Что такое драгоценные металлы
Что такое драгоценные металлы и в чем их ценность?
С глубокой древности и до средних веков человечество считало, что существует только семь металлов, каждый из которых является проводником одной из известных тогда планет. Среди них были и обладающие необыкновенными свойствами. Они продолжали блестеть на воздухе и после долгого нахождения в воде, не поддавались воздействию едких щелочей, кислот и высоких температур. За подобную совокупность постоянства и стойкости, присущую совершенству, они получили название благородные металлы.
Надо ли говорить о том, что и ценность таких металлов была очень высока, и чем большим количеством такого металл владел человек, тем богаче и могущественнее он был. Поэтому ввиду такой своей высокой стоимости они получили второе название – драгоценные металлы.
Из семи металлов древности только два, золото и серебро, считались благородными. Уже намного позднее, только в 18 веке была открыта и добавилась к ним платина и её спутники. Так какими же качествами обладают металлы, входящие в эту элитную группу?
Что такое драгметаллы?
Драгоценными металлами называют наиболее химически стойкие, устойчивые к коррозии и не окисляющиеся на воздухе, металлы, что является их отличительной особенностью от остальных известных металлов. Запасы подобных металлов в природе невелики, они встречаются в различных рудах или в виде самородков, кроме того процесс их добычи и извлечения достаточно трудоёмок.Благодаря этим уникальным качествам, а также красивому блеску и внешнему виду изделий из этих металлов, они и заслужили своё название.
К драгоценным металлам, встречающимся в природе, относятся золото, серебро и металлы платиновой группы: платина, осмий, иридий, рутений, палладий и родий.
Существуют драгоценные металлы, так называемые изотопы, полученные искусственным способом в специальных лабораториях. Самым дорогим таким металлом является калифорний-252, а самым востребованным осмий-187. Некоторые учёные также относят к группе благородных металлов редко встречающийся в природе и радиоактивный технеций.
Природные благородные металлы и их особенности
Родий
Этот металл помимо высокой стоимости, отличается крайне высокой устойчивостью к воздействиям, которые оказывают агрессивные среды и к высоким температурам. При этом всём отличительной особенностью родия является его чрезвычайная хрупкость.
Платина
Второе место по ценности занимает платина, которая была известна ещё в Древней Греции, Египте и Южной Америке. Как новый химический элемент она была представлена в 1952 году шведским учёным-химиком Шеффером.
Платина является редким драгоценным металлом, встречающимся в природе только в естественных сплавах с другими металлами. Процесс её получения является крайне трудоёмким и затратным. К особенностям платины относится её повышенная химическая стойкость, на неё не действует ни одна отдельно взятая кислота. Кроме того, при самом сильном накаливании она не окисляется на воздухе и не изменяет своего естественного серебристо-белого цвета.
Золото
Главным драгоценным металлом по всему миру считается, конечно же, золото. Его причисляют к семи металлам древности, известным ещё с эпохи каменного века. В природе золото встречается в виде самородной формы с небольшими количествами примесей и в форме естественного сплава с серебром.
Золото отличается тем, что имеет исключительную теплопроводность и очень низкое сопротивление. Исключительной особенностью является его ковкость и тягучесть, кроме того это очень тяжёлый металл. При всем этом золото уступает большинству из благородных металлов по прочности и химической стойкости.
Самый большой самородок золота в мире, найденный в Австралии, весил почти 90 кг. Ему дали название «Плита Холтермана».
Осмий
Осмий является самым тяжёлым драгоценным металлом, открыт в 1804 году в Англии. Этот серебристо-серый металл в чистом виде не встречается в природе. Его редкость является основной причиной достаточно высокой стоимости, поэтому и его использование крайне ограничено.
Несмотря на то, что это самый тяжёлый металл, он чрезвычайно хрупок. Кроме того, он обладает исключительной твёрдостью и тугоплавкостью, это одни из его главных достоинств.
Иридий
К тяжёлым металлам относится и открытый в 1804 году иридий. В природе этот серебристо-белый драгоценный металл исключительно редко встречается, и считается одним из наименее распространённых элементов.
Иридий является очень прочным, но хрупким металлом. Кроме того, он отличается повышенной твёрдостью, из-за которой плохо поддаётся механической обработке.
