Общие сведения о благородных металлах

Лекция 1. Общие сведения о благородных металлах.

К благородным металлам относятся золото, серебро и две триады металлов платиновой группы: рутений, родий, палладий — легкие и осмий, иридий, платина — тяжелые платиновые металлы.

         Во всем мире дорожают добыча руд и получение из них цветных металлов, особенно благородных, в частности золота и серебра. К основным причинам этой тенденции относятся следующие:

-уменьшение запасов руд цветных и благородных металлов, уве­личение затрат на добычу и производство этих металлов;

-расширение национальных и международных усилий по стабилизации и контролю цен на сырьевые ресурсы;

-необходимость обходиться собственными источниками сырья, особенно стратегическими;

выполнение международных и государственных требований по охране окружающей среды, в связи с чем удаление и захоронение отходов становятся все более затруднительными;

-быстрое увеличение цен на источники сырья и энергии, что делает рецикл отработанных продуктов и оборудования более эффективным, чем использование первичного сырья.

Следует отметить, что постоянно расширяется использование благородных металлов во многих областях науки и техники благодаря их уникальным физико-химическим свойствам. Особая роль благородных металлов обусловлена также их высокой ценой и влиянием на финансовую систему и внешние экономические связи. Металлургия благородных металлов довольно сложна. Поэтому специалисты в области благородных металлов должны хорошо ориентироваться в технологиях извлечения золота и серебра из первичного и вторичного сырья, должны знать обогащение, гидрометаллургию, пирометаллургию обработку металлов и другие процессы.

Рекомендуемые материалы

Золото наряду с серебром, медью и метеоритным железом является одним из первых металлов, известных человеку. Красивый желтый цвет, нахождение в природе в самородном состоянии, легкая обрабатываемость золота рано обратили на себя внимание первобытного человека, который стал добывать его уже в конце каменного века (8000—12000 лет до н.э.), используя для украше­ний и производства разных бытовых изделий. Золото было известно в Египте за 12 000 лет до н.э. и широко применялось там за 4000 лет до н.э.

Основные центры добычи золота в древние времена: Африка (Верхний Египет, Нубия), Малая и Средняя Азия, Испания, Кавказ, территории современных Венгрии, Чехии, Словакии, Румынии, Армении, Грузии, рудные районы Урала, Алтая, Казахстана, Сибири.

В древние века производство, добыча золота и серебра осуществлялись исключительно с применением ручного труда и примитивных способов дробления и толчения руд в ступах, истирания их жерновами из твердых гор­ных пород и промывки на шлюзах с грубыми покрытиями для улавливания золота (каменные, деревянные, шкуры животных).

Из технических достижений того периода, дошедших до нашего времени, следует отметить плавку металлов, купелирование свинцового сплава для выделения из него золота и серебра, а также способ разделения золота и серебра кислотами. Кроме того, в древности (5 в. до н.э.) были известны способы извлечения золота, основанные на избирательном прилипании его к жировой поверхности.

С 1492 г., добыча золота и серебра заметно увеличивается и вводится ряд усовершенствований в способы их производства: гидравлическая промывка россыпей, мокрое измельчение руд в толчеях с последующей промывкой на шлюзах и в чанах, амальгамация.

Общее количество золота добытого в древние и средние века (до 1492 г.), оценивается ориентировочно величиной, превышающей 127 000 т.

Большое значение для быстрого роста производства золота имело  промышленное использование с 1890 г. цианистого процесса извлечения золота из руд, открытого еще в 1843 г. русским ученым П.Р.Багратионом.

Этот высокоэффективный процесс получил быстрое распространение во всем мире и до настоящего времени является основным гидрометаллургическим методом извлечения золота и серебра из руд и концентратов.

В 20 в. мировая добыча золота развивалась неравномерно. После  быстрого роста в начале века резкое падение добычи золота вызвала 1-я Мировая война 1914—18 гг. Уровень 1914г. был достигнут только в 1934 г. с последующим подъемом до 1940 г. Затем, в связи со 2-й Мировой войной (1939—45 гг.) вновь последовали резкое падение и медленный рост производства золота до 1970 г. В последующие годы мировая золотодобыча заметно снижается, но в 1982-99 гг. наблюдается тенденция к ее повышению.

Обращает на себя внимание резкий рост добычи золота в послевоенные годы в ЮАР, достигший в 1970 г. 1000,3 т, что составило около 80% мирового производства. В последующие годы добыча золота в ЮАР уменьшилась до 450—500 т в год . Следует отметить также большое сокращение производства золота в послевоенные годы в Канаде и США. В 1995—98 гг. производство золота, значительно возросло в связи с пуском ряда новых золотодобывающих предприятий в США, Канаде, Австралии, КНР и развитием зо­лотодобычи в Индонезии, Папуа - Н.Гвинеи, где открыты новые значительные месторождения золота.

