贵金属的应用

2012-09-08供稿刘桂华潘再富杨善晓高金翠

金属世界 2012年4期

供稿|刘桂华，潘再富，杨军，杨善晓，高金翠

贵金属的应用

供稿|刘桂华，潘再富，杨军，杨善晓，高金翠

内容导读

自古以来，黄金、白银是财富的象征，是国家金融的基础。以前，各国对黄金、白银都严加控制，以稳定金融次序。随着国家对贵金属政策的逐渐放宽，贵金属也成为现代投资理财的重要产品。其实，黄金和白银等贵金属除了在金融活动中起着重要作用外，贵金属的独特性质以及在工业上有着更广泛的应用，它给整个人类带来的效益将远远超过作为货币材料的功能，它们在能源、生态、环境、高新技术等领域都具有重要的应用价值和广阔的应用前景。

贵金属包括金、银、铂、钯、铑、铱、钌、锇8种元素，其中铂、钯、铑、铱、钌、锇统称为铂族金属。贵金属因具有美丽、诱人的色泽，优良的物理、化学性能，独特的催化活性等，这是其它金属和非金属很少具备的。在21世纪人类社会文明高速发展与严峻挑战并存的条件下，贵金属除继续起到“财富象征”和“现代工业维他命”的作用之外，已有的性质和新发掘的异常特性的完美结合将使其成为人类社会得以持续发展的关键材料。

我国古代的先人们熟知金和银，商代以前就出现了黄金的淘洗和加工方法。春秋战国的《山海经》列举出“银之山”十处。在殷墟中出土了厚度为0.01 mm的金箔，东周发明了鎏金和金银错技术，春秋战国就有了金银币，从汉代刘胜墓中出土的金缕玉衣，金丝直径为0.14 mm。这些史实充分说明我国古代的先人们具有很高的金银加工技术。明末清初的科学家宋应星著的《天工开物》更系统的记载着我国有关金银的知识和技术成就。

贵金属在首饰行业中的应用

由于贵金属具有美丽而光亮的色泽长期不会改变，被人们作为饰品，成为权利与富贵的象征。据考古资料证实，南美在公元前400～800年就对铂有所认识，并用其制造了面饰、鼻饰等。实际上在20世纪40年代前，贵金属的主要用途就是制造饰品，即使其在工业上的应用不断开拓的今天，它在饰品上的用量仍然可观。

用在饰品上的贵金属主要有黄金、银、铂、钯。

贵金属在金融中的应用

历史上黄金、白银一直作为货币使用，掠取占有更多的黄金白银是殖民统治者发动战争的动力。马克思说过：“货币天然是金银，金银天然不是货币。”正如在金本位制之前，黄金就发挥着货币职能一样，在制度层面上的黄金非货币化并不等于黄金已完全失去了货币职能，外贸结算不再使用黄金，但最后平衡收支时，黄金仍是一种贸易双方可以接受的结算方式。黄金非货币化并未规定各国庞大的黄金储备的去向，就连高举黄金非货币化大旗的国际货币基金组织也仅规定处理掉1 / 6黄金储备，而保留了大部分黄金储备，显然为自己留了一根货币黄金的尾巴。

二十世纪九十年代末诞生的欧元货币体系，明确黄金占该体系货币储备的15%。这是黄金货币化的回归。黄金仍是可以被国际接受的继美元、欧元、英磅、日元之后的第五大国际结算货币。

贵金属被视为一种保障并且很容易作为一个储藏的媒介，被认为是用来对抗通货膨胀的良好资产。随着近些年国内外针对贵金属市场一些改革措施的逐步实施，目前已经形成了以透明规范为标准的自由运作的贵金属交易市场。

国内各大银行及一些机构纷纷推出了贵金属理财产品，有实物类，如金条金砖纪念币等，有纸币类，如纸黄金等，有期货类，也有类似于证券交易显示的贵金属交易平台。

贵金属在催化行业中的应用

贵金属催化剂(precious metal catalyst)，一种能改变化学反应速度而本身又不参与反应最终产物的贵金属材料。几乎所有的贵金属都可用作催化剂，但常用的是铂、钯、铑、银、钌等，其中尤以铂、铑应用最广。它们的d电子轨道都未填满，表面易吸附反应物，且强度适中，利于形成中间“活性化合物”，具有较高的催化活性和特殊的选择性，同时还具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合优良特性，成为最重要的催化剂材料。

