بررسی جامع فلزات گروه پلاتین و جایگاه آن‌ها

در این مقاله با زبان ساده و عامیانه، به بررسی دقیق فلزات گروه پلاتین می‌پردازیم؛ از ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی گرفته تا نحوه استخراج، کاربردها، بازار و چشم‌انداز آینده.
با ما همراه باشید تا بدانید چرا این فلزات کمیاب، نقش مهمی در فناوری‌های نو دارند و چه چالش‌هایی پیش‌رو است.

معرفی فلزات گروه پلاتین (PGM)

موقعیت قرارگیری فلزات گروه پلاتین در جدول مندلیف

نمایش عدد اتمی و نماد فلزات گروه پلاتین

فلزات گروه پلاتین (Platinum Group Metals / PGM) شامل شش عنصر اصلی یعنی پلاتین (Pt)، پالادیم (Pd)، رودیم (Rh)، ایریدیوم (Ir)، روتنیم (Ru) و اسمیم (Os) هستند.
این عناصر به دلیل شباهت‌های شیمیایی و فیزیکی خود، معمولا با هم در معادن یافت می‌شوند و کاربردهای صنعتی و فناوری متعددی دارند.
در این مقاله تمرکز روی پالادیم، رودیم، ایریدیوم خواهد بود و البته به نقش کلی گروه هم اشاره می‌کنیم.

ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی مشترک

ویژگی های فیزیکی و شیمیایی فلزات گروه پلاتین

بالاترین دمای نقطه ذوب فلزات گروه پلاتین

فلزات گروه پلاتین دارای ویژگی‌هایی هستند که آن‌ها را از بسیاری فلزات دیگر متمایز می‌کند. اول اینکه نقطه ذوب بسیار بالایی دارند که آن‌ها را در شرایط دمایی شدید کارا می‌سازد.
دوم، مقاومت بالایی در برابر خوردگی و اکسید شدن دارند؛ یعنی در محیط‌های شیمیایی سخت دوام می‌آورند.
سوم، خاصیت کاتالیزوری بسیار خوبی دارند؛ یعنی می‌توانند واکنش‌های شیمیایی را تسریع کنند یا مسیر آن‌ها را بهینه نمایند؛ به عنوان مثال در مبدل‌های کاتالیستی خودرو یا فرایندهای پتروشیمی.
این ویژگی‌ها باعث شده‌اند که فلزات گروه پلاتین در صنایع حساس و پیشرفته کاربردی شوند.

پالادیم: عضو پرکاربرد گروه

یکی از شناخته‌شده‌ترین اعضای گروه، پالادیم است. پالادیم توانایی جالبی دارد در جذب هیدروژن و استفاده در واکنش‌های هیدروژناسیون و فرایندهای شیمیایی.

در تصویر بالا، نمونه‌ای از فلز پالادیم خالص را می‌بینیم که درخشش نقره‌ای و سطح صاف آن، ویژگی شاخص این فلز گران‌بهاست.

بیشترین کاربرد پالادیم در مبدل‌های کاتالیستی خودرو است؛ چرا که می‌تواند بخارات مضر را به گازهای کمتر زیان‌آور تبدیل کند.

پالادیم یکی از اجزای اصلی مبدل‌های کاتالیستی است (جهت تصفیه آلاینده‌های خودرو).

علاوه بر این، در الکترونیک، جواهرسازی و برخی کاربردهای پزشکی هم به کار می‌رود؛ اما کم‌یاب بودن آن یک چالش بزرگ است.

رودیم و ایریدیوم: فلزات نادر، کاربردهای ویژه

رودیم یکی از کمیاب‌ترین فلزات این گروه است و کاربرد زیادی در مبدل‌های کاتالیستی دارد؛ مثلا برای کاهش اکسیدهای نیتروژن در خودروها به کار می‌رود.

در تصویر بالا، فلز ایریدیوم خالص را می‌بینید که به دلیل سختی بسیار زیاد و نقطه ذوب بالا، در صنایع خاص و محیط‌های سخت مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ایریدیوم نیز بسیار مقاوم در برابر خوردگی و گرماست و در ابزارهای دقیق، الکترودها و قالب‌های بسیار خاص کاربرد دارد.

فلز رودیم خالص با سطحی براق و رنگ سفید نقره‌ای (درخشان‌ترین فلز شناخته‌شده در جهان)

به دلیل نادر بودن این فلزات و پیچیدگی استخراج و فرآوری، قیمت آن‌ها بالا است و هر گونه اختلال در عرضه، تأثیر سریعی در بازار دارد.

