Благородные металлы

Благородные металлы — металлы, не подверженные коррозии и окислению, что отличает их от большинства «неблагородных» металлов. Все они являются также драгоценными металлами благодаря их редкости. Основные благородные металлы — золото, серебро, а также платина и остальные 5 металлов платиновой группы — рутений, родий, палладий, осмий, иридий.

Содержание

История

Название «благородные металлы» они получили благодаря высокой химической стойкости (практически не окисляются на воздухе) и блеску в изделиях. Золото, серебро, чистая платина и палладий обладают высокой пластичностью, а остальные благородные металлы, к тому же — очень высокой тугоплавкостью.

Древнейшее время

Самородное золото и серебро известны человечеству несколько тысячелетий; об этом свидетельствуют изделия, найденные в древних захоронениях, и примитивные горные выработки, сохранившиеся до наших дней. В древности основными центрами добычи благородных металлов были Верхний Египет, Нубия, Испания, Колхида (Кавказ); имеются сведения о добыче и в Центральной, в Южной Америке, в Азии (Индия, Алтай, Казахстан, Китай). На территории России золото добывали уже во 2-3-м тысячелетии до н. э. Из россыпей металлы извлекали промывкой песка на шкурах животных с подстриженной шерстью (для улавливания крупинок золота), а также при помощи примитивных желобов, лотков и ковшей. Из руд металлы добывали нагреванием породы до растрескивания с последующими дроблением глыб в каменных ступах, истиранием жерновами и промывкой. Разделение по крупности проводили на ситах. В Древнем Египте был известен способ разделения сплавов золота и серебра кислотами, выделение золота и серебра из свинцового сплава купелированием, извлечение золота путём амальгамирования ртутью или сбор частиц с помощью жировой поверхности (Древняя Греция). Купелирование осуществляли в глиняных тиглях, куда добавляли свинец, поваренную соль, олово[источник не указан 250 дней] и отруби.

В XIVI веках до н. э. серебро добывали в Испании в долинах рек Тахо, Дуэро, Миньо и Гуадьяро. В VIIV веках до н. э. начались разработки коренных и россыпных месторождений золота в Трансильвании и Западных Карпатах.

Добыча в Средние века

В Средние века (вплоть до XVIII века) добывали преимущественно серебро, добыча золота снизилась из-за исчерпания доступных месторождений. С XVI века испанцы начинают разработку благородных металлов на территории Южной Америки: с 1532 года — в Перу и Чили, а с 1537 года — в Новой Гранаде (современная Колумбия). В Боливии в 1545 году началась разработка «серебряной горы» Потоси. В 1577 году были обнаружены золотоносные россыпи в Бразилии. К середине XVI века в Америке добывали золота и серебра в 5 раз больше, чем в Европе до открытия Нового Света.

Открытие платины

В первой половине XVI века испанские колонизаторы обратили внимание на неплавкий тяжёлый белый металл, встречающийся попутно с золотом в россыпях Новой Гранады. По внешнему сходству с серебром (исп. plata) они дали ему уменьшительное название «платина» (исп. platina), буквально — «серебришко». Платина была известна ещё в древности, самородки этого металла находили вместе с золотом и называли их «белым золотом» (Древний Египет, Испания, Абиссиния), «лягушачьим золотом» (остров Борнео). Из-за того, что платину использовали для махинаций (подмена золота в монетах и ювелирных изделиях), был издан[кем?] правительственный декрет, предписывающий выбрасывать её в море[источник не указан 1969 дней]. Первое научное описание платины сделал Уильям Уотсон в 1741 году в связи с началом её добычи в промышленных масштабах в Колумбии (1735 год).

Открытие палладия, родия, иридия, осмия и рутения

В 1803 году английский учёный Уильям Волластон открыл палладий и родий, а в 1804 году английский учёный С. Теннант открыл иридий и осмий. В 1808 году польский учёный Анджей Снядецкий, исследуя платиновую руду из Южной Америки, извлёк новый химический элемент, названный им вестием. В 1844 году профессор Казанского университета Карл Клаус всесторонне изучил этот элемент и назвал его в честь Руси рутением.

