Los metales del grupo del platino ( PGM ), también conocidos como platinoides , platínidos , platidisas , grupo del platino , metales del platino , familia del platino o elementos del grupo del platino ( PGE ), son seis elementos metálicos preciosos y nobles agrupados en la tabla periódica . Estos elementos son todos metales de transición en el bloque d (grupos 8 , 9 y 10 , períodos 5 y 6 ). [1]
Los seis metales del grupo del platino son rutenio , rodio , paladio , osmio , iridio y platino . Tienen propiedades físicas y químicas similares y tienden a aparecer juntos en los mismos depósitos minerales. [2] Sin embargo, se pueden subdividir en elementos del grupo del platino del grupo del iridio (IPGE: Os, Ir, Ru) y elementos del grupo del platino del grupo del paladio (PPGE: Rh, Pt, Pd) en función de su comportamiento en sistemas geológicos. [3]
Los tres elementos por encima del grupo del platino en la tabla periódica ( hierro , níquel y cobalto ) son todos ferromagnéticos ; estos, junto con el elemento lantánido gadolinio (a temperaturas inferiores a 20 °C), [4] son los únicos metales de transición conocidos que muestran ferromagnetismo cerca de la temperatura ambiente.
Los americanos precolombinos conocían desde hacía muchos años el platino natural y las aleaciones ricas en platino. [5] Sin embargo, aunque el metal era utilizado por los pueblos precolombinos, la primera referencia europea al platino aparece en 1557 en los escritos del humanista italiano Julio César Scaligero (1484-1558) como una descripción de un metal misterioso encontrado en minas centroamericanas entre Darién (Panamá) y México ("hasta ahora imposible de fundir por ninguna de las artes españolas"). [5]
El nombre platino se deriva de la palabra española platina ("pequeña plata"), el nombre dado al metal por los colonizadores españoles en Colombia . Consideraban que el platino era una impureza no deseada en la plata que extraían. [5] [6]
En 1815, William Hyde Wollaston había descubierto el rodio y el paladio , y el iridio y el osmio por su íntimo amigo y colaborador Smithson Tennant . [7]
Los metales de platino tienen muchas propiedades catalíticas útiles . Son muy resistentes al desgaste y al deslustre, lo que hace que el platino, en particular, sea muy adecuado para la joyería fina . Otras propiedades distintivas incluyen resistencia al ataque químico, excelentes características a alta temperatura, alta resistencia mecánica, buena ductilidad y propiedades eléctricas estables. [8] Además de su aplicación en joyería, los metales de platino también se utilizan en medicamentos contra el cáncer, industrias, odontología, electrónica y catalizadores de escape de vehículos (VEC). [9] Los VEC contienen platino sólido (Pt), paladio (Pd) y rodio (Rh) y se instalan en el sistema de escape de los vehículos para reducir las emisiones nocivas, como el monóxido de carbono (CO), convirtiéndolas en emisiones menos nocivas. [10]
En general, las rocas ígneas ultramáficas y máficas tienen un contenido de trazas de PGE relativamente alto, y los granitos , bajo. Las trazas geoquímicamente anómalas se producen predominantemente en espinelas cromónicas y sulfuros. Las rocas ígneas máficas y ultramáficas albergan prácticamente todo el mineral de PGM primario del mundo. Las intrusiones estratificadas máficas , incluido el complejo Bushveld , superan con creces a todos los demás entornos geológicos de depósitos de platino. [11] [12] [13] [14] Otros depósitos de PGE económicamente significativos incluyen intrusiones máficas relacionadas con basaltos de inundación y complejos ultramáficos del tipo de Alaska y Urales. [12] : 230
Los minerales típicos de PGM contienen aproximadamente 10 g de PGM/tonelada de mineral, por lo que se desconoce la identidad del mineral en particular. [15]