用于汽车废气净化催化剂

用汽油内燃机和柴油内燃机为动力的车辆，由于机内燃烧不完全，排出的尾气中含一氧化碳、碳氢化合物以及氮的氧化物等有害气体，是造成空气污染、产生光化学烟雾的主要污染源，消除这个污染最有效的办法就是采用含铂或含铂钯铑的催化剂，能大大降低氧化反应的活化能，是CO加速氧化为CO2，[C]、[H]氧化成CO2和H2O，使NOx还原为无毒的N2。一辆轿车约需3g铂族金属，在各种工业中是铂的最大用户。

硝酸生产用铂催化剂

硝酸是生产化肥、炸药、染料等的基本化工原料，催化氧化氨制造硝酸，几乎是世界硝酸生产的全部来源，而铂族金属又几乎是氧化氨的唯一催化剂。催化剂为铂丝、Pt-Rh或Pt-Rh-Pd合金丝织成的网，氧化反应很快，在10-11s即可完成，放出大量热能。生产的NO与O2反应得到NO2，溶于水即成硝酸。

石油重整催化剂

从原油中分出的汽油，其辛烷值一般只有30～50，达不到内燃机燃油的要求，添加四乙铅可以提高辛烷值防止爆震，但造成空气污染，并且会使废气净化催化剂失效。1949年世界上建立了Pt/Al2O3为催化剂的铂重整工业，可用辛烷值低的粗汽油为原料，通过重整使原料中的成分发生异构化或环化等结构上的变化，来提高辛烷值。重整催化剂的作用不仅提高了辛烷值，而且还可以按照需要改变原料的结构得到化学工业上所需的原料。

化工合成用催化剂

许多塑料、人造纤维、医药是以石油炼制工业的尾气为原料合成的，铂族催化剂在这些合成中具有重要的作用。

燃料电池催化剂

燃料电池是将化学能直接转变为电能的装置，因为这种转变不受卡诺循环的限制，故而在理论上效率可高达90%。在目前的技术水平条件下能达到70%～85%左右。汽油机、柴油机、气体透平机或蒸汽透平机与发电机组成的配套发电设备效率为15%～40%，远远低于燃料电池；而且后者具有无声、无污染、无运输部件，易于维护、比能量大、机动灵活等优点。燃料电池中特别是低温燃料电池是借助于催化剂完成吸附、电子传送和表面反应三种作用，它是必不可少的材料。

贵金属在电子和陶瓷工业中的应用

贵金属在电子工业上的应用

贵金属在电子工业上的主要用途是制作各类电镀材料、电子浆料和电阻材料。含贵金属电阻材料品种极其繁多，应用范围几乎包括了目前所有电子工业领域。贵金属在电阻材料中的存在形态包括含单一贵金属和多种贵金属的各类合金丝、纯贵金属或贵金属与普通金属形成的合金触电、贵金属单质或有关化合物与其它材料组成的各类电子浆料等。可以说，没有贵金属各类材料的支撑和参与，电子和信息产业的诞生和发展是不可能的。正是因为贵金属在包括电子工业在内的整个工业领域起着非常重要的作用，所以当贵金属的货币职能退化或完全消失以后，贵金属的“身价”并没有下降，反而直线上升，将贵金属比喻为工业发展的“维他命”一点的不过分。

贵金属在陶瓷（包括玻璃）行业的应用

贵金属在陶瓷（包括玻璃）行业的应用也非常广泛。这些应用主要是为电子、化工和医药等行业提供高质量和高性能的含贵金属的各类陶瓷材料和玻璃材料。例如，贵金属在化工和医药行业最大用途是作为催化剂使用，但是不把贵金属附载到有关多孔物质上去，贵金属与有关反应物料之间的接触面非常有限，其催化性能很难得到有效发挥。而陶瓷具有良好的耐腐蚀能力、耐高温能力和一定的机械强度，将其制成多孔性材料并吸附一定量的贵金属后的状态正是化工和医药行业作为催化剂所必需的形态，因此陶瓷类贵金属催化剂已经成为在化工和医药行业所用贵金属催化剂的主要种类之一。又如，许多含贵金属的电子器件的基底材料为陶瓷，贵金属在电子行业中的应用，很大一部分实际是在制备各类特种陶瓷（热敏陶瓷、压电陶瓷、光敏陶瓷、气敏陶瓷等）。

