فلزها به عنوان یک گروه از عناصر شیمیایی در جدول تناوبی، نقش بسیار مهمی در زندگی بشر داشته‌اند و اهمیت بسیاری در جنبه‌های زندگی انسانی دارند. فلزها مهمترین مواد ساختمانی در صنعت و ساختمان‌ها هستند. آهن، آلومینیوم، مس و فولاد از جمله فلزات مهم در این زمینه هستند. فلزات در تولید انرژی نیز قش مهمی ایفا می‌کنند. مثلاً، از نیکل در تولید باتری‌ها و پنل‌های خورشیدی استفاده می‌شود. روتنیوم یکی از عناصر شیمیایی است که در جدول تناوبی قرار دارد. این فلز به دلیل ویژگی‌های خاصی که دارد، اهمیت بسیاری در موارد مختلف دارد. از آن در کاتالیزورها، کاربردهای پزشکی، تحقیقات علمی و صنایع نظامی و هوافضا استفاده می‌شود. در ادامه با صباپروفیل همراه باشید تا به بررسی این عنصر مهم بپردازیم.
فهرست مطالب
روتنیم چیست؟
روتنیم (به انگلیسی Ruthenium) یک عنصر شیمیایی با نماد Ru و عدد اتمی ۴۴ است. این یک فلز واسطه نادر است که متعلق به گروه پلاتین جدول تناوبی است. مانند سایر فلزات گروه پلاتین، روتنیم نسبت به سایر مواد شیمیایی بی اثر است. روتنیم به طور طبیعی در سنگ معدن‌های دیگر فلزات گروه پلاتین یافت می‌شود. این عنصر به عنوان محصول جانبی در فرآوری تجاری سنگ معدن نیکل، مس و فلزات پلاتین استخراج می‌شود.
| عدد اتمی | 44 |
| وزن اتمی | 101.07 |
| نقطه ذوب (درجه سانتی‌گراد) | 2,250 |
| نقطه جوش (درجه سانتی‌گراد) | 3900 |
| نماد شیمیایی | Ru |
روتنیم کاربردهای مختلفی دارد، از جمله:
- کاتالیزور: روتنیم یک کاتالیزور بسیار موثر است و در بسیاری از فرآیندهای صنعتی استفاده می‌شود. به عنوان مثال، روتنیم برای تولید اسید نیتریک، آمونیاک و استون استفاده می‌شود.
- آلیاژها: روتنیم به دلیل استحکام و مقاومت در برابر خوردگی، به طور گسترده‌ای در آلیاژها استفاده می‌شود. به عنوان مثال، روتنیم برای ساخت قطعات هواپیما، موتورهای احتراق داخلی و تجهیزات پزشکی استفاده می‌شود.
- زیور آلات: روتنیم یک فلز گرانبها است و به طور گسترده‌ای در ساخت زیور آلات استفاده می‌شود.
روتنیم یک عنصر سمی است و در صورت تماس با پوست یا استنشاق می‌تواند باعث آسیب شود.
در ادامه برخی از کاربردهای خاص روتنیم آورده شده است:
- در کاتالیزور خودرو، روتنیم برای کاهش آلودگی هوا استفاده می‌شود.
- در تجهیزات پزشکی، روتنیم برای ساخت ایمپلنت‌ها و ابزارهای جراحی استفاده می‌شود.
- در ساخت جواهرات، روتنیم به دلیل رنگ و درخشش آن مورد استفاده قرار می‌گیرد.
روتنیم یک عنصر با ارزش و با کاربردهای فراوان است. تولید آن دشوار و گران است، اما به دلیل خواص منحصر به فردش، یک ماده ضروری در بسیاری از صنایع است.
فرآیند تولید روتنیوم
روتنیوم به طور طبیعی در معادن به صورت ترکیب با عناصر دیگر یافت می‌شود. سنگ معدن روتنیوم حاوی ترکیباتی مثل روتنیوم سولفید است. استخراج روتنیوم از معدن با روش‌هایی مثل کوره بلند انجام می‌شود. سپس فرآیندهای شیمیایی مثل استخراج با حلال و تبادل یونی برای جداسازی آن انجام می‌شود.
