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IL PLATINO. Introduzione Il platino è uno dei metalli più preziosi al mondo a causa della sua scarsa reperibilità. Solo poche zone ne hanno rivelato giacimenti;

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1 IL PLATINO

2 Introduzione Il platino è uno dei metalli più preziosi al mondo a causa della sua scarsa reperibilità. Solo poche zone ne hanno rivelato giacimenti; attualmente i più ricchi si trovano in Sudafrica, da dove proviene circa l'85 per cento della produzione globale, sono significative anche le riserve dell'Unione Sovietica, del Canada, del Sud America. Sebbene resti un elemento insostituibile in molti impieghi di natura scientifica e tecnologica, la purezza e l'incredibile duttilità fanno del platino il metallo ideale per la realizzazione di gioielli. Il contenuto di metallo puro, nella lega usata in gioielleria, è del 95% e da un solo grammo di platino si può ricavare un filo sottilissimo lungo due chilometri. Il platino è perfettamente compatibile con ogni tipo di pelle, immune da alterazioni e da usura.

3 Generalità 1 Probabilmente già usato da vari popoli fin da tempi remoti, nelle sue leghe naturali (con oro, argento e gli altri metalli della famiglia del platino) considerate una varietà di argento, fu individuato da A. de Ulloa, nel 1735, in depositi alluvionali della Colombia; come elemento chimico venne definito, però, solo all'inizio del sec. XIX. In natura il platino è un elemento molto scarso, e nella crosta terrestre gli si attribuisce un'abbondanza relativa del 5·10 -7 %. Il minerale del platino più importante è il platino nativo, in realtà costituito da leghe più o meno ricche di platino con gli altri elementi della sua famiglia (palladio, rodio, rutenio, iridio, osmio).

4 Generalità 2 Il platino nativo è il minerale dei giacimenti alluvionali della Colombia, sfruttati fino al 1820, di quelli del distretto di Perm, negli Urali (Russia) e dell'Alaska; associato con altri elementi, soprattutto rame, nichel e quelli della sua famiglia, lo si rinviene in filoni negli Stati Uniti, Sudafrica, America Meridionale, Giappone e Canada: in quest'ultimo Paese lo si estrae anche da un arseniuro, la sperrilite (PtAs2); piccole quantità di platino si rinvengono anche in alcuni minerali solforati.

5 Sperrilite Uno splendido campione di sperrilite, arseniuro di platino. La composizione della sperrilite è PtAs2

6 Sperrilite Platino nativo proveniente dall'Alaska

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9 Braggite

10 Cenni storici 1 La storia del platino, il cosiddetto “nuovo metallo”, è molto più antica di quello che ci si potrebbe aspettare; le antiche civiltà sud americane (100 a.C.), tra cui i famosi Incas, utilizzavano sia il platino che l'oro per creare anelli da naso e altri gioielli cerimoniali. Tuttavia questa testimonianza rimarrà assolutamente isolata nella storia del platino, sia da un punto di vista temporale sia da un punto di vista geografico. Successivamente il platino sparì per due millenni dalla storia dell'umanità, dimenticato per centinaia d'anni, per riapparire quando gli esploratori europei partirono alla scoperta del nuovo mondo.

11 Cenni storici 2 Fu rinvenuto nel 1735 nelle sabbie aurifere ad opera dei Conquistadores spagnoli che da subito lo disprezzarono definendolo “platina” ovvero “argento minore, di scarto” (da “plata”, termine spagnolo che indica, appunto, l'argento). Dopo queste apparizioni il più prezioso dei metalli è stato ignorato per lunghissimo tempo almeno fino alla metà del Settecento quando in Europa arrivarono i primi campioni del “nuovo” metallo. Fin dall’inizio mercanti poco onesti iniziarono ad usarlo per adulterare l'oro (lo sconosciuto materiale pesava infatti molto di più dell'oro e, a quell' epoca, era molto meno costoso), ed il governo spagnolo ne vietò l'uso e iniziò a requisirlo nei luoghi dell'estrazione per poi disperderlo nei fiumi.

12 Cenni storici 3 Solo intorno alla metà del diciottesimo secolo il platino, ad opera degli scienziati, fu oggetto di studio e di approfondimento. I primi progetti si basavano sull’utilizzo del platino nelle armi da fuoco sfruttando il suo altissimo punto di fusione e l’inattaccabilità da parte della maggior parte degli agenti chimici. Se si escludono alcuni eccezionali, ma isolati, esempi ottocenteschi di utilizzo “artistico” del platino; la vera scoperta delle potenzialità del platino in gioielleria risale alle soglie del nostro secolo. Louis Cartier lanciò il felice abbinamento di platino e diamanti in un settore dove la supremazia assoluta dell'oro non era mai stata messa in discussione.

