形，使毛坯弯

21、曲。在旋压加工中，要防止毛坯起皱。.矫正 对几何外形不符合技术要求的产品或零部件进展一定的加工，使其发生一定程度的变形，从而到达技术要求所规定的正确几何外形，这一工艺过程称为矫正。 矫正的方法有：机械矫正、火焰矫正、手工矫正三种。 .手工成型放边：指使零件某一边变薄生长的方法来制造曲线弯边的零件。 收边：指角形件某一边资料被收缩，长度减少，厚度增大的方法来制造凸曲线弯边的零件。拔缘：指在板料的边缘，利用手工捶击的方法弯曲成弯边 。.焊 接铂及铂合金的焊接特点 铂及铂合金在高温下具有良好的抗氧化性能、焊接性，钎焊性很好。 在高温下，碳能熔于铂，低温时，碳又部分析出，使铂变脆。所以铂不能在熔融形状

22、下与碳接触，也不能在复原气氛中加热，因此在焊接过程中必需防止铂与碳的接触。 如在高真空、高温下焊接时，应留意防止铂与氧化铝、氧化硅的接触，铂能使氧化物复原，并被铝、硅所污染。.焊接工艺铂及铂合金可采用气焊、氩弧焊、真空电子束焊、电阻焊等多种焊接方法。 钨极氩弧焊 用钨棒作为电极加上氩气进展维护的焊接方法 。焊接时氩气从焊枪的喷嘴中延续喷出，在电弧周围构成气体维护层隔绝空气，以防止其对钨极、熔池及临近热影响区的有害影响，从而获得优质的焊缝。气焊 进展气焊时衔接部位被高温气体火焰加热到熔化形状气焊时选用氢-氧焰，可不加焊剂，用铂作为填充金属，焊接效果较好。等离子弧焊接 等离子弧焊是借助水冷喷嘴对电

23、弧的拘谨作用，获得较高能量密度的等离子弧进展焊接的方法。 等离子弧焊的特点是：等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透才干强，易于控制，焊接质量高，焊缝深宽比大。这种焊接方式会构成 “小孔效应。 锻焊 锻焊时，首先把被焊接资料加热到接近熔点的温度但不能到达熔点，然后加压来构成衔接。.焊接过程中的缺陷焊接变形 工件焊后普通都会产生变形，产生变形的主要缘由是焊件不均匀地部分加热和冷却。 .焊缝的外部缺陷 焊缝增高过强 焊缝过凹.焊缝的外部缺陷.焊缝的外部缺陷.焊缝的内部缺陷.焊接后热处置的目的消除焊接剩余应力，改善接头组织和性能或使焊件到达要求的性能。可采用固溶或中温消除应力处置，某些焊件也可采用机械法消除应力锤击、滚压焊缝等。 .第六章 铂金器皿的消费及运用了解：铂金制品加工流程、铂金的周转。识记：铂金闪点、金属腐蚀的定义及分类。了解：铂金加工特点、铂金器皿的运用留意要点、铂金器皿的损坏。运用：铂金器皿加工举例。.铂金加工流程从粗海绵铂或废的铂金中提炼出纯度达99.99以上的