研究背景:
“重磅!广期所铂、钯期货合约草案亮相”,铂、钯期货是广期所规划上市的服务绿色发展类品种板块的重要组成部分。6月28日,在2023上海铂金周暨中国铂族金属市场峰会上,广期所商品事业部有关负责人介绍了广期所铂、钯期货合约草案设计情况,并邀请业界专家、企业建言献策,以对合约进一步修改完善。
我国是全球最大的铂族金属消费市场和进口国。作为新能源、新材料行业的“维生素”,以铂金为代表的铂族金属应用日趋广泛,战略地位凸显。虽然此次披露的合约设计仍处于初期的草案阶段,但中国版铂金、钯金期货依然备受海内外市场关注。
钌,是一种化学元素,其化学符号为Ru,原子序数为44,原子量为101.07u,是在元素周期表中铂族的稀有过渡金属。钌与铂族的其他金属一样,对大多数其他化学物质都是惰性的。一般而言,钌是在铂矿石的次要成分中被发现,年产量从2009年的约19吨上升到2017年的约35.5吨。生产出的钌大部分用于制造耐磨电接头和厚膜电阻,其次是用于铂合金和当成化学反应催化剂,另有一项新用途则是当作极紫外光光罩的覆盖层。钌通常和其他铂族金属同时蕴藏在乌拉尔山脉、北美洲和南美洲的矿石中。加拿大安大略省大萨德伯里的镍黄铁矿以及南非辉石岩矿床中,也发现了稀少但有商业重要性的存量。
物理性质
冷的时候,钌的延性较小,即使纯粹单晶也很容易弯曲。金属钌可用电弧或电子束熔化。钌通常加热至1500℃时才能加工成细丝或薄板。
化学性质
钌有四种晶态,在标准情况下不会失去光泽,它加热到 800 °C时氧化。钌溶于熔融碱,产生钌酸盐(RuO2−4)。钌不与王水反应,但在高温下会被卤素攻击。事实上,钌易被强氧化剂(比如高碘酸,热浓硒酸和碱性次氯酸盐等)侵蚀。少量的钌可以增加铂和钯的硬度。钛的腐蚀抗性通过添加少量钌,会显着增加。金属可以通过电镀和热分解镀上钌。已知钌钼合金在低于10.6 K的温度下具有超导性。钌是唯一可以呈现+8氧化态的4d过渡金属。尽管如此,这个价态的稳定性也低于较重的同类物锇。与铁类似但与锇不同,钌可以在+2和+3的较低氧化态下形成水合阳离子。 与较轻的同类物铁不同,钌在室温下是顺磁性的,因为铁的居里点高于室温。
分布与含量
钌在地壳含量非常罕见,约100 ppt(0.1%),居元素分布序列中的第74位。
生产制造
人们每年大约开采30吨钌,而钌的世界储量估计为5,000吨。开采的铂族金属 (PGM) 混合物的组成变化很大,这取决于地球化学地层。例如,南非开采的铂族金属平均含有11%的钌,而前苏联开采的铂族金属仅含有2%(1992年)。钌、锇和铱被认为是少数铂族金属。
与其他铂族金属一样,钌是作为副产品从镍、铜以及铂金属矿石加工中获得的。在铜的电解精炼和镍过程中,银、金和铂族金属等贵金属沉淀为“阳极泥”,提取原材料。根据原材料的组成,通过几种方法中的任何一种将金属转化为离子化溶质。一种代表性方法是与过氧化钠融合,然后溶解在王水,一种会放出氯与盐酸的混合物中。锇、钌、铑和铱不溶于王水并沉淀,将其他金属留在溶液中。通过用熔融的硫酸氢钠处理,可从残余物中分离出铑。含有钌、锇和铱的不溶残留物用氧化钠处理,其中铱不溶,产生溶解的钌和锇盐。在氧化成挥发性氧化物之后,RuO4通过和氯化铵反应,产生(NH4)3RuCl6的沉淀与OsO4分离,或是用有机溶剂萃取挥发性的四氧化锇。 氢气可用来还原六氯合钌(III)酸铵,产生粉末。产物用氢气还原,产生粉末或海绵金属,可以用粉末冶金技术或氩弧焊进行处理。
应用
纯金属钌用途很少。钌是铂和钯的有效硬化剂,使用它不会降低铂和钯的抗腐蚀性。含有较大百分数(30%-70%)的钌的合金,包含有其它贵重金属或碱金属,可用在电气触点上和需要抗磨和抗腐蚀的地方,如钢笔尖和工具枢轴上。二氧化钌导电,在有机介质中以粉末状与玻璃料相混合,可用作非金属衬底制成电阻元件。
催化剂
许多含钌化合物都有催化性。催化剂可方便地两种:可溶于反应介质的叫均相催化剂,而不溶的则叫多相催化剂。 钌的纳米颗粒可以在禾乐石内部形成。这种广泛存在的矿物天然具有卷状纳米片(纳米管)的结构,可以支持钌纳米团簇的合成,用于后续工业催化。匀相催化剂含有三氯化钌的溶液对烯烃复分解反应具有高活性。此类催化剂在商业上用于生产聚降冰片烯。某些钌的卡宾配合物显示出相当的反应性,可提供于工业过程。例如,格拉布催化剂已用于制备药物和先进材料。钌配合物用于转移氢化(有时称为借氢反应)的高活性催化剂。该方法用于酮、醛和亚胺的不对称氢化。非匀相催化剂钌促进的钴催化剂用于费托合成。新兴应用Intel 在自家半导体10nm制程上,在后端制程BEOL中首次使用金属钌材料。