13 Caratteristiche chimico-fisiche 1 E’ il metallo più importante del gruppo dei platinoidi (PGM; Platinum Group Metals) che comprende anche rutenio, rodio, palladio, osmio e iridio. Il platino, di simbolo Pt, di numero atomico 78 e di peso atomico 195,09, è un solido bianco-grigiastro, relativamente molle, duttile, malleabile, tenace. La sua densità è 21,4 g/cm 3, fonde a 1.769ºC. È permeabile ai gas e, soprattutto se suddiviso (spugna e nero di platino), ne assorbe in superficie notevoli quantità, in particolare di idrogeno, con liberazione di calore tale da diventare incandescente.

14 Caratteristiche chimico-fisiche 2 Il platino non reagisce con l'ossigeno neppure a temperatura elevata, determinando una delle proprietà fondamentali di questo metallo ovvero la resistenza alla corrosione; tuttavia si combina a caldo con cloro, zolfo, fosforo, arsenico, silicio e con i metalli a basso punto di fusione, come il piombo e lo zinco. Non reagisce se attaccato da acidi tuttavia si scioglie nell'acqua regia (miscela liquida costituita da sostanze organiche di diversa origine usata come solvente).

15 Metallurgia Dai giacimenti alluvionali il metallo (che non è mai puro) è estratto direttamente mediante un processo di arricchimento a gravità (o per concentrazione idraulica); nel caso invece di minerali filoniani si procede, dopo frantumazione e macinazione, all'arricchimento per flottazione e successivamente alla fusione del concentrato di minerale miscelato a carbone e fondenti per ottenere una metallina di rame e nichel dalla quale, per via elettrolitica, si separa una lega rame-nichel.

16 Il platino e gli altri metalli a esso associati (oro, argento, palladio, rodio, iridio, ecc.) si possono recuperare anche dai fanghi anodici residui dei trattamenti di altri minerali, in particolare rame, mediante trattamenti selettivi lunghi e complessi. La metallurgia per ottenere platino puro è complicata a causa della difficoltà di separarlo soprattutto dagli altri metalli della sua famiglia che presentano proprietà strettamente analoghe.

17 Nel metodo Deville usato nella maggior parte dei casi, il metallo grezzo è fuso con una quantità dieci volte superiore di piombo; in tal modo il piombo si lega con platino, palladio e rodio, mentre osmio, iridio e rutenio restano inalterati e si separano per gravità sul fondo della massa fusa da dove sono recuperati. La lega di piombo è poi sottoposta a una fusione ossidante che allontana la maggior parte del piombo; il residuo è polverizzato e attaccato con acido nitrico che discioglie il palladio e il piombo ancora presenti, mentre resta inalterata una lega costituita soprattutto da platino e da rodio.

18 Questa si discioglie in acqua regia e si precipita poi il platino sotto forma di cloroplatinato di ammonio (NH4)2PtCl6; calcinando tale sale rimane come residuo una massa spugnosa di platino metallico ancora impuro di rodio (spugna di platino). Si sottopone il residuo a fusione con idrogenosolfato di potassio, che attacca il rodio ma non il platino: lisciviando infine la massa con acqua si ottiene come residuo un platino tecnicamente puro, con un titolo in genere superiore al 99,5% e che può venire ulteriormente raffinato per via elettrolitica.

19 Preparazione 1 Il platino si trova: allo stato natio, nella sabbia mescolato con l'oro e con altri metalli dello stesso gruppo (rodio, palladio, osmio, iridio); e associato a ferro, nichel e rame anche in tenori notevoli. Negli ultimi anni la produzione è aumentata a causa della crescente richiesta nell’industria orafa, elettronica, aeronautica e aerospaziale nonché per il controllo delle alte temperature.

20 Il metallo si estrae sul posto attraverso una serie di lavaggi ottenendo così il platino minerale, che, attaccato con acido nitrico, è separato da ferro, nichel e rame. Dopo filtrazione il residuo solido è trattato con acqua regia, la quale scioglie il platino sotto forma di cloruri (H2PtCl6).