В настоящее время 1 -е место в мире по добыче золота занимает ЮАР, 2-е - США, 3-е - Австралия, 4-е - Канада, на 5-е место вышел Китай (табл. 1.).

Большая часть золота (94-98%) добывается при переработке руд, из россыпей — только 2,5—3%, попутно при выплавке цветных металлов извлекается 3,5—4,0%. Однако в передовых капиталистических странах попутное производство золота в цветной металлургии значительно выше: так, в Канаде оно составляет 20-25% (отн.), а в США - 25-30%.

Табл.1

В последние годы повышение мирового спроса на золото спо­собствовало формированию значительных запасов сырья, содержащих золото. Использование вторичных ресурсов в мировой экономике неуклонно растет. Запасы золота распределяются ориентировочно следующим образом: 60% составляют официальные резервы (в банках и казначействах), 20% - частная тезаврация (накопление) и 20% - в виде драгоценностей (ювелирные и художественные изделия) и промышленной продукции.

Из общего количества добываемого золота 35—65% идет на пополнение официальных резервов и 15-45% - в частную тезаврацию. Особая роль золота состоит в том, что оно является валютным металлом.

         Когда золото находится в государственных фондах, оно сохраняет исключительно функцию мировых денег, служит международным платежным средством.

Роль золота в экономике остается чрезвычайно большой и в основном определяется его функцией мировых денег. Золото является конечным средством сольдирования (в заключении расчетов без остатка) платежных балансов и пока в этой функции ничем не может быть заменено.

Значительно возросло применение золота в промышленности, обо­ронной и космической технике и в других отраслях народного хозяйства (медицина, приборостроение). Золото и его сплавы применяются в самолето- и ракетостроении для защиты от окисления высокочувствительных элементов; при сварке и пайке жароупорных сплавов, где требуется особо высокая практичность и неокисляемость сварных швов: в ракетах, реактивных двигателях, ядерных реакторах, сверхзвуковых самолетах, космических аппаратах и др. Широко применяются покрытия из золота в электротехнике и электронике, при изготовлении различной радио- и рентгено-аппаратуры. В настоящее время на технические цели расходуется 10—15% добываемого золота.

В настоящее время перед металлургией золота стоят задачи более полного и комплексного извлечения металлов из руд и россыпей, которые успешно решаются путем внедрения эффек­тивных методов переработки упорных сульфидных, мышьяковис­тых, сурьмянистых и углистых золотосодержащих руд и концент­ратов. Широко используется сорбционная технология извлечения золота непосредственно из пульп. Успешно разви­вается добыча попутного золота на предприятиях цветной метал­лургии.

Соотношение между видами добычи золота в странах СНГ составляло ориентировочно: рудное 50%, россыпное 40%, попут­ное в цветной металлургии 10%.

В настоящее время  золотодобывающие предприятия по запасам, содержанию золота в рудах, объёму производству золота и себестоимости 1 грамма металла делятся на следующие группы (табл. 1)

таблица 1.

Серебро, также как и золото, добывалось человеком с давних времен и широко использовалось для украшений, бытовой утвари и денежного обращения.

Главным потребителем серебра являются фото- и кинемато­графия,  рентгенография и другие отрасли использования фото­материалов. Широко используется серебро в электротехнике, элек­тронике, радиотехнике и связанных с ними отраслях машино­строения. Важным потребителем серебра являются ракетная, кос­мическая и авиационная техника, военно-морской флот, произ­водство серебро-цинковых и серебро-кадмиевых аккумуляторов, а также первичных источников тока. Большое количество серебра используется для изготовления припоев, в химической промыш­ленности и в химическом машиностроении. В настоящее время более 70% серебра расходуется на промыш­ленные цели., т.е. из металла, служившего главным образом для производства монет, украшений и бытовой утвари, серебро пре­вратилось в «промышленный» металл.

Основными потребителями серебра являются (т/год): США 3500-4500; ФРГ 1400-1500; Япония 1800-3200; Италия 900-1100; Англия 700—850; Франция 450—600. На долю этих стран приходит­ся около 85% серебра, потребляемого в промышленности.

В мировом производстве серебра 80% его добывается попутно при переработке руд и концентратов цветных металлов и лишь около 20% — при эксплуатации серебряных месторождений. Соот­ношение между ценами на золото и серебро на международном рынке в настоящее время составляет (35—40) : 1.