Рутений
Среди благородных металлов есть металл, названый в честь России, это рутений. Открытый в 1844 году рутений является самым редко встречающимся элементом из платиновой группы.
К его наиболее ценным свойствам относят тугоплавкость, а также химическую стойкость. Этот драгоценный металл отличается и твёрдостью, сочетаемой с крайней хрупкостью. Кроме того, рутений способен выступать как катализатор в некоторых реакциях.
Палладий
Самым лёгким драгоценным металлом является палладий. В 1803 году его открыл англичанин Волланстон, привезя из Америки. В природе палладий встречается в составе медно-никелевых руд, поэтому более доступен и дешев по сравнению с другими платиновыми металлами.
К особенностям можно отнести его гибкость, пластичность и стойкость к коррозии. Основная же уникальная способность палладия это возможность растворения водорода и исключительная легкоплавкость.
Серебро
Ну и наконец, серебро, с древнейших времён известный драгоценный металл, встречающийся в природе в самородном виде. Кроме серебряных руд, в составе которых более 50% этого металла, имеются также и комплексные руды, содержание серебра в которых более низкое, но именно из них и происходит основная добыча.
Серебро является мягким и пластичным металлом, который наиболее активно вступает в химические реакции по сравнению с остальными драгоценными металлами. Кроме того серебро исключительно теплопроводный и электропроводный металл.
Области применения драгметаллов
Сферы, в которых нашли своё применение драгоценные металлы, чрезвычайно обширны. И если в древности основными из них были чеканка монет и ювелирное дело, в которых нашли своё место золото и серебро, то сейчас область применения существующих благородных металлов достаточно широка. Это связано с тем, что они обладают исключительно полезными качествами, которых нет у остальных металлов и материалов.
Это и автомобилестроение, в котором используются родий, платина и палладий для производства автомобильных катализаторов и фильтров нейтрализаторов. И микроэлектроника, ядерные испытания в атомной промышленности, ювелирное производство и даже стоматология в которых находится благодаря своим свойствам место золоту.
Чеканка монет, фотография, электроника, лабораторная посуда, зеркальные покрытия и радиопромышленность вот далеко не полный список, в котором применяются такие благородные металлы как серебро и рутений. А такой редкий элемент как осмий является незаменимым в фармакологической промышленности, без него невозможно производство кортизона.
Кроме того, драгоценные металлы нашли широкое применение в стекольной промышленности. Они используются в изготовлении жидкокристаллических дисплеев, стекловолокна и оптических стёкол.
Металл как инвестиция
Благородные металлы активно используются и как объект инвестиций. На сегодняшний день каждый может позволить себе иметь свой собственный «золотой запас», вкладывая средства в инвестиционные драгоценные металлы, к которым относятся золото, серебро, платина и палладий в слитках и монетах высокой пробы.
Кроме традиционных способов инвестиций в виде покупки драгоценных металлов в слитках и монетах, российские банки открывают обезличенные металлические счёта (ОМС). Физический металл хорош при долгосрочном вложении, можно получить ощутимую прибыль при достаточной выдержке актива. Второй способ имеет такой недостаток как отсутствие страхования вклада, что привносит немалый риск.
Драгоценные металлы
Драгоценные (благородные) металлы – редкие химические элементы, не подверженные, в отличие от других металлов, коррозии и окислению. Кроме того, они имеют определенную ювелирную ценность из-за своего внешнего вида – характерного блеска.
Строго говоря, к благородным металлам относятся золото, серебро, платина и ряд металлов платиноидной группы: рутений, родий, палладий, осмий, иридий. Однако только четыре из них стали биржевыми товарами и используются чаще всего для инвестирования.
Благородные металлы, помимо определенных физических и химических свойств, обладают еще одним качеством, отличающим их от других элементов: они редко встречаются в природе. Их добыча в достаточной степени трудоемка. Эти дополнительные характеристики позволяют использовать такие металлы в качестве средства накопления и обмена.
Кроме того, исторически из золота и серебра, а в определенные времена также из платины и палладия могут изготавливаться монеты. Либо их резервы используются для обеспечения выпуска бумажных денег.
Спрос на разные благородные металлы существенно отличается. Так, платиноидная группа, куда входят сама платина и палладий, широко применяется в автомобильной промышленности – для производства катализаторов. В той или иной степени эти два металла конкурируют друг с другом.
