روتنیوم چیست؟ یک فلز گرانبها با کاربردهای متنوع

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.

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.

کاربرد روتنیوم در الکترولیز و تولید هیدروژن

در الکترولیز، جریان الکتریکی از آب عبور داده می شود و هیدروژن و اکسیژن تولید می شود. الکترودهای فلزی در آب قرار می گیرند و جریان الکتریکی از طریق آنها عبور می کند. این باعث می شود که هیدروژن در کاتد (الکترود منفی) و اکسیژن در آند (الکترود مثبت) تولید شود.

از روتینیم در الکترولیز استفاده می شود زیرا روتینیم یک فلز مقاوم در برابر خوردگی است. این بدان معناست که می تواند در برابر آب، اسید و باز مقاوم باشد. این باعث می شود روتینیم برای کاربردهایی که فلز در معرض خوردگی قرار دارد، مناسب باشد. روتینیم یک فلز با رسانایی الکتریکی بالا است. این بدان معناست که می تواند جریان الکتریکی را به خوبی هدایت کند. این می تواند در کاربردهایی که نیاز به جریان الکتریکی بالا دارند، مفید باشد. روتینیم یک فلز با استحکام بالا است. این بدان معناست که می تواند در برابر سایش و ضربه مقاوم باشد. این می تواند در کاربردهایی که فلز در معرض سایش و ضربه قرار دارد، مفید باشد.

مطلب مرتبط: بهترین فلز برای تولید هیدروژن

در الکترولیز روتینیم، کلرید روتینیم (RuCl3) در یک محلول آبی قرار می گیرد. سپس جریان الکتریکی از طریق محلول عبور داده می شود. این باعث می شود که روتینیم خالص در کاتد (الکترود منفی) رسوب کند و کلر در آند (الکترود مثبت) آزاد شود.

فرایند الکترولیز روتینیم یک فرایند نسبتاً ساده است که نیاز به انرژی زیادی ندارد. این فرایند تنها روش اقتصادی برای تولید روتینیم خالص است.

در مجموع، روتینیم یک فلز با خواص مفید است که در کاربردهای مختلفی از جمله تولید روتینیم خالص، تولید آلیاژهای روتینیم و تولید سایر مواد شیمیایی استفاده می شود.

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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.

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.