روتنیوم خالص سازی شده سپس با فرآیندهایی مثل هیدروژن‌دهی و احیاء شیمیایی تصفیه می‌شود. در نهایت روتنیوم خالص بدست آمده با روش‌هایی مثل ریخته‌گری به اشکال مختلف تبدیل می‌شود. روتنیوم تولید شده می‌تواند به عنوان فلز خالص یا آلیاژ با فلزات دیگر مورد استفاده قرار بگیرد. بنابراین، تولید روتنیوم فرآیندی چند مرحله‌ای از استخراج، جداسازی و خالص‌سازی است تا به فلز مورد نظر دست یابیم.
روتنیوم به صورت تخصصی از کانسنتره‌های معدنی یا پسماندهای هسته‌ای استخراج می‌شود و سپس به روش‌های مختلفی تصفیه و خالص‌سازی می‌شود. در زیر، فرآیند تولید روتنیوم به طور کلی توضیح داده می‌شود:
- استخراج اولیه: روتنیوم به صورت اولیه از کانسنتره‌های معدنی استخراج می‌شود. کانسنتره‌ها ممکن است حاوی مقادیر کمی از روتنیوم باشند. این کانسنتره‌ها معمولاً نیکل و کبالت هستند.
- استخراج فیزیکی: در مرحله بعدی، از کانسنتره‌های استخراج شده، روتنیوم به صورت فیزیکی جدا می‌شود. این ممکن است با فرآیندهایی مانند فلوتاسیون فومی یا تبخیر و تجمع انجام شود.
- تصفیه: پس از استخراج اولیه، روتنیوم نیاز به تصفیه دارد تا از ترکیب با دیگر عناصر جدا شود. این می‌تواند با فرآیندهای مختلفی از جمله الکترولیز، کربنیلیته، یا کلرینه انجام شود.
- تولید روتنیوم خالص: در این مرحله، روتنیوم خالص‌تر تولید می‌شود. این می‌تواند با استفاده از فرآیندهایی مانند فلزگدازی، گازی کاهشی، یا استخراج مایع انجام شود.
- شکل‌دهی و بسته‌بندی: روتنیوم تصفیه شده به اشکال مختلفی مانند پودر یا سفته‌های فلزی شکل‌دهی می‌شود و سپس در بسته‌بندی‌های مناسب برای حفاظت از آن قرار می‌گیرد.
چگالی روتنیوم
چگالی روتنیوم در شرایط استاندارد دما و فشار به حدود 12.45 گرم بر سانتی‌متر مکعب (g/cm³) است. این مقدار معادل 0.445 اونس بر اینچ مکعب (oz/in³) نیز می‌شود.
بررسی قیمت روتنیوم
قیمت روتنیوم در سال‌های اخیر، به طور پیوسته رو به افزایش بوده است. در سال ۲۰۱۰، قیمت هر اونس روتنیوم حدود ۶۰۰ دلار بود. این قیمت در سال ۲۰۲۲، به بیش از ۱۲۰۰ دلار رسیده است. افزایش قیمت روتنیوم، به دلیل عوامل مختلفی است، از جمله:
- تقاضای فزاینده برای روتنیوم در صنایع مختلف: روتنیم در بسیاری از صنایع، از جمله خودروسازی، هوافضا و پزشکی کاربرد دارد. افزایش تقاضا برای این صنایع، منجر به افزایش تقاضا برای روتنیوم شده است.
- کاهش عرضه روتنیوم: منابع روتنیوم در جهان محدود است. افزایش تقاضا برای روتنیوم، در حالی که عرضه آن محدود است، منجر به افزایش قیمت روتنیوم شده است.
پیش‌بینی می‌شود که قیمت روتنیوم در سال‌های آینده نیز همچنان افزایش یابد. این افزایش قیمت، به دلیل عواملی مانند افزایش تقاضا برای روتنیوم در صنایع مختلف و کاهش عرضه آن است.
