1800年平安夜,英国科学家威廉·海德·沃拉斯顿(William Hyde Wollaston)购买了一块几乎纯净的铂金矿石,这块矿石被秘密地从西班牙殖民地新格拉纳达(今日的哥伦比亚)走私而来,售价为795英镑(按1800年的价值约合1051.99美元,折合今天的价值为23,206.23美元)。
沃拉斯顿对这块矿石寄予厚望,他希望通过新化学工艺让坚硬的矿石变成可延展的铂金。但这块矿石也藏有自己的秘密——一种此前科学界未知的稀有金属。
今天,这种金属已成为地球上最有价值的贵金属:铑(化学符号Rh,原子序数45)。
铑金的意外发现
沃拉斯顿用这块走私来的铂金矿石完成了此前科学家未曾成功的壮举:他开发出一种化学工艺,成功将铂金分离并使其具备延展性。当他在后院实验室中溶解铂金矿石时,生成了可溶性和不可溶性的残渣。在沉淀可溶性溶液后,他发现剩下了红色盐类物质。红色盐并不是铂金的典型特征,沃拉斯顿怀疑样品中存在其他物质。在1803年至1804年间,他宣布从这块铂金矿石中发现了两种新的贵金属:一种他命名为钯金(Palladium),另一种为铑金(Rhodium)。
威廉·海德·沃拉斯顿(William Hyde Wollaston,1766-1828)是粉末冶金领域的先驱,发现了铑和钯两种金属。
什么是铑金?
铑是一种极为光亮、抗腐蚀的金属,被广泛应用于汽车、珠宝、化工和电子行业。根据美国宝石学院(GIA)珠宝制造工艺研发主管肖恩·彼得森(Shaun Peterson)的说法,铑的高价值主要来源于其稀有性和应用广泛性。“铑的稀有性以及其在汽车制造业中的巨大需求,使其价格大幅上涨,”彼得森表示。尤其是中国和欧洲实施的汽车排放更严格的法规,可能是铑价格上涨的主要原因。如今,铑的价格高达每盎司14,000美元。
相比之下,铂金为每盎司959美元,钯金为1,866美元,黄金为1,783美元。铑从未以纯形式存在,通常是铂金、铜或镍提炼的副产品。在南非的大型铂金矿业中,铑产量最高。此外,它也可以在北美和南美的河沙中以及加拿大安大略省的铜镍硫化矿中找到。
与玫瑰色相关的名字沃拉斯顿以希腊语中意为玫瑰的“rhodon”为灵感,将这种新金属命名为铑,因为在王水(aqua regia,一种可以溶解黄金和铂金的黄色-橙色强酸溶液)中溶解时,铑会形成红色盐类。“铑属于铂族金属之一,被认为是贵金属的一部分,”彼得森说。
其他铂族金属铂族金属(PGMs)包括以下六种:
- 铑(Rhodium)
- 铂(Platinum)
- 钯(Palladium,沃拉斯顿在发现铑的前一年发现)
- 钌(Ruthenium)
- 铱(Iridium)
- 锇(Osmium)
化学元素铑经过加工后呈现为粉末、压制成的圆柱体以及重新熔化后的颗粒状形式。(图片来源:维基共享资源)
铑通常无害(除非您是珠宝商)
自20世纪30年代以来,人们开始将铑作为铂的副产品进行开采,这源于南非德兰士瓦发现了大量铂矿沉积物。从那时起,尚无确凿证据表明铑对人类有害,特别是因为人类直接接触大量铑的可能性极低。
对植物的测试表明,铑是铂族金属中毒性最低的元素。但由于天然铑的供应量极少,目前尚未对人类进行相关测试。
然而,彼得森表示,当吸入铑时可能会产生危险,尤其是在珠宝制作过程中。“在铑电镀的过程中,会产生有害的烟雾。由于这种健康风险,电镀时采取了安全措施以避免吸入这些烟雾。”
铑让我们的空气更清洁,珠宝更明亮
你、汽车、珠宝和口香糖有什么共同点?答案是:都与铑有关。
目前可用的铑中,有80%被用于汽车的催化转换器中,以清洁尾气排放。铑在分解一氧化二氮分子(即NOx排放物)方面表现极为出色——这种棕色的有毒气体来自化石燃料驱动的汽车、卡车、船只、发电厂和涡轮机等众多污染源。
尽管NOx排放对人体和臭氧层造成的危害是不可逆的,但如果没有铑,这种影响会更严重。
铑也是制造硝酸、乙酸或用于氢反应的重要催化剂,还可以作为催化剂用于制造薄荷醇——即口香糖中的薄荷味成分。此外,由于其耐腐蚀且导电性优异,铑被用作光纤和光学镜面的涂层、车灯反射器以及电子材料。
人类最有可能直接接触铑的场景是通过光泽耀眼的珠宝。彼得森说:“珠宝商选择铑用于珠宝制作,是因为它明亮、银白色且非常坚硬,可以让珠宝更具抗刮性和耐腐蚀性。铑还具有抗过敏特性,有助于那些对某些珠宝合金过敏的人群。”
铑不含任何镍成分,因此即使是最敏感的珠宝佩戴者也可以放心佩戴铑镀层的手链。
铑并非易于加工的金属
铑非常坚硬,其熔点高达3565华氏度(1963摄氏度)。由于熔点高,铑比其他金属更难以加工。
“单独的铑对于普通的珠宝制作来说过于坚硬,”彼得森表示。“铑最常见的用途是作为其他金属合金的镀层,用于防止过敏或改善珠宝的颜色。”
这种稀有金属的光泽、亮度和耐用性无疑是其优势,但由于加工难度大,其镀层通常较薄且容易磨损。
彼得森补充说:“缺点是,铑镀层只是珠宝表面的一层薄薄的涂层,这意味着随着时间的推移,铑会因为日常磨损而减少。”珠宝商倾向于将铑用于磨损较少的首饰,如耳环或项链,并建议每隔一到两年对铑镀层重新电镀。
由于镀一件珠宝所需的铑量非常少,铑镀首饰的价格相对亲民。在网上,你可以找到价格从300美元到5000美元不等的铑镀首饰,但价格差异主要取决于设计师、基底金属和宝石,而不是铑本身。
多亏了沃拉斯顿在200多年前发现了铑,我们才能佩戴和享受这个地球上最珍贵和最昂贵的金属之一。