Распространение в природе и добыча

Добыча благородных металлов в России началась в XVII веке в Забайкалье с разработки серебряных руд, которая велась подземным способом. Первое письменное упоминание о добыче золота из россыпей Урала относится к 1669 году (летопись Долматовского монастыря). Одно из первых месторождений золота в России было открыто в Карелии в 1737 году; его разработка относится к 1745 году. Началом золотого промысла на Урале принято считать 1745 год, когда Е. Марков открыл Берёзовское рудное месторождение. В 1819 году в россыпных месторождениях золота на Урале был обнаружен «новый сибирский металл» (платина). В 1824 году на восточном склоне Уральских гор найдена богатая россыпь платины с золотом и заложен первый в России и Европе платиновый прииск. Позднее К. П. Голляховским и др. открыта Исовская система золото-платиновых россыпей, получившая мировую известность. В 1828 году русский учёный В. В. Любарский опубликовал работы о первом в мире коренном месторождении платины, обнаруженном у Главного Уральского хребта. 95 % платины до 1915 года в основном добывали из россыпей, остальное количество получали при электролитическом рафинировании меди и золота.

Для извлечения благородных металлов из россыпных месторождений в XIX веке создаются многочисленные конструкции золотоизвлекательных машин (например, бутара, вашгерд). С 1-й половины XIX века на уральских приисках широко применялась буторная разработка. В 30-х гг. XIX века на приисках воду для размыва пород россыпей подавали под напором. Дальнейшее совершенствование этого способа привело к созданию водобоев — прототипов гидромонитора. В 1867 году А. П. Чаусов около озера Байкал впервые осуществил гидравлическую разработку россыпи; позднее (1888 год) этот способ был применён Е. А. Черкасовым в долине реки Чебалсук в Абаканской тайге. В начале XIX века для добычи золота и платины из обводнённых россыпей применили землечерпалки, а в 1870 году в Новой Зеландии для этой цели — драгу.

Начиная со 2-й половины XIX века глубокие россыпи в России разрабатываются подземным способом, а в 90-х гг. XIX века внедряются экскаваторы и скреперы.

В 1767 году Ф. Бакунин в России впервые применил плавку серебряных руд с использованием шлаков в качестве флюсов. В работах шведского химика К. В. Шееле (1772 год) содержалось указание на переход золота в раствор при действии цианистых соединений. В 1843 году русский учёный П. Р. Багратион опубликовал труд о растворении золота и серебра в водных растворах цианистых солей в присутствии кислорода и окислителей, заложив основы гидрометаллургии золота.

Технология металлической платины

Очистка и обработка платины затруднялась высокой температурой её плавления (1773,5 °C). В 1-й половине XIX века А. А. Мусин-Пушкин получил ковкую платину прокаливанием её амальгамы (платина не амальгамируется). В 1827 году русские учёные П. Г. Соболевский и В. В. Любарский предложили новый способ очистки сырой платины, положивший начало порошковой металлургии. В течение года этим способом было очищено впервые в мире около 800 кг платины, то есть осуществлена переработка платины в больших масштабах. В 1859 году французские учёные А. Э. Сент-Клер Девиль и А. Дебре впервые выплавили платину в печи в кислородно-водородном пламени. Первые работы по электролизу золота относятся к 1863 году, в производство этот метод введён в 80-х гг. XIX века.

Цианистый процесс

Кроме амальгамации, в 1886 году впервые в России было осуществлено извлечение золота из руд хлорированием (Кочкарьский рудник на Урале). В 1896 году на том же руднике пущен первый в России завод по извлечению золота цианированием (первый такой завод построен в Йоханнесбурге (Южная Африка) в 1890 году). Вскоре цианистый процесс применили для извлечения серебра из руд.

В 18871888 гг. в Англии Дж. С. Мак-Артур и братья Р. и У. Форрест получили патенты на способы извлечения золота из руд обработкой их разбавленными щелочными цианистыми растворами и осаждения золота из этих растворов цинковой стружкой. В 1893 году проведено осаждение золота электролизом, в 1894 году — цинковой пылью. В СССР золото добывают в основном из россыпей; за рубежом около 90 % золота — из рудных месторождений.

По эффективности добычи благородных металлов из россыпей лучшим является дражный способ, менее экономичны скреперно-бульдозерный и гидравлический. Подземная разработка россыпей почти в 1,5 раза дороже дражного способа; в СССР её применяют на глубоких россыпях в долинах рр. Лены и Колымы. Серебро добывают главным образом из рудных месторождений. Оно встречается в основном в свинцово-цинковых месторождениях, дающих ежегодно около 50 % всего добываемого серебра; из медных руд получают 15 %, из золотых 10 % серебра; около 25 % добычи серебра приходится на серебряные жильные месторождения. Значительную часть платиновых металлов извлекают из медно-никелевых руд. Платину и металлы её группы выплавляют вместе с медью и никелем, и при очистке последних электролизом они остаются в шламе.