منابع معدنی و روش‌های استخراج

فلزات گروه پلاتین از معادن ویژه‌ای در جهان استخراج می‌شوند؛ مثلا مجموعه آزئمی نواحی بوشولد  (Bushveld)  در آفریقای جنوبی یکی از منابع بزرگ است.

توده بوشولد در آفریقای جنوبی

بخشی از عرضه نیز از بازیافت مبدل‌های کاتالیستی و دستگاه‌های الکترونیکی برگشت شده بدست می‌آید؛ این روش تبدیل به منبع ثانویه مهمی شده است.
با این حال، ذخایر فلزات گروه پلاتین محدود هستند و پیش‌بینی می‌شود بسته به فلز، بین حدود ۱۰۰ تا ۲۰۰ سال جوابگوی تقاضا باشند.

کاربردها در صنعت خودرو و محیط زیست

یکی از مهم‌ترین کاربردهای فلزات گروه پلاتین، در مبدل‌های کاتالیستی خودرو است؛ این فلزات به کاهش گازهای مضر مانند مونوکسیدکربن و اکسیدهای نیتروژن کمک می‌کنند.

عملکرد مبدل کاتالیستی خودرو (با استفاده از فلزات گروه پلاتین، گازهای سمی خروجی را به ترکیبات بی‌ضرر تبدیل می‌کند.)

به دلیل مقررات سختگیرانه زیست‌محیطی در بسیاری از کشورها، تقاضا برای این فناوری بالا رفته و در نتیجه استفاده از PGM نیز بیشتر شده است.
با این وجود، گذار به خودروهای برقی ممکن است تاثیرات زیادی بر تقاضای این فلزات بگذارد و تقاضا را در بلندمدت تحت فشار قرار دهد.

کاربردها در صنایع شیمی، الکترونیک و پزشکی

در صنعت شیمی، فلزات گروه پلاتین به عنوان کاتالیزگر در تولید آمونیاک، اسید نیتریک و ترکیبات آروماتیک به کار می‌روند.
در صنعت الکترونیک، پالادیم و روتنیم و دیگر اعضا استفاده می‌شوند؛ مثلا در هارد درایوها، خازن‌های سرامیکی و حسگرها.
در پزشکی، به‌ویژه ایریدیوم و پلاتین کاربردهایی در ایمپلنت‌ها، تجهیزات پزشکی و حتی درمان‌های پرتویی پیدا کرده‌اند.

بازار جهانی، عرضه، تقاضا و چشم‌اندازها

بازار فلزات گروه پلاتین در سال ۲۰۲۳ تقریبا ۳۰٫۴ میلیارد دلار تخمین زده شده و تا سال ۲۰۳۰ با نرخ رشد سالانه حدود ۴٫۶ درصد به حدود ۳۵٫۱ میلیارد دلار می‌رسد.
از سوی دیگر، اختلالات در عرضه، قیمت بالا، و تحولات فناوری (مانند خودروهای برقی) باعث شده چشم‌انداز این فلزات کمی پیچیده شود.
مثلا گزارش‌ها می‌گویند بازار پلاتین در سال ۲۰۲۴ بزرگ‌ترین کسری عرضه را در یک دهه تجربه خواهد کرد.

چالش‌ها، بازیافت و جایگزینی

چالش بزرگ این است که منابع اولیه فلزات گروه پلاتین محدود هستند و استخراج جدید هزینه‌بر و پرریسک است.
بازیافت به کمک آمده است؛ مثلا بازیافت مبدل‌های کاتالیستی بخش مهمی از تأمین ثانویه را تشکیل می‌دهد.
علاوه بر این، جایگزینی این فلزات کار ساده‌ای نیست چون خصوصیات آن‌ها بسیار ویژه است؛ فناوری‌هایی مانند پیل‌های سوختی ممکن است تقاضا را تغییر دهند اما همچنان به PGM نیاز دارند.

مراحل اصلی بازیافت فلزات گروه پلاتین از مبدل‌های کاتالیستی خودرو (شامل خردایش، انحلال، فیلتراسیون و پالایش نهایی)

نتیجه‌گیری و توصیه‌ها

در این مقاله دیدیم که فلزات گروه پلاتین از یک سو ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی ممتاز دارند و از سوی دیگر کاربردهای بسیار متنوع و مهمی در صنعت، فناوری و محیط زیست پیدا کرده‌اند.
با این حال، محدودیت منابع، قیمت بالا و فشارهای فناوری (مانند گذار به خودروهای برقی) چالش‌های مهمی برای آینده آن‌ها هستند. توصیه می‌شود شرکت‌ها و سیاست‌گذاران به بازیافت، استفاده بهینه و نوآوری در جایگزینی این فلزات توجه کنند تا زنجیره تأمین پایدار بماند.