21 Preparazione 2 Un'addizione di cloruro di ammonio (NH4Cl) fa precipitare il platino allo stato di cloroplatinato di ammonio (NH2PtCl6), tale miscela in seguito è calcinata ottenendo una massa spugnosa, la spugna di platino. Successivamente la spugna è solubilizzata con acqua regia e la soluzione che si forma, addizionata con cloruro di sodio, è fatta evaporare per produrre Na2PtCl6 impuro.

22 Preparazione 3 Questo è trattato con una soluzione di bromato di sodio che scioglie il sale e lascia come corpo di fondo, sotto forma di idrossidi, eventuali impurezze di Ir e Rh residui. Con l’aggiunta di cloruro d'ammonio si forma il composto (NH4)2PtCl6 che per combustione separa il metallo.

23 Una certa quantità di platino è anche estratta da specifici minerali come sperrilite PtAs2 cooperite PtS braggite (Pt,Pd,Ni)S fanghi dell'affinazione elettrolitica del rame e del nichel.

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25 Impieghi Per la sua inerzia chimica il platino è largamente impiegato nella fabbricazione di recipienti da laboratorio (crogioli, capsule, storte, tubi, ecc.), di elettrodi inattaccabili e nella costruzione di termocoppie per alte temperature oltre che in gioielleria dove si usano leghe con oro, argento e iridio.

26 Quantità notevoli di platino sono assorbite dall'industria chimica per sfruttare l'attività catalitica e l'inerzia chimica: l'ossidazione dell‘ammoniaca a ossido di azoto, sulla quale si basa il metodo generalmente usato per la produzione di acido nitrico, si effettua su reti di filo di lega platino-rodio, più resistente del platino puro nelle condizioni di esercizio; i processi di reforming usati nella produzione delle benzine e di idrocarburi aromatici dal petrolio e numerosi processi di idrogenazione impiegano catalizzatori a base di platino finemente disperso su un supporto costituito da allumina e da altri materiali inerti.

27 Leghe di platino Nella tecnologia di fusione del vetro e nelle turbine a propulsione di aerei e navicelle spaziali sono richiesti materiali resistenti ad alte temperature, ad alti sforzi meccanici e ad ambienti ossidanti e corrosivi. Le superleghe a base di nichel e metalli refrattari sono materiali per applicazioni ad alte temperature, tuttavia non vanno dimenticati platino e leghe a base di platino.

28 Le leghe a base di platino possono essere utilizzate a temperature superiori ai 2000K e, nonostante i costi elevati, sono di grande interesse per applicazioni strutturali in quanto caratterizzate da eccezionale stabilità chimica, resistenza ad ossidazione, alti punti di fusione, duttilità, resistenza a shock termico e conduttività termica ed elettrica. Lenti ottiche e fibre di vetro di alta qualità necessitano l'uso di forni, agitatori e alimentatori in platino.

29 Leghe di platino Il platino puro ha bassa resistenza meccanica ad alte temperature; per questo viene generalmente legato con iridio (fino al 20%) o rodio (fino al 30%) che ne aumentano considerevolmente la resistenza a rottura. Queste soluzioni solide hanno buona duttilità ad alta temperatura e saldabilità. Le comuni leghe Pt-10%wt.Rh e Pt-20%wt.Rh resistono all'ossidazione anche a temperature sopra i 1300K. Per la sua inalterabilità all'aria, sia a temperatura ambiente sia ad alta temperatura, e la sua resistenza alla maggior parte degli agenti chimici (acqua regia esclusa), il platino è utilizzato per la fabbricazione di numerosi apparecchi di laboratorio e attrezzature dell'industria chimica (crogioli, termocoppie, termometri a resistenza, ecc.).

30 Leghe di platino Per ovviare alla sua eccessiva malleabilità è spesso necessario unirlo in lega ad altri metalli, come oro, rame, rodio, iridio, palladio, tungsteno. Nell'oreficeria il platino è impiegato in lega col rame (10%) o col rutenio (5%) oppure con l'iridio (10%). In elettrotecnica sono impiegate leghe platino-rodio (10%) per i contatti, per i resistori dei forni a resistenza e per le termocoppie. Per i contatti elettrici sottoposti a frequenti manovre sono preferite leghe di platino e iridio (20%), impiegate anche per termocoppie, o di platino e rutenio (10%). Taluni elettrodi sono migliorati con l'addizione di una piccola percentuale di tungsteno (fino al 5%).