El platino puede presentarse como metal nativo, pero también puede presentarse en varios minerales y aleaciones diferentes. [16] [17] Dicho esto, el mineral de esperrilita ( arseniuro de platino , PtAs 2 ) es, con mucho, la fuente más importante de este metal. [18] Una aleación de platino-iridio de origen natural, el platiniridio, se encuentra en el mineral cooperita ( sulfuro de platino , PtS). El platino en estado nativo, a menudo acompañado de pequeñas cantidades de otros metales de platino, se encuentra en depósitos aluviales y de placer en Colombia , Ontario , los Montes Urales y en ciertos estados del oeste de Estados Unidos . El platino también se produce comercialmente como subproducto del procesamiento del mineral de níquel . Las enormes cantidades de mineral de níquel procesado compensan el hecho de que el platino constituye solo dos partes por millón del mineral. Sudáfrica , con vastos depósitos de mineral de platino en el arrecife Merensky del complejo Bushveld , es el mayor productor mundial de platino, seguido de Rusia . [19] [20] El platino y el paladio también se extraen comercialmente del complejo ígneo Stillwater en Montana, EE. UU. Los líderes de la producción primaria de platino son Sudáfrica y Rusia, seguidos de Canadá, Zimbabue y EE. UU. [21]
El osmiridio es una aleación natural de iridio y osmio que se encuentra en las arenas de los ríos que contienen platino en los montes Urales y en América del Norte y del Sur . También existen trazas de osmio en los minerales que contienen níquel que se encuentran en la región de Sudbury , Ontario , junto con otros metales del grupo del platino. Aunque la cantidad de metales del grupo del platino que se encuentra en estos minerales es pequeña, el gran volumen de minerales de níquel procesados hace posible su recuperación comercial. [20] [22]
El iridio metálico se encuentra junto con el platino y otros metales del grupo del platino en depósitos aluviales. [23] Las aleaciones de iridio que se encuentran en la naturaleza incluyen el osmiridio y la iridosmina , que son mezclas de iridio y osmio. Se recupera comercialmente como subproducto de la minería y el procesamiento del níquel. [20]
El rutenio se encuentra generalmente en menas con otros metales del grupo del platino en los Montes Urales y en América del Norte y del Sur . También se encuentran cantidades pequeñas pero comercialmente importantes en la pentlandita extraída de Sudbury, Ontario , y en depósitos de piroxenita en Sudáfrica . [20]
La extracción industrial del rodio es compleja, ya que se encuentra en menas mezcladas con otros metales como el paladio, la plata , el platino y el oro . Se encuentra en las menas de platino y se obtiene libre como un metal blanco inerte que es muy difícil de fundir. Las principales fuentes de este elemento se encuentran en Sudáfrica, Zimbabwe, en las arenas de los ríos de los Montes Urales , América del Norte y del Sur, y también en la zona minera de sulfuro de cobre y níquel de la región de la Cuenca de Sudbury . Aunque la cantidad en Sudbury es muy pequeña, la gran cantidad de mena de níquel procesada hace que la recuperación del rodio sea rentable. Sin embargo, la producción mundial anual en 2003 de este elemento es de sólo 7 u 8 toneladas y hay muy pocos minerales de rodio. [24]
El paladio se encuentra preferentemente en minerales de sulfuro, principalmente en pirrotita . [12] El paladio se encuentra como metal libre y aleado con platino y oro con metales del grupo del platino en depósitos de placer de los Montes Urales de Eurasia , Australia , Etiopía , América del Sur y del Norte . Sin embargo, se produce comercialmente a partir de depósitos de níquel y cobre que se encuentran en Sudáfrica y Ontario, Canadá . El enorme volumen de mineral de níquel y cobre procesado hace que esta extracción sea rentable a pesar de su baja concentración en estos minerales. [24]
La producción de metales individuales del grupo del platino normalmente comienza a partir de residuos de la producción de otros metales con una mezcla de varios de esos metales. La purificación generalmente comienza con los residuos anódicos de la producción de oro, cobre o níquel. Esto da como resultado un proceso de extracción que consume mucha energía, lo que genera consecuencias ambientales. Se espera que las emisiones de dióxido de carbono aumenten como resultado de una mayor demanda de metales de platino y es probable que haya una expansión de la actividad minera en el Complejo Ígneo Bushveld debido a esto. Se necesita más investigación para determinar los impactos ambientales. [25] Los métodos de purificación clásicos explotan las diferencias en la reactividad química y la solubilidad de varios compuestos de los metales bajo extracción. [26] Estos enfoques han dado lugar a nuevas tecnologías que utilizan la extracción con solventes .