Платиновые металлы вследствие высокой коррозионной стойкости и способности сохранять неизменными свойства даже в самых трудных условиях работы (ценные специфические физические и химические свой­ства) находят все более широкое примене­ние в народном хозяйстве. До 2-й Мировой войны около 60% пла­тины потреблялось в ювелирном деле и медицине. После 2-й Ми­ровой войны доля платины, используемой в этих областях, сни­зилась до 8—10%. Наряду с этим существенно возросло потребле­ние платиновых металлов для промышленных целей.

Основными потребителями платиновых металлов являются химическая, нефтеперерабатывающая, электротехническая и ав­томобильная промышленности, а также стекольная промышлен­ность, приборостроение и оборонная промышленность.

В химических лабораториях платина применяется для изготов­ления лабораторной посуды и аппаратов. В некоторых электротех­нических производствах она используется в качестве нераствори­мых анодов, например, в производстве перекиси водорода, перх­лоратов и др. В виде покрытий платина и палладий применяются при изготовлении реакторов, специальных сосудов и аппаратов.

В химической промышленности платина и палладий в виде губ­ки,  черни, сетки, проволоки, листа и в коллоидной форме при­меняются в качестве катализаторов в неорганической и органи­ческой технологиях. Их применяют при синтезе аммиака из азота и водорода с последующим окислением его в азотную кислоту, для реакций гидрогенизации и дегидрогенизации органических веществ, восстановления нитросоединений и галогенидов, в про­изводстве серной кислоты контактным способом, при получении синильной кислоты и др.

В качестве катализаторов применяются также сплавы платины с палладием, родием, иридием и рутением.

Широко используются платиновые металлы в качестве катали­заторов в нефтеперерабатывающей промышленности для произ­водства высококачественного моторного топлива и ряда синтети­ческих продуктов, в крекинг- и риформинг-процессах, для очи­стки от серы и пр.

В электротехнической промышленности, электронике и при­боростроении платина, платиновые металлы и их сплавы приме­няются при изготовлении контактов, электросопротивлений, по­тенциометров, плавких предохранителей, электродов рентгено­вских трубок, аппаратов связи, деталей астрономических прибо­ров и др. Термопары из платины и ее сплавов с родием применяются для длительных измерений высоких темпера­тур (1300-1800 °С). Сплав, состоящий из 40% Ir и 60% Rh, приго­ден для измерения весьма высоких температур — до 2000—2300 ⁰С.

Рутений применяется в приборостроении при изготовлении деталей, требующих весьма высокой прочности. Сплавы осмия с иридием отличаются большой твердостью и идут на изготовление точных измерительных инструментов — астрономических и море­ходных. Сплавы платины с кобальтом используются для получе­ния мощных постоянных магнитов.

В стекольной промышленности платину и ее сплавы с родием применяют при изготовлении оптического стекла высокой степе­ни чистоты, не содержащего примесей железа. Платиновые ме таллы используются также в производстве фильер для волочения стеклянного волокна, толщина нитей которого иногда не превы­шает 1 мкм.

Новой областью потребления платиновых металлов с 1972 г. является автомобильная промышленность, где эти металлы ис­пользуются для оснащения автомобилей специальными устрой­ствами по очистке выхлопных газов от вредных примесей. Сред­ний расход платины на изготовление одного фильтра нейтрализа­тора (70% Р1 и 30% Рd) составляет 2,1 г. В США с 1975 по 1983 гг. на производство фильтров-нейтрализаторов израсходовано 186 т платиновых металлов, из них свыше 80% (156 т) содержится в устройствах, которыми оборудованы находящиеся в эксплуата­ции автомобили.

Важную роль играют платиновые металлы в ракетной и косми­ческой технике, а также в разных отраслях оборонной промыш­ленности.

В медицине платину и ее сплавы применяют для изготовления игл, шприцев, наконечников и других деталей, а также некото­рых медикаментов. Палладий используется для зубных протезов (за рубежом).

Рекомендуем посмотреть лекцию "Раны прямой кишки".

Родий, иридий, рутений и осмий, как правило, применяются в сплавах с платиной и палладием. В основном эти металлы ис­пользуются в химической промышленности.

Из иридия изготовляют тигли, выдерживающие температуру до 2300 °С.  Стойки электрохимические и химические покрытия из иридия толщиной менее 0,1 мм. Радиоактивный изотоп иридия ¹⁹²Ir используется в γ-дефектоскопии.

Палладий и рутений значительно дешевле платины и исполь­зуются в качестве заменителей ее, где это возможно.

Данные о потреблении платины и палладия  приведены в табл.   . —   .