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。
铂,俗称白金,是一种化学元素,其化学符号为Pt,原子序数为78,原子量为195.084u。铂是一种密度高、延展性高、反应性低的银白色贵金属,属于过渡金属。铂同属于铂系元素和10族元素。它共有六种自然产生的同位素。铂是地球地壳中罕见的元素,丰度排在第71名,平均丰度大约为5μg/kg,地壳百万分之0.001为铂。它一般出现在某些镍和铜矿石中,位于原生元素矿藏,主要分布在南非,当地的铂产量占全球的80%。铂年产量只有几百吨,应用亦十分重要,因此非常贵重,是主要的贵金属贸易商品。铂是非常不活泼的金属。即便在高温下,它也有极强的抗腐蚀性,属于抗腐蚀金属。在自然中,铂有时以纯金属状态出现,不与其他元素结合。铂的应用包括:催化转换器、实验室器材、电触头和电极、电阻温度计、牙科器材及首饰等。由于铂是重金属,所以它的盐会危害健康;但铂的抗腐蚀性强,所以其毒性比一些其他金属较低。一些含铂化合物,特别是顺铂,可用于化学疗法以治疗某些癌症。
物理性质
纯铂为带光泽、有可延展性的银白色金属。它的可延展性是所有纯金属中最高的,胜过金、银和铜,但其可锻铸性却比金低。铂金属的抗腐蚀性极强,在高温下非常稳定,电性能亦很稳定。它在任何温度下都不会氧化,但可被各种卤素、氰化物、硫和苛性碱侵蚀。铂不可溶于氢氯酸和硝酸,但会在热王水中溶解,形成氯铂酸(H2PtCl6)。这些物理性质都使铂成为了工业上应用广泛的金属。由于能够抵抗侵蚀和保留光泽,所以铂还可以用于制首饰。
化学性质
铂的最常见氧化态为+2和+4。铂的+1和+3较少见,双金属(或多金属)化合物中的金属键可以提高其稳定性。四配位铂(II)化合物通常具有由16个电子形成的平面四边形结构。单质铂金属的反应性很低,但它会在热王水中溶解,产生氯铂酸(H2PtCl6)。铂属于软酸,所以铂和硫有化学亲和性,例如和二甲基亚砜(DMSO);科学家已发现多种DMSO配合物。
化合物
氯铂酸是十分重要的铂化合物,可以用来生产许多其他的铂化合物。氯铂酸本身的应用广泛,包括摄影、锌蚀刻、不褪色墨水、电镀、镜子、瓷器上色以及催化剂等。二氧化铂(PtO2)亦称亚当斯催化剂,呈黑色粉末状,可溶于氢氧化钾溶液及浓酸中。蔡斯盐含有乙烯配位体,是较早被发现的有机金属化合物。
存量
铂非常罕见,在地壳中的浓度只有百万分之0.005。铂金属常被误认为是银。自然界中的铂常以未经化合的单质出现,或与其他铂系元素或铁形成合金。单质铂元素通常出现在冲积层次生矿床。前哥伦布时期哥伦比亚乔科省的居民曾经开采过的冲积层矿床至今仍然仍出产铂系金属。另一大冲积层矿藏位于俄罗斯乌拉尔山脉。在镍和铜矿中,铂系金属会以硫化物(如(Pt,Pd)S)、碲化物(如PtBiTe)、锑化物(PdSb)和砷化物(如PtAs2)的形态出现,并且也会与镍或铜形成合金。砷铂矿石(砷化铂PtAs2)也是此金属的主要矿源,它出现在镍矿当中,主要分布在加拿大安大略的索德柏立盆地。较罕见的硫砷铂矿((Pt,Pd,Ni)S)中含有铂、钯和镍元素。硫砷铂矿出现在南非豪登省布什维尔德杂岩体中的美兰斯基矿层中。其最大原生矿床位于布什维尔德杂岩体。其余两大矿床位于俄罗斯诺里尔斯克的大型铜镍矿,以及加拿大的索德柏立盆地。索德柏立盆地的镍矿开采量巨大,因为其中的铂元素只占百万分之0.5。美国则有较小的矿藏,例如蒙大拿州的阿布萨洛卡山脉。2010年,南非为铂的最大产国,其占总产量的77%,其次为占13%的俄罗斯。2010年铂的全球总产量为192吨。印度泰米尔纳德邦亦有铂矿藏。
生产
像其余的铂系金属一样,铂是镍和铜的商业开采加工过程的副产品。在铜的电解精炼过程中,银、金、各铂系金属、硒和碲都会下沉至槽的底部,形成“阳极泥”。铂系金属的萃取过程便是从这一泥状物质开始的。如果在飘沙沉积物或其他矿物中发现纯铂,则可以在移除杂质的过程中将铂提取。铂的密度高于大部分的杂质,所以较轻的杂质可以用浮力分离的方式轻易地提取。铂具有顺磁性,而镍和铁都具有铁磁性。混合物经过电磁铁后,镍和铁会被分离出来。铂的熔点较高,因此可以利用高温把不少杂质熔融去除。最后,铂不受氢氯酸和硫酸侵蚀,混合物在任一者中经搅拌后,杂质自然会溶解,剩余的就是铂。原始铂中也含有金以及其他铂系元素。要纯化原始铂,可以用王水处理。钯、金和铂会溶解,而锇、铱、钌和铑则不会反应。加入二氯化铁后,金会沉淀,并可以过滤出来。加入氯化铵之后,氯铂酸铵会沉淀,经加热后可以转化为铂金属。未沉淀的六氯铂酸(IV)可以经锌元素还原。在实验室中,也可用类似方法从少量残留物中萃取出铂。
应用
2010年售出的245吨铂当中,113吨(46%)用于汽车催化转换器,76吨(31%)用于首饰,其余35.5吨的应用包括投资、电极、抗癌药物、氧传感器、火花塞和涡轮引擎等。除首饰之外,铂可以用于制作高级化学器皿、铂金坩埚以及催化剂。铂在汽车工业中和铑一并可用于尾气催化转化装置,在该领域消耗量占比接近50%。
催化剂
铂的最大用途是做化学反应的催化剂,这种催化剂通常是铂黑。铂目前最大应用于汽车的催化转换器,使废气中低浓度未燃烧的碳氢化合物能够完全燃烧,产生二氧化碳和水汽。在石油业中,铂可以用来催化若干个不同的反应,特别是将石脑油催化重整为更高辛烷值的汽油。二氧化铂(或称亚当斯催化剂)是氢化反应的催化剂,特别用于生产植物油。铂金属可以很好地催化过氧化氢分解为水和氧气的反应。
贵金属
铂是贵金属贸易商品。在持续稳定增长的经济内,铂价往往是金价的双倍;而在不稳定时期,由于工业需求降低,铂价一般跌至金价的水平以下。在经济滞缓时,金价更加稳定,因为其需求量并不受工业用途的推动。
其他用途
在实验室当中,铂金属丝可用作电极。热重分析会用铂制的盘和支架,因为在高温下(约1000°C)它必须要严格地保持化学惰性。铂是各种金属器具的合金添加剂,如金属细丝、抗腐蚀实验容器、医疗器材、假牙、电触头和热电偶等。铂钴合金、铁铂合金可以制成强力的永久磁体。同时也是硬盘碟片中纪录层的主要材料。船只、管道和钢铁码头都有用到含铂的阳极。