Благородные металлы

Благородные металлы, золото, серебро, платина и металлы платиновой группы (иридий, осмий, палладий, родий, рутений), получившие свое название главным образом благодаря высокой химической стойкости и красивому внешнему виду в изделиях. Кроме того, золото, серебро и платина обладают высокой пластичностью, а металлы платиновой группы - тугоплавкостью. Эти достоинства отдельных Благородных металлов сочетаются в их сплавах, широко применяемых в технике.

Золото и серебро известны человечеству несколько тысячелетий; об этом свидетельствуют изделия, найденные в древних захоронениях, и примитивные горные выработки, сохранившиеся до наших дней. Основными центрами добычи Благородных металлов в древности были Верхний Египет, Нубия, Испания, Колхида (Кавказ); имеются сведения о добыче Благородных металлов на Американском континенте (Центральная и Южная Америка) и в Азии (Индия, Алтай, Казахстан, Китай). На территории России золото добывали уже во 2-3-м тысячелетиях до н. э.

Из россыпей Благородные металлы извлекали промывкой песков на щитах, поверх которых укладывали шкуры животных с подстриженной шерстью (для улавливания крупинок золота), а также при помощи примитивных желобов, лотков и ковшей. Благородные металлы из руд добывали нагреванием породы до растрескивания с последующими дроблением глыб в каменных ступах, истиранием жерновами и промывкой. Разделение по крупности проводили на ситах. Из техники того времени интересны способ разделения сплавов золота и серебра кислотами, выделение золота и серебра из свинцового сплава купеляцией (Древний Египет), извлечение золота амальгамированием ртутью или с помощью жировой поверхности (Древняя Греция). Купеляцию осуществляли в глиняных тиглях, куда добавляли свинец, соль, олово и отруби.

В 11-6 веках до н. э. золото добывали в Испании в долинах рек Тахо, Дуэро, Миньо и Гуадьяро. В 6-4 веках до н. э. начались разработки коренных и россыпных месторождений золота в Трансильвании и Западных Карпатах. В средние века (вплоть до 18 века) добывали преимущественно серебро, добыча золота снизилась. С 16 века испанцы начинают разработку Благородных металлов на территории Южной Америки: с 1532 года - в Перу и Чили, а с 1537 - 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 16 века в Америке добывали золота и серебра в 5 раз больше, чем в Европе до открытия Нового Света.

В 1-й половине 16 века испанские колонизаторы обратили внимание на неплавкий тяжелый белый металл, встречающийся попутно с золотом в россыпях Новой Гранады. По внешнему сходству с серебром (исп. plata) они дали ему уменьшительное название "платина" (platina). Платина была известна еще в древности, самородки этого металла находили вместе с золотом и называли их "белым золотом" (Египет, Испания, Абиссиния), "лягушачьим золотом" (о. Борнео) и т. д. Первоначально испанцы считали ее вредной примесью, поэтому был издан правительственный декрет, предписывающий выбрасывать платину в море. Первое научное описание платины сделал Уотсон в 1741 году в связи с началом ее добычи в промышленных масштабах в Колумбии (1735).

В 1803 году английский ученый У. X. Волластон открыл палладий и родий, а в 1804 английский ученый С. Теннант открыл иридий и осмий. В 1808 году русский ученый А. Снядицкий, исследуя платиновую руду, привезенную из Южной Америки, извлек новый химический элемент, названный им вестием. В 1844 году профессор Казанского университета К. К. Клаус всесторонне изучил этот элемент и назвал его в честь России рутением. Металлы платиновой группы встречаются в природе чаще всего в полиметаллических (медно-никелевых) рудах, а также в месторождениях золота и платины.

Добыча Благородных металлов в России началась в 17 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 Березовское 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 другими открыта Исовская система золотоплатиновых россыпей, получившая мировую известность. В 1828 году русский ученый 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 19 веке создаются многочисленные конструкции золотоизвлекательных машин (например, бутпара, вашгерд). С первой половины 19 века на уральских приисках широко применялась буторная разработка. В 30-х годах 19 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) этот способ был применен Е. А. Черкасовым в долине р. Чебалсук в Абаканской тайге. В начале 19 века для добычи золота и платины из обводненных россыпей применили землечерпалки, а в 1870 году в Новой Зеландии для этой цели - драгу.