贵金属在医药上的应用

贵金属除了在化工、电子等方面有广泛的用途外，在医药上也正在获得越来越广泛的应用，其中有些应用如含铂抗癌药物的应用是其它金属的化合物所不可替代的。

含铂抗癌药物

自从1969年卢森堡首次报道了顺铂的抗癌活性后，含铂的抗癌药物发展迅速，例如顺铂和卡铂已成为癌症化疗不可缺少的药物，含铂抗癌药物具有良好的应用前景。

顺铂的抗瘤谱较广，抗癌作用强，抗癌活性高。可用于食道癌、肺癌、鼻咽癌、膀胱癌、宫颈癌、前列腺癌、恶性淋巴瘤、软组织肉瘤、头颈部肿瘤及睾丸肿瘤等。卡铂的作用与机制和顺铂相同，抗肿瘤活性高于顺铂。草酸铂用于大肠癌治疗用药。在几千种业已合成的铂类抗癌配合物中，只有很少一部分显示了较高的抗癌活性并进入了临床阶段。近年来的研究已经从抗癌机理入手，突破了原来的构效关系，寻找一些抗癌机理不同于第一和第二代抗癌药物的第三代铂类抗癌配合物。总的看来，在上述诸多铂类配合物中，具有两个不同氨基的所谓混胺型铂类配合物往往在同一体系中具有较为优良的抗癌作用，这或许将成为新一代铂类抗癌药物诞生的一个重要方向。

贵金属在牙科合金中的应用

在人们的日常生活中由于种种原因，牙齿跟其它组织器官一样会被损伤。在牙科学中，金属主要用于充填材料、锤造金属箔、铸造牙冠、镶嵌体、牙桥、假牙托、销钉和焊料。因牙科金属材料要求生物相容性好、抗腐蚀性好、色度接近牙齿本色、高的抗拉强度和硬度、加工性能好、原料充足等特点，贵金属及其合金具有独特的、稳定的物理和化学性能，因此首先被选为牙科材料。另外，从心理要求来说，如同人们喜欢贵金属首饰一样，把贵金属装在牙齿上以显示高贵和富有，人们似乎也会从中感到愉快和舒适。

贵金属在纳米材料中的应用

材料技术的发展趋势之一是粒子尺度越来越小的方向发展。以前组成材料的颗粒，尺度都在微米（10-6m）量级，而现在出现了向纳米（10-9m）尺度发展的趋向。纳米材料是近几年来最受关注的新材料之一，其重要意义越来越为人们所认识。尽管纳米科技产品进入市场尚需大约四五十年的时间，但一些纳米粉体材料已先期进入应用阶段，显示出了奇特的性能。纳米技术将对产品的升级换代发挥重要的作用。贵金属深加工领域涉及到的许多产品，特别是贵金属粉体材料，如能与纳米技术相结合，将给贵金属深加工带来新的内容，并将为贵金属深加工及其相关产业提供巨大的发展空间。

催化剂材料

贵金属材料本身就具有优良的催化活性，如果将其再制成纳米颗粒，比表面积大大增加（1g铂纳米颗粒比表面积有两个足球场大）且有丰富悬空键，因此是活性更高、选择性更好的催化剂。

贵金属纳米催化剂包括贵金属纳米颗粒催化剂和负载型贵金属纳米催化剂，目前已成功应用于高分子、高聚物的加氢反应。稀土氧化物加贵金属纳米颗粒净化汽车尾气，取得了明显的效果，贵金属纳米催化剂在环境保护中得到更广泛的应用。

卫生、医用材料

国内外已成功研制出纳米载银材料，这种材料银颗粒直径大约90 nm，银含量为3.4%，在1223K高温下，对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌有明显抑制作用，将这类颗粒均匀分布于纸张、纤维、木材和塑料中，将使这些材料有杀菌消毒的作用，其应用十分广泛。

具有生物活性的贵金属化合物，制成纳米材料后，其利用率大大提高，将贵金属纳米药物充填于纳米微管中，具有缓释作用，利用这些特点，国外已有人设想制作顺铂的纳米颗粒，如获成功，将使铂族金属抗癌药物的应用取得重大突破。纳米药物可以通过皮肤直接吸收而无需注射，这将给药物制剂工业带来变革性的革命。

储氢材料

铂、钯具有很强的以金属氢化物形式储氢的能力，纳米铂族金属管具有很高的比表面积，是很理想的储氢材料。

传感材料

纳米微粒对环境中的热、光、湿度和温度极为敏感，因此传感器是纳米颗粒最有前途的应用领域之一。纳米铂载于Al2O3粉末上，可用在可燃气体传感器中。钯、钌胶体或由它们的纳米粉末制成的浆料在湿度、温度传感器中也有重要的应用。

光学材料

用于真空镀法制成的Au、Ag及Cu金属薄膜，以及TiO2/Ag/TiO2制成的多层干涉膜，均为良好的纳米红外反光材料。Pd/Y、Pd/La纳米复合膜已成功用作光转换材料。Ag/玻璃纳米复合膜，可用光开关器件中。