Гидрометаллургия

Для извлечения благородных металлов широко пользуются методами гидрометаллургии, часто комбинируемыми с обогащением. Гравитационное обогащение благородных металлов позволяет выделять крупные частицы металла. Его дополняют цианирование и амальгамация, первое теоретическое обоснование которой дано советским учёным И. Н. Плаксиным в 1927 году. Для цианирования наиболее благоприятно хлористое серебро; сульфидные серебряные руды часто цианируют после предварительного хлорирующего обжига. Золото и серебро из цианистых растворов осаждают обычно металлическим цинком, реже углём и смолами (ионитами). Извлекают золото и серебро из руд селективной флотацией. Около 80 % серебра получают главным образом пирометаллургией, остальное количество — амальгамацией и цианированием.

Аффинаж

Благородные металлы высокой чистоты получают аффинажем. Потери золота при этом (включая плавку) не превышают 0,06 %, содержание золота в аффинированном металле обычно не ниже 999,9 пробы; потери платиновых металлов не выше 0,1 %. Ведутся работы по интенсификации цианистого процесса (цианирование под давлением или при продувке кислорода), изыскиваются нетоксичные растворители для извлечения благородных металлов, разрабатываются комбинированные методы (например, флотационно-гидрометаллургический), применяются органические реагенты и др. Осаждение благородных металлов из цианистых растворов и пульп эффективно осуществляется с помощью ионообменных смол. Успешно извлекаются благородные металлы из месторождений при помощи бактерий (см. Бактериальное выщелачивание).

Применение

Валютные металлы

Сохраняет функции валютных металлов, главным образом, золото (см. Деньги). Серебро ранее активно использовалось в качестве денег, но затем, после чрезмерного насыщения рынка, оно фактически утратило эту функцию.

В настоящее время серебро хранится в составе валютных резервов некоторых Центральных банков, но в достаточно малых объёмах.

Серебро, как и некоторые другие драгоценные металлы, можно использовать частным лицам и кампаниям в качестве накоплений. Фьючерсы на серебро активно используются спекулянтами.

Применение в технике

В электротехнической промышленности из благородных металлов изготовляют контакты с большой степенью надёжности (стойкость против коррозии, устойчивость к действию образующейся на контактах кратковременной электрической дуги). В технике слабых токов при малых напряжениях в цепях используются контакты из сплавов золота с серебром, золота с платиной, золота с серебром и платиной. Для слаботочной и средненагруженной аппаратуры связи широко применяют сплавы палладия с серебром (от 60 до 5 % палладия). Представляют интерес металлокерамические контакты, изготовляемые на основе серебра как токопроводящего компонента. Магнитные сплавы благородных металлов с высокой коэрцитивной силой употребляют при изготовлении малогабаритных электроприборов. Сопротивления (потенциометры) для автоматических приборов и тензометров делают из сплавов благородных металлов (главным образом палладия с серебром, реже с другими металлами). У них малый температурный коэффициент электрического сопротивления, малая термоэлектродвижущая сила в паре с медью, высокое сопротивление износу, высокая температура плавления, они не окисляются.

Применение в химическом машиностроении и лабораторной технике

Стойкие металлы идут на изготовление деталей, работающих в агрессивных средах — технологические аппараты, реакторы, электрические нагреватели, высокотемпературные печи, аппаратуру для производства оптического стекла и стекловолокна, термопары, эталоны сопротивления и др.

Используются в чистом виде, как биметалл и в сплавах (см. Платиновые сплавы). Химические реакторы и их части делают целиком из благородных металлов или только покрывают фольгой из благородных металлов. Покрытые платиной аппараты применяют при изготовлении чистых химических препаратов и в пищевой промышленности. Когда химической стойкости и тугоплавкости платины или палладия недостаточно, их заменяют сплавами платины с металлами, повышающими эти свойства: иридием (5-25 %), родием (3-10 %) и рутением (2-10 %). Примером использования благородных металлов в этих областях техники является изготовление котлов и чаш для плавки щелочей или работы с соляной, уксусной и бензойной кислотами; автоклавов, дистилляторов, колб, мешалок и др.