همان‌طور که در نمودار زیر مشاهده می‌نمایید روند قیمتی این فلز در بین سال‌های 2012 تا 2017 تقریباً ثابت و بین 80 تا 100 دلار در هر اونس بوده است. اما از انتهای سال 2018 این روند قیمتی تغییر کرده و تا 300 دلار در هر اونس در سال 2020 رسید. از سال 2021 به بعد نیز رشد سعودی روتنیم همچنان ادامه پیدا کرده به شکلی که قیمت‌ها تا 800 دلار در هر اونس نیز رسید که غیرقابل باور بود. اما این روند صعودی ادامه نداشت و از میانه سال 2021 کاهش قیمت شروع شد.
آرایش الکترونی روتنیوم
آرایش الکترونی (Electron Configuration) روتنیوم (Ruthenium) در جدول تناوبی عنصرها بر اساس توزیع الکترون‌ها در پوسته الکترونی آن تعیین می‌شود. عدد اتمی روتنیوم 44 است، و برای تعیین آرایش الکترونی آن، از قاعده توزیع الکترون در سطوح مختلف به شکل زیر استفاده می‌شود:
آرایش الکترونی روتنیوم:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d⁷
با توجه به این آرایش الکترونی، می‌توانیم مشاهده کنیم که روتنیوم دارای 44 الکترون است که در مراکز مختلف سطوح (شل) الکترونی جا دارند. به عنوان مثال، در سطح اصلی 4، دارای 2 الکترون در ساب‌شل s، 10 الکترون در ساب‌شل d، و 6 الکترون در ساب‌شل p می‌باشد.
این آرایش الکترونی برای روتنیوم استاندارد است و به توزیع الکترون‌ها در این عنصر اشاره می‌کند. البته برای مطالعه عمیق‌تر در مورد ویژگی‌های شیمیایی و رفتار الکترونی روتنیوم، نیاز به بررسی بیشتری داریم.
معادن روتنیوم
روتنیوم یکی از فلزات گرانبها و کمیاب است که اکتشاف و استخراج آن در معادن معدودی صورت می‌گیرد. اکثر تولید جهانی روتنیوم از معادن نیکل، پلاسمای سوختی، و کبالت استخراج می‌شود. در زیر، معدن‌های معروف روتنیوم و کشورهایی که بیشترین تولید روتنیوم را دارند ذکر شده است:
- معدن نوریلسک نیکل (Norilsk Nickel): این معدن در روسیه واقع شده و به عنوان یکی از بزرگترین منابع روتنیوم در جهان شناخته می‌شود. روسیه از بزرگترین تولیدکنندگان روتنیوم در جهان است.
- معدن سودبوری سوخت (Sudbury Basin): این معدن در کانادا واقع شده و یک منبع مهم روتنیوم است. کانادا نیز یکی از کشورهای برجسته در تولید روتنیوم است.
- معدن میموسا (Mimosa Mine): این معدن در کشور آفریقای جنوبی واقع شده و یکی از معادن مهم روتنیوم در منطقه است.
- معدن آمبوتوفو (Ambatovy): این معدن در ماداگاسکار واقع شده و یک منبع معتبر روتنیوم در جهان است.
- معدن نوریلسک کبالت (Norilsk Cobalt): این معدن نیز در روسیه واقع شده و علاوه بر نیکل و کبالت، مقادیر معقولی روتنیوم را تولید می‌کند.
معدن روتنیوم در ایران
در ایران، معدن روتنیوم وجود ندارد. روتنیوم به عنوان محصول جانبی در فرآوری تجاری سنگ معدن نیکل، مس و فلزات پلاتین استخراج می‌شود. ایران دارای منابع نسبتاً زیادی از این فلزات است، اما میزان روتنیوم استخراج شده از این منابع بسیار کم است. در سال‌های اخیر، تلاش‌هایی برای توسعه فناوری استخراج روتنیوم از معادن نیکل و مس ایران انجام شده است. با این حال، این تلاش‌ها هنوز در مراحل اولیه قرار دارند و هنوز به تولید تجاری نرسیده‌اند. در حال حاضر، ایران روتنیوم مورد نیاز خود را از طریق واردات تامین می‌کند.
مقالات در گروه صبا | نویسنده : امید مرادی | بروزرسانی : 18 شهریور 1402