31 Leghe di platino Il platino e le sue leghe hanno varie altre applicazioni in chirurgia, nelle apparecchiature fisiche di precisione, per la preparazione di filiere per la lavorazione del vetro o del raion (platino-rodio oppure lega formata per il 25% di platino, per il 25% di oro, per il 50% di palladio).

32 Il platino nelle termocoppie I materiali usati per la costruzione delle termocoppie sono diversi a seconda del campo di temperatura in cui devono essere utilizzati, ed a seconda delle caratteristiche richieste. Dal punto di vista teorico qualunque coppia di conduttori può servire per misurare una temperatura, in pratica invece sono poche le coppie di metalli che si possono usare per la costruzione di termocoppie.

33 Infatti questa deve presentare una elevata stabilità a tutte le temperature a cui lavora e deve generare una forza elettro motrice (f.e.m.) elevata, sempre crescente al crescere della temperatura e possibilmente lineare con la temperatura. La termocoppia più comunemente usata nel campo delle temperature elevate, sia nelle industrie, sia nei laboratori, è quella costituita da chromel- alumel (chromel = 90% Ni, 10% Cr; alumel = 94% Ni, 2% di Al, 3% di Mn, 1% di Si).

34 Per le temperature più alte, quando nessuna delle altre coppie può essere impiegata, si usa la termocoppia platino-platino/rodio, ottenute dalla deposizione di uno strato sottile di platino (200 micrometri), o di sue leghe, attraverso spruzzatura e fiammatura. Esistono due tipi di tali coppie che si differenziano unicamente per la percentuale di rodio che può essere del 10% o del 13%, la differenza fra i due tipi è minima; la seconda ha una f.e.m. leggermente superiore.

35 Le termocoppie al platino presentano il vantaggio di poter essere usate fino a temperature di 1500°C ed hanno una forza elettromotrice più riproducibile di quelle formate con metalli non nobili. Servono quasi esclusivamente per misure di temperature elevate e, in particolare, non possono essere usate a temperature inferiori a 0°C perché al diminuire della temperatura la f.e.m diminuisce rapidamente fino ad annullarsi.

36 Due immagini di candele al platino. Il platino costituisce l'elettrodo positivo

37 Termometri a resistenza Il principio di funzionamento dei termometri a resistenza metallici, più comunemente chiamati termoresistenze, si basa sulla variazione della resistenza elettrica di un metallo al variare della temperatura a cui è sottoposto. In campo industriale i materiali maggiormente utilizzati sono il platino ed il nichel che, grazie alla loro elevata resistività e stabilità, permettono di realizzare termoelementi con elevata riproducibilità, di piccole dimensioni e con ottime caratteristiche dinamiche.

38 Le misure di temperatura effettuate con le termoresistenze sono di gran lunga più precise e affidabili rispetto a quelle effettuate con altri tipi di sensori quali termocoppie o termistori. Normalmente i termometri a resistenza sono identificati con la sigla del materiale utilizzato per la loro costruzione (platino = Pt, Nichel = Ni ecc.) seguito dalla loro resistenza nominale alla temperatura di 0°C.

39 Il platino nella marmitta catalitica Piccolo reattore chimico incorporato nel sistema di scarico dell'automobile, in grado di eliminare questi agenti inquinanti dai gas di scarico. Questa è costituita da una struttura di ceramica a nido d'ape, rivestita da una pellicola sottile di metalli catalizzatori,che facilitano le reazioni chimiche, come il palladio, il rodio, ed il platino. Le prime marmitte catalitiche introdotte erano di tipo ossidante, in cui i composti parzialmente ossidati, completavano la reazione di combustione reagendo con l'ossigeno O 2 rimasto nei gas di scarico ed andavano a formare CO 2 e H 2 O, prodotti della combustione ideale. Tuttavia questo tipo di marmitta non era in grado di abbattere l'ossido di azoto.

40 Il platino nella marmitta catalitica Per eliminare l'ossido di azoto NO non bisogna ossidare, ma piuttosto ridurre, quindi utilizzare dei catalizzatori riducenti, che favoriscono la decomposizione dell'ossido in N 2 e O 2. A valle di questo si pone il catalizzatore ossidante che utilizza l'ossigeno, ancora presente nei gas di scarico, per completare la combustione dei composti non completamente ossidati. Le moderne marmitte catalitiche sono dette trivalenti perché riescono ad eliminare tutti e tre gli inquinanti dai fumi di scarico.