La separación comienza con la disolución de la muestra. Si se utiliza agua regia , se producen los complejos de cloruro. Dependiendo de los detalles del proceso, que a menudo son secretos comerciales, los PGM individuales se obtienen como los siguientes compuestos: (NH 4 ) 2 IrCl 6 y (NH 4 ) 2 PtCl 6 , PdCl 2 (NH 3 ) 2 , poco solubles, OsO 4 y RuO 4 , volátiles , y [RhCl(NH 3 ) 5 ]Cl 2 . [27]
Cantidades significativas de los tres metales ligeros del grupo del platino (rutenio, rodio y paladio) se forman como productos de fisión en los reactores nucleares. [28] Con el aumento de los precios y la creciente demanda mundial, los metales nobles producidos en reactores están surgiendo como una fuente alternativa. Hay varios informes disponibles sobre la posibilidad de recuperar metales nobles de fisión del combustible nuclear gastado . [29] [30] [31]
Anteriormente se pensaba que los metales del grupo del platino tenían muy pocos atributos negativos en comparación con sus propiedades distintivas y su capacidad para reducir con éxito las emisiones nocivas de los escapes de los automóviles. [32] Sin embargo, incluso con todos los aspectos positivos del uso del metal platino, es necesario considerar los efectos negativos de su uso en cómo podría afectar el futuro. Por ejemplo, se considera que el Pt metálico no es químicamente reactivo y no alergénico, por lo que cuando el Pt se emite desde los VEC está en formas metálicas y de óxido y se considera relativamente seguro. [33] Sin embargo, el Pt puede solubilizarse en el polvo de la carretera, ingresar a fuentes de agua, al suelo y aumentar las tasas de dosis en animales a través de la bioacumulación . [33] Estos impactos de los grupos del platino no se consideraban anteriormente, sin embargo [34] con el tiempo, la acumulación de metales del grupo del platino en el medio ambiente puede representar un riesgo mayor de lo que se pensaba anteriormente. [34] Se necesitan más investigaciones para comprender plenamente la amenaza que suponen los metales de platino, especialmente porque cuanto más se conducen automóviles con motor de combustión interna, más emisiones de metal de platino hay.
La bioacumulación de metales de Pt en animales puede suponer un riesgo importante para la salud de los seres humanos y de la biodiversidad. Las especies tenderán a volverse más tóxicas si su fuente de alimentación está contaminada por estos metales de Pt peligrosos emitidos por los VEC. Esto puede dañar potencialmente a otras especies, incluidos los seres humanos, si comemos estos animales peligrosos, como el pescado. [34]
Los metales de platino extraídos durante el proceso de minería y fundición también pueden causar impactos ambientales significativos. En Zimbabwe, un estudio mostró que la minería del grupo del platino causaba riesgos ambientales significativos, como contaminación de fuentes de agua, drenaje ácido de agua y degradación ambiental . [35]
Otro peligro del Pt es la exposición a sales halogenadas de Pt, que pueden provocar reacciones alérgicas con altas tasas de asma y dermatitis. Este es un peligro que a veces se puede observar en la producción de catalizadores industriales, provocando reacciones en los trabajadores. [33] Los trabajadores retirados inmediatamente del contacto con sales de Pt no mostraron evidencia de efectos a largo plazo, sin embargo, la exposición continua podría provocar efectos sobre la salud. [33]
También podría ser necesario reevaluar el uso de platino en medicamentos, ya que algunos de los efectos secundarios de estos medicamentos incluyen náuseas, pérdida de audición y nefrotoxicidad. [33] La manipulación de estos medicamentos por parte de profesionales, como enfermeras, también ha provocado algunos efectos secundarios, como aberraciones cromosómicas y pérdida de cabello. Por lo tanto, es necesario evaluar y considerar los efectos a largo plazo del uso y la exposición a medicamentos a base de platino para determinar si es seguro usarlos en la atención médica.
Si bien la exposición a volúmenes relativamente bajos de emisiones de metales del grupo del platino puede no tener efectos a largo plazo sobre la salud, existe una preocupación considerable por el impacto que la acumulación de emisiones de metales de platino tendrá en el medio ambiente y la salud humana. Se trata de una amenaza que requerirá más investigación para determinar los niveles seguros de riesgo, así como las formas de mitigar los posibles peligros de los metales del grupo del platino. [36]
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