Применение в медицине

В медицине благородные металлы применяют для изготовления инструментов, деталей приборов, протезов, а также различных препаратов, главным образом на основе серебра. Сплавы платины с иридием, палладием и золотом почти незаменимы при изготовлении игл для шприцев. Из медицинских препаратов, содержащих благородные металлы, наиболее распространены ляпис, протаргол и др. Благородные металлы применяют при лучевой терапии (иглы из радиоактивного золота для разрушения злокачественных опухолей), а также в препаратах, повышающих защитные свойства организма.

В электронике

В электронной технике из золота, легированного германием, индием, галлием, кремнием, оловом, селеном, делают контакты в полупроводниковых диодах и транзисторах. Золотом и серебром напыляют поверхность волноводов (скин-эффект).

В фото-кинопромышленности

До начала эры цифровой фотографии соли серебра были главным сырьём при изготовлении светочувствительных материалов (хлориды, бромиды или иодиды). На заре фотографии использовали соли золота и платины, в частности при вирировании изображения.

В ювелирной промышленности

В ювелирном деле и декоративно-прикладном искусстве применяют сплавы благородных металлов (см. Ювелирные сплавы).

Защитные покрытия

В качестве покрытий благородные металлы предохраняют основные от коррозии или придают поверхности этих металлов свойства, присущие благородным металлам (например, отражательная способность, цвет, блеск и т. д.). Золото эффективно отражает тепло и свет от поверхности ракет и космических кораблей. Для отражения инфракрасной радиации в космосе достаточно тончайшего слоя золота в 1/60 мкм. Для защиты от внешних воздействий, а также для улучшения наблюдения за спутниками на их внешнюю оболочку наносят золотое покрытие. Золотом покрывают некоторые внутренние детали спутников, а также помещения для аппаратуры с целью предохранения от перегрева и коррозии. Благородные металлы используют также в производстве зеркал (серебрение стекла растворами или покрытие серебром распылением в вакууме). Тончайшую плёнку благородных металлов наносят изнутри и снаружи на кожухи авиационных двигателей самолётов высотной авиации. Благородные металлы покрывают отражатели в аппаратах для сушки инфракрасными лучами, электроконтакты и детали проводников, а также радиоаппаратуру и оборудование для рентгено- и радиотерапии. В качестве антикоррозийного покрытия благородные металлы используют при производстве труб, вентилей и ёмкостей специального назначения. Разработан широкий ассортимент золотосодержащих пигментов для покрытия металлов, керамики, дерева.

Припои и антифрикционные сплавы

Припои с серебром значительно превосходят по прочности медно-цинковые, свинцовые и оловянные, их применяют для пайки радиаторов, карбюраторов, фильтров и т. д..

Износостойкие узлы

Сплавы иридия с осмием, а также золота с платиной и палладием используют для изготовления компасных игл, напаек «вечных» перьев.

Химическая промышленность: катализаторы

Высокие каталитические свойства некоторых благородных металлов позволяют применять их в качестве катализаторов: платину — при производстве серной и азотной кислот; серебро — при изготовлении формалина. Радиоактивное золото заменяет более дорогую платину в качестве катализатора в химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Благородные металлы используют также для очистки воды. Также платина является катализатором горения.

Мировое производство и цены

Крупнейший мировой производитель платиноидов в 2005 году: РАО «Норильский никель».

Таблица составлена по данным журнала «Эксперт» (на 2005 год)[1].

Металл Первичное производство (тонн) Средняя цена ($/кг) Объём (млн $)
Серебро 20300 236 4792
Золото 2450 14369 35205
Палладий 214 6839 1463
Платина 206 30290 6240
Рутений 24 2401 871
Родий 23 66137 1323
Иридий 4 5477 5
Осмий 1 12903 1

См. также

Примечания

Литература

  • «Металлы и сплавы в электротехнике», 3 изд., т. 1-2, М.- Л., 1957.
  • Плаксин И. Н., «Металлургия благородных металлов», М., 1958.
  • Данилевский И. В., «Русское золото», М., 1959.
  • Бузланов Г. Ф., «Производство и применение металлов платиновой группы в промышленности», М., 1961.
  • Вязельщиков В. П., Парицкий З. Н., «Справочник по обработке золотосодержащих руд и россыпей», М., 1963.
  • «Анализ благородных металлов», М., 1955.
  • «Пробоотбирание и анализ благородных металлов», М., 1968.
  • Йорданов Х. В., «Записки по металлургия на редките метали», София, 1959.
  • «Silver», Princeton, [N. Y.], 1967.