41 Il platino industria chimica L'acido nitrico HNO 3 fu scoperto dall'alchimista arabo Geber e la sua determinazione quantitativa si deve a Gay-Lussac. La soluzione acquosa è incolore e spesso assume colorazione giallo-rossastra per la presenza di vapori nitrosi. Ha densità 1,52, solidifica a -41°C in cristalli incolori e bolle a 86°C, alla pressione atmosferica. Fuma all'aria perché è avido d'acqua e forma nebbie con il vapor acqueo atmosferico. Preparazione industriale: Il metodo industriale è basato sull'ossidazione catalitica dell'ammoniaca mediante aria.

42 Il platino industria chimica La reazione avviene facendo passare la miscela gassosa su reti di platino-iridio mantenute a °C per semplice azione del calore di reazione. I gas vengono raffreddati e l'ossido di azoto si trasforma in biossido per azione dell'eccesso di ossigeno. Il biossido di azoto viene fatto passare attraverso una serie di torri di lavaggio in cui, per effetto di una pioggia d'acqua, avviene la reazione di formazione dell'acido. L'ossido di azoto si riossida con l'eccesso di aria e rientra in ciclo, mentre dalle torri si spillano due tipi di acido, uno al 52% e uno al 67% (acido nitrico concentrato).

43 Il platino in medicina Il pace-maker è un dispositivo elettronico miniaturizzato capace di ripristinare, in caso di patologie del ritmo cardiaco, la contrazione regolare del cuore mediante invio di impulsi elettrici. E’ composto da un generatore di impulsi alimentato da batterie la cui durata varia dai 5 ai 10 anni e da elettrodi a base di iridio e platino che, partendo dal generatore e inseriti in una vena, raggiungono la parete di una delle camere cardiache. La chemioterapia curata con platino ed integrata da trattamenti chirurgici e radioterapici è alla base dei trattamenti delle neoplasie e dei linfomi maligni.

44 Il platino in gioielleria Sebbene resti un elemento insostituibile in molti impieghi di natura scientifica e tecnologica, è nella gioielleria che il platino ha trovato la sua grande occasione. Già prima dell'Art Dèco la veloce crescita della domanda fece del platino un metallo sempre più costoso e raro; inoltre tale domanda non poteva essere soddisfatta anche a causa dello scoppio della Prima Guerra Mondiale, in seguito alla quale il platino fu dichiarato materiale strategico da parte dei paesi belligeranti. Con le oscillazioni dovute alle variazioni della moda, alla disponibilità di materia prima e alle leggi di mercato, il platino ha continuato a ricoprire un ruolo molto importante nella gioielleria del nostro secolo.

45 Il platino in gioielleria é raro é puro: I gioielli in platino sono generalmente puri al 95%, a confronto l'oro a 18 carati è puro al 75%. Nessun metallo in gioielleria è utilizzato completamente puro, ma sotto forma di lega. Al contrario il platino, dando luogo a poche leghe, mantiene la sua purezza e non cambia aspetto o colore, conservando la propria brillantezza per anni.

46 Il platino in gioielleria é pesante: Il suo peso specifico (21,45 g/cm 3 ) è uno dei più elevati che si conoscano; si consideri che quello dell'oro (19,3 g/cm 3 )e quello dell'argento (10,5 g/cm 3 ). Un cubo di 15 cm di platino pesa 75 kg, più o meno il peso di una persona é refrattario al calore é inossidabile é duttile é anallergico

47 Il platino in gioielleria è eterno: Il platino non si consuma e offre garanzie di sicurezza per l'incastonatura delle pietre preziose. Alcune delle gemme più preziose del mondo sono incastonate in platino, come il famoso diamante Koh-i-Noor, che fa parte dei gioielli della Corona inglese. Tutti i metalli preziosi si segnano nel tempo e il platino non fa eccezione. Tuttavia, mentre l'oro si rovina per dispersione e col tempo si consuma riducendo parzialmente il suo volume, il platino si segna per compressione e non perde assolutamente peso.

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49 Domanda ed offerta globale di platino e domanda per applicazione, Fonte: UNCTAD based on data from Johnson Matthey's Platinum

50 Fonte: UNCTAD based on data from Johnson Matthey's Platinum Domanda per applicazione

51 Domanda di platino per applicazione nel 2006 Fonte: UNCTAD based on data from Johnson Matthey's platinum

52 Offerta di platino per regioni (%), media Fonte: UNCTAD based on data from Johnson Matthey's Platinum

53 Domanda di platino per regioni (%), media Fonte: UNCTAD based on data from Johnson Matthey's Platinum


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