Группа платиновых металлов

Обзор

Металлы платