» » Развитие производства платины и металлов платиновой группы (МПГ)
29.12.2015

Самородная платина и ее сплавы с серебром и другими металлами под названием «белое золото» были известны еще в глубокой древности (в Египте, в 19 в. до н.э.), но до 2-й половины 18 в. не находили применения.
Первое упоминание в литературе о платине относится к 1557 г., когда итальянский ученый и поэт Делла Скалла (Скалигер) отметил трудность расплавления металла, полученного из испанских владений в Ю. Америке.
Название нового металла «платина» произошло из испанского слова piata, обозначающего серебро, вследствие внешнего сходства этих металлов.
Дальнейшие исторические сведения о платине относятся к 1735 г., когда испанский путешественник и математик де-Уолла привез в Европу кусочки тяжелого, похожего на серебро металла, найденного в золотоносных россыпях Колумбии. Это «белое» золото, которое также называли «гнилым» или «лягушачьим» золотом, считалось вредной примесью к добываемому золоту, ценили в 2 раза ниже серебра и иногда для фальсификации добавляли в золотую монету. Только в 1752 г. после исследований шведского ученого Шеффера платина была признана новым химическим элементом.
Использование платины осложнялось трудностью ее расплавления (tпл Pt = 1773,5 °С) и отсутствием методов очистки ее от примесей и получения ковкого металла. Впервые платину начали аффинировать в 70-х годах 18 в. В 1773-74 гг. Де Лиль получил ковкую платину. В 1775 г. Морво, Рошон и Ахард обрабатывали сырую платину с получением ковкого металла. Очисткой платины занимались Шабано, Жанетти, Пеллепозе и др. В 1800 г. способ получения ковкой платины описал А.А. Мусин-Пушкин.
Способ Жанетти (Франция), как и его предшественников, состоял в сплавлении сырой платины с мышьяком, при этом железо и другие примеси переходили в шлак. Сплав Pt-As подвергался продолжительному нагреванию, весь мышьяк отгонялся и оставалась ковкая платина.
В 1802 г. в Англии У. Волластон разработал метод аффинажа (описание метода опубликовано им в 1828 г.), по которому сырая платина растворялась в царской водке, и платина осаждалась из раствора NH4Cl в виде хлорплатината аммония с получением после прокаливания платиновой губки. Волластоном в 1803 г. при обработке сырой платины царской водкой были открыты два новых элемента платиновой группы — палладий (tпл Pd = 1553 °С) и родий (tпл Ph = 1966 °С). Палладий был назван в честь астероида Паллас, а название «родий» происходит от греческого слова rhodon - роза, вследствие розовато-красного цвета растворов его солей.
Вскоре в 1804 г. С. Теннант в нерастворимом остатке после обработки сырой платины открыл иридий (tпл Ir = 2454 °С) и осмий (tпл Os = 2700 °С), которые получили название - первый от греческого слова iris, означающего «радужный» вследствие разнообразной окраски растворов солей иридия, а второй — от греческого слова osme, означающего «пахучий» из-за специфического запаха четыреххлористого осмия. Последний элемент платиновой группы рутений (tпл Ru = 1966 °С) открыл в 1844 г. русский химик К.К. Клаус (Казань) в уральских месторождениях платины и назвал его в честь России (от латинского Ruthenia).
В России начало платиновой промышленности относится к 1819 г., когда в Верх-Исетском и Невьянском округах впервые были найдены образцы осмистого иридия, а в 1824 г. Н.Р. Малышевым открыты платиновые россыпи в Тагильском округе на реке Сухой Витим. С 1825 г. разработка платиновых россыпей на Урале получила быстрое развитие (округа Идагайский, Исовский, Косьянский, Заозерский), по производству платины Россия заняла 1-е место в мире: в 1834 г. в России было добыто 1667 кг платины, а в 40-х годах 19 в. годовая добыча платины в России составляла 3500 кг.
С открытием платиновых россыпей в России усилились работы по аффинажу платиновых металлов. В 1825-26 гг. Архипов, Иосса и Сысоев изготовили изделия (кольца, цепочки и др.) из платины, аффинированной по способу Жанетти. В 1827 г. П.Г. Соболевский и В.В. Любарский в Петербургском горном кадетском корпусе (ныне С.-Петербургский государственный Горный институт) разработали способ аффинажа платины, который основывался на растворении сырой (шлиховой) платины в царской водке и на последовательном осаждении из раствора хлористым аммонием сначала платины, а затем иридия (после упаривания фильтрата и первых промывных вод).
П.Г. Соболевский и В.В. Любарский первые опубликовали формулу нового метода изготовления платиновых изделий, называемого в настоящее время порошковой металлургией (или металлокерамическим). По этому методу очищенную губчатую платину набивали в форму и сдавливали прессом. Спрессованный продукт нагревали до белого каления и опять обрабатывали под давлением, получая ковкий металл. Данным способом аффинировалась вся русская платина для изготовления из нее монет с 1828 по 1846 гг.
Метод Соболевского и Любарского тогда представлял решение серьезной проблемы, так как плавить платину научились только после 1860 г., когда французские ученые Сент-Клер Девиль и Дебре предложили способ плавки платины в известковой печи в кислородно-водородном пламени.
Другим крупным достижением явились работы казанского профессора К.К. Клауса по химии и аффинажу иридия, родия, осмия и рутения.
Разработка уральских платиновых россыпей имела исключительно большое значение для развития мировой платиновой промышленности. За период с 1820 по 1917 гг. из общей добычи платины, которая ориентировочно оценивается в 260—350 т, на долю России приходится 220—315 т, т.е. около 85—90%.
С 1867 г. аффинаж платины в России был прекращен и до 1914 г. всю шлиховую платину вывозили за границу, так как 90% капиталовложений в уральские платиновые предприятия принадлежали иностранным фирмам.
В 1913—1916 гг. под руководством Н.Н. Барабошкина был построен аффинажный платиновый завод в г. Екатеринбурге, на котором начали получать губчатую платину. Выпуск аффинированных платиновых металлов на этом заводе был осуществлен позднее: в 1923 г. — платины, палладия, иридия, в 1925 г. — золота, в 1926 г. — осмия и в 1930 г. — рутения.
В основу способов получения чистой платины и других платиновых металлов, нашедших промышленное применение, были положены результаты работ отечественных ученых — Н.С. Курнакова, Л.А. Чугаева, Н.И.Подкопаева, И.И. Сергеева, В.И. Немилова, Н.К. Птеницына, В.В. Лебединского, О.Е. Звягинцева, А.А. Гринберга, A.M. Рубинштейна, многие из которых, кстати, наверняка бы не отказались от качественного забора ni-max.ru
В 1918 г. был организован Институт платины АН России, который в 1984 г. вошел в состав ИОНХ АН России. Обширные работы проведены также в ЛГИ, на аффинажном заводе, в Норильском ГОК и др.
В настоящее время платиновые россыпи Урала приближаются к истощению. Основную массу платиновых металлов в России получают на Норильском Никеле, который обеспечивает примерно 20% платины и 60% палладия на мировом рынке металлов платиновой группы. В Корякском АО разведано месторождение, запасы которого оценивают в 30 т платины. В 1997 г. на нем добыто 6,1 т платины.
В зарубежных странах добыча платиновых металлов значительно возросла после 1-й Мировой войны и к 1957 г. составила 33,1 т и далее продолжала возрастать, достигнув в настоящее время более 100 т в год. Основными производителями платиновых металлов за рубежом являются ЮАР и Канада, которые добывают около 98% этих металлов.
В ЮАР большая часть месторождений платиновых металлов приурочена к Главному горизонту или горизонту Меренского, который прослеживается на протяжении 180 км в центральной части Трансвааля, в районах Растенбурга, Претории и Лиденбурга. В настоящее время добываются сульфидные руды с содержанием платиновых 7—9 г/т, на отдельных участках — до 15 г/т. В рудах преобладает Pt — 71,2%; содержание Pd составляет 25,1%; остальных МПГ — 3,79%, из них Rh - 2,41%, Ir — 0,78%, Ru — 0,5%, Os — 0,1%. Ведущие фирмы по производству платиновых металлов в ЮАР «Растенбург платинум майнз, Лтд» и «Импала плати ну м майнз, Лтд».
Канада является вторым крупным производителем металлов платиновой группы. Эти металлы получают как побочный продукт при производстве никеля. Основное количество платиновых металлов производят в округе Саббери провинции Онтарио, меньшее — из никелевых руд округа Томпсон провинции Манитоба. Несмотря на низкое содержание платиноидов а медно-никелевых рудах Канады (в среднем 0,8 г/т), извлечение их считают экономически выгодным в связи с большим объемом производства. Beдушей компанией, производящей около 90% металлов платиновой группы в Канаде, является «Интернейшнл никл Ко оф Канада, Лтд (ИНКО)». Кроме того, эти металлы производит компания «Фэлконбридж никл майнз, Лтд». Шламы рафинировочных заводов ИНКО из Канады направляют на аффинажный завод в Ньюарк (США). США производят платиновые металлы в небольшом количестве как побочный продукт медерафинировочных заводов и из россыпных месторождений Аляски. США получают платиновые металлы также из импортного сырья, поступающего из Колумбии, Канады, ЮАР, и из переработанного вторичного сырья. Аффинаж в США осуществляется на заводах в Ньюарке (шт. Нью-Джерси), в Мальверне (шт. Пенсильвания), в Виншоу Тауншипе (шт. Нью-Джерси).
В Японии платину и палладий получают как побочный продукт при переработке сульфидных медно-никелевых руд.
В Колумбии разрабатываются россыпные месторождения платины. Небольшие россыпные месторождения платины известны в Эфиопии.
Вследствие высокой коррозионной стойкости и способности сохранять неизменными свойства даже в самых трудных условиях работы (ценные специфические физические и химические свойства) платиновые металлы 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.
При гидрировании некоторых органических соединений применяется осмий в чистом виде в качестве катализатора. Некоторые процессы, например гидрирование целлюлозы или полисахаридов с получением глицерина, успешно протекают с применением в качестве катализатора рутения. Палладий используется также для очистки водорода и дейтерия.
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 (10—40% Rh) 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 °С.
Особые свойства родия, обладающего высокой отражательной способностью, позволяют использовать его для покрытия рефлекторов, в частности это важно для прожекторов. Эти покрытия устойчивы против механических повреждений и выдерживают температуру свыше 400 °С.
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 металлы 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% Pt и 30% Pd) 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).
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 за последние двадцать лет приведены в табл. I.11. — I.13.
Развитие производства платины и металлов платиновой группы (МПГ)
Развитие производства платины и металлов платиновой группы (МПГ)