Серебро было незаменимым в кино- и фотоиндустрии до наступления цифровой эры, но сейчас утратило свои позиции.
Золото в большей степени, чем другие драгметаллы, используется в ювелирной промышленности. При этом рынок украшений наиболее зависим от кризисов. Снижение уровня жизни существенно сокращает покупки изделий из ценных металлов.
В то же время все без исключения драгметаллы представляют собой реальную альтернативу валютным сбережениям. Они, являясь реальным товаром, не подвержены инфляционным процессам, в противовес бумажным деньгам. Поэтому значительная часть благородного металла не расходуется, а используется для инвестирования.
Драгоценные металлы
Благородные металлы — металлы, не подверженные коррозии и окислению, что отличает их от большинства базовых 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). Иногда благородные металлы платиновой группы подразделяют на две триады: рутений, родий, палладий — лёгкие и платина, иридий, осмий — тяжёлые платиновые металлы. Некоторые авторы относят к благородным металлам также и технеций, который очень редко встречается в природе (к тому же он радиоактивен).
Содержание
История
Название благородные металлы они получили благодаря высокой химической стойкости (практически не окисляются на воздухе) и блеску в изделиях. Золото, серебро и чистая платина обладают высокой пластичностью, а металлы платиновой группы, 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. (см. чудские работы). 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 путем амальгамирования ртутью, или сбор частиц с помощью жировой поверхности (Древняя Греция). Купелирование осуществляли в глиняных тиглях, куда добавляли свинец, поваренную соль, олово и отруби.
В XI—VI веках до н. э. золото добывали в Испании в долинах рек Тахо, Дуэро, Миньо и Гуадьяро. В VI—IV 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 источников. С XVI века испанцы начинают разработку благородных металлов на территории Южной Америки: с 1532 — в Перу и Чили, а с 1537 — в Новой Гранаде (современная Колумбия). В Боливии в 1545 началась разработка «серебряной горы» Потоси. В 1577 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 1- й половине XVI 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» (исп. platina ), в переводе на русский — 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) и т. д. Первоначально испанцы считали её вредной примесью, поэтому был издан правительственный декрет, предписывающий выбрасывать платину в море. Первое научное описание платины сделал Уотсон в 1741 в связи с началом её добычи в промышленных масштабах в Колумбии (1735).
Открытие палладия, родия, иридия, осмия и рутения
В 1803 английский учёный У. Х. Волластон открыл палладий и родий, а в 1804 английский учёный С. Теннант открыл иридий и осмий. В 1808 русский учёный А. Снядицкий, исследуя платиновую руду, привезенную из Южной Америки, извлек новый химический элемент, названный им вестием. В 1844 профессор Казанского университета К. К. Клаус всесторонне изучил этот элемент и назвал его в честь России рутением.
Распространение в природе и добыча
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 XVII веке Забайкалье с разработки серебряных руд, которая велась подземным способом. Первое письменное упоминание о добыче золота из россыпей Урала относится к 1669 (летопись Долматовского монастыря). Одно из первых месторождений золота в России было открыто в Карелии в 1737; его разработка относится к 1745. Началом золотого промысла на Урале принято считать 1745, когда Е. Марков открыл Берёзовское рудное месторождение. В 1819 в россыпных месторождениях золота на Урале был обнаружен «новый сибирский металл» (платина). В 1824 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 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 А. П. Чаусов около озера Байкал впервые осуществил гидравлическую разработку россыпи; позднее (1888) этот способ был применен 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 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 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 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° С). В 1-й половине XIX века А. А. Мусин-Пушкин получил ковкую платину прокаливанием её амальгамы. В 1827 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 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, в производство этот метод введён в 80-х гг. XIX века.
Цианистый процесс
Кроме амальгамации, в 1886 впервые в России было осуществлено извлечение золота из руд хлорированием (Кочкарьский рудник на Урале). В 1896 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.
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. 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 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 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).
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 сырьем 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 других металлов благородные металлы предохраняют основные металлы 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
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.
Мировое производство и цены
Крупнейший мировой производитель платиноидов в 2005 году: РАО «Норильский никель».
Таблица составлена по данным журнала «Эксперт» (на 2005 год).