铂铑合金
铂基含铑的二元合金
铂铑合金, platinum-rhodium alloy,是基含铑的二元合金,在高温下为连续固溶体。铑可提高合金对铂的热电势、抗氧化和耐酸腐蚀能力。
简介
以铂为基添加铑所组成的铂合金。自固相线以下为连续固溶体。德国绕伯(E. Raub)曾预测存在着类似于铂铱系中的固相分解区,其临界温度约780℃,但至今尚未证实。是基含铑的二元合金,在高温下为连续固溶体。铑可提高合金对铂的热电势、抗氧化和耐酸腐蚀能力。大于20%Rh的合金不溶于王水。用高频炉或中频炉氩气保护熔炼。20%Rh以下的合金可全部冷加工成材;大于20%Rh的合金由热加工和冷加工成材;PtRh70合金全由热加工成材。主要用作热电偶材料,有PtRhl0/Pt、PtRh13/Pt等 。还作为催化剂坩埚和喷丝嘴,高温发热体、电气接点和火花塞电极。作为绕组材料。
简史
1887年法国恰特勒(Le chatelier)首先制备PtRh10合金并证明PtRh10/Pt热电偶可重复测量温度。随后进一步证实了铂铑热电元件的稳定性。1927年第7届国际温标确定以PtRh10/Pt热电偶为660~1063℃国际温标内插器,1968年将测温范围扩大到630.74~1064.43℃。
性能
铂铑合金性质随铑含量升高呈有规律的变化:(1)晶格常数和密度平滑降低。(2)力学性能增高。由于组元性能和结构的稳定性,铂铑合金具有非常稳定的高温力学性能,尤其铑含量低于25%的合金。(3)电阻率增大,电阻温度系数降低。(4)对铂热电势及其稳定性增大,但当合金受污染时其稳定性降低。(5)在高温氧化气氛中加热时,铑可以减少合金中铂的挥发损失。(6)耐酸蚀性增强,含20%铑以上合金不溶于王水。(7)铂铑合金具有高的催化活性。(8)铂铑合金一般容易加工,但高铑合金塑性低,须采用热加工开坯。
用途
高熔点,优异的化学、力学和热电势稳定性以及高催化活性,决定了铂铑合金工业应用比任何其他贵金属合金都广泛和重要。主要用于:(1)热电偶制造。PtRh10/Pt热电偶是300℃以上测温最准确的热电偶,也是630.74~1064.43℃温区内国际温度基准,一般测温达1350℃(短时达1600℃);PtRh30/PtRh6、PtRh13/Pt、PtRh20/PtRh5、PtRh40/PtRh20等热电偶可测量更高温度。(2)在玻璃工业中用来制作坩埚、漏板、搅拌器和电极等耐热耐蚀器件。(3)在氨氧化和其他许多反应中作催化剂。(4)作高温发热体,其中以PtRh40合金作发热体的炉子可在氧化气氛中工作到1800℃。(5)在仪表工业中用作电接点、火花塞电极和电位器绕组材料。典型的铂铑合金有PtRh3.5、PtRh7、PtRh10、PtRh25和PtRh40,其中PtRh10合金被称为“标准合金”,应用最广泛。
废料分离
从铂铑合金废料中分离提纯铂和铑,一般包括合金溶解、分离和提纯3个步骤。由于铂和铑具有很强的抗化学试剂腐蚀性能,一般强酸、强碱几乎不与其发生明显的化学作用,故合金的溶解就成为整个工艺中的难题之一。常用的方法有:王水溶解法、合金碎化法、中温氯化法、熔盐溶解法、热压分解法等,但都不同程度存在着缺点。
电流密度的影响
铂铑合金的电化溶解,是借助于电流通过电解质溶液而引起的电极反应过程,在电极/溶液界面上发生很强的氧化还原反应,因此就有两个流向相反的电流,阳极电流iA和阴极电流iK,而外电场通过电流IA实际上是这两个电流的代数和,即IA=iA-iK。当阳极电流iA等于IA时(IA= iA),阳极氧化溶解进入溶液,这时所发生电化学反应,所用的试剂就是电子“ e” ,它不会给溶液中带入任何杂质。
酸浓度的影响
盐酸浓度对铂铑合金的溶解量有显著影响,随着盐酸浓度的增大,溶解速度增快。这是因为盐酸本身给溶液中提供了足够的络离子[Cl- ],铂和铑形成氯络合物的能力很强,在水溶液中不稳定的铂和铑离子与氯络合剂形成了很稳定的络离子。盐酸浓度增大,溶液中游离Cl-浓度也在一定范围内增大,使合金电极表面络合程度加深,Pt2+ ,Rh3+ ,Pt4+ ,Rh4+离子浓度减少的速度加快,从而有利于溶解反应的进行。
氧化剂的影响
电化学溶解到一定程度时,海绵铂铑的形成给过程造成了很不利的影响。这时,阳极溶解和阴极析出同时进行,达到了一个动平衡。其原因,一是铂铑金属的电沉积,交流电的瞬间电位都能达到铂铑的沉积电位。二是电极吸附的氢的还原作用,使铂铑氯络阴离子生成了海绵状铂和铑。消除这一现象的办法是向溶液中加入氧化剂。比较理想的氧化剂是过氧化氢,不但氧化能力强,且反应后不会污染贵金属溶液。
温度的影响
在(50~ 250)mA/cm2的电流密度范围内,反应过程电解液自身温度升高不太明显,因此采用水浴加热的办法控制体系温度是必要的。当温度较低时,电化溶解速度较慢;升高温度,电化溶解速度加快。但温度超过80℃时,电解液挥发加快,也会造成电解液中有效[Cl- ]浓度降低,因此温度应控制在(60~ 75)℃范围。
参考资料
最新修订时间:2024-06-11 04:00
目录
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