Начиная со 2-й половины 19 века глубокие россыпи в России разрабатываются подземным способом, а в 90-х годах 19 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) содержалось указание на переход золота в раствор при действии цианистых соединений. В 1843 году русский ученый П. Р. Багратион опубликовал труд о растворении золота и серебра в водных растворах цианистых солей в присутствии кислорода и окислителей, заложив основы гидрометаллургии золота.

Очистка и обработка платины затруднялась высокой температурой ее плавления (1773,5°С). В 1-й половине 19 века А. А. Мусин-Пушкин получил ковкую платину прокаливанием ее амальгамы. В 1827 году русские ученые 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 ученые 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 введен в 80-х годах 19 века.

Кроме амальгамации, в 1886 году впервые в России было осуществлено извлечение золота из руд хлорированием (Кочкаръский 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]. Вскоре цианистый процесс применили для извлечения серебра из руд.

В 1887-88 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 проведено осаждение золота электролизом, в 1894 - 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 России ее применяют на глубоких россыпях в долинах рек 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. Значит, часть платиновых металлов извлекают из медно-никелевых руд. Платину и металлы ее группы выплавляют вместе с медью и никелем, и при очистке последних электролизом они остаются в шламе.

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 ученым 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 углем и смолами (ионитами). Извлекают золото и серебро из руд селективной флотацией. Около 80% серебра получают главным образом пирометаллургией, остальное количество - амальгамацией и цианированием.

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 свыше 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 органических реагенты и другие. Осаждение Благородных металлов из цианистых растворов и пульп эффективно осуществляется с помощью ионообменных смол. Успешно извлекаются Благородные металлы из месторождений при помощи бактерий.

Сохраняя функции валютных металлов, главным образом золото, Благородные металлы в то же время получили широкое применение в технике.

В электротехнической промышленности из Благородных металлов изготовляют контакты с большой степенью надежности (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 других металлами). У них малый температурный коэффициент электрического сопротивления, малая термоэлектродвижущая сила в паре с медью, высокое сопротивление износу, высокая температура плавления, они не окисляются.

В химическом машиностроении и лабораторной технике из Благородных металлов изготовляют различные коррозионностойкие аппараты, электрические нагреватели, высокотемпературные печи, аппаратуру для производства оптического стекла и стекловолокна, термопары, эталоны сопротивления и другое. При этом Благородные металлы используются в чистом виде, как биметалл и в сплавах. 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 других.

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 другие. Благородные металлы применяют при лучевой терапии (иглы из радиоактивного золота для разрушения злокачественных опухолей), а также в препаратах, повышающих защитные свойства организма.

В электронной технике из золота, легированного германием, индием, галлием, кремнием, оловом, селеном, делают контакты в полупроводниковых диодах и транзисторах.

В фото- кинопромышленности Благородные металлы применяют в виде солей при изготовлении светочувствительных материалов (главным образом серебро в виде бромистой соли, являющейся важнейшей частью светочувствительной эмульсии), реже - соли золота и платины при вирировании изображения.

В ювелирном деле и декоративно-прикладном искусстве применяют сплавы Благородных металлов.

В качестве покрытий других металлов Благородные металлы предохраняют основные металлы от коррозии или придают поверхности этих металлов свойства, присущие Благородным металлы (например, отражательную 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 1/80 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 пленку Благородные металлы наносят изнутри и снаружи на кожухи авиационных двигателей самолетов 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 емкостей специального назначения. Разработан широкий ассортимент золотосодержащих пигментов для покрытия металлов, керамики, дерева.

Широко распространены антифрикционные сплавы, припои на основе Благородных металлов. Например, припои с серебром значительно превосходят по прочности медно-цинковые, свинцовые и оловянные, их применяют для пайки радиаторов, карбюраторов, фильтров и т. д.

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

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.

Актиноиды, Атомная масса, Атомные единицы массы, Атомные радиусы, Атомный номер, Благородные металлы, Галогены, Инертные газы, Неметаллы, Лантаноиды, Периодический закон, Переходные элементы, Платиновые металлы, Редкоземельные элементы, Щелочноземельные металлы, Щелочные металлы, Элементы химические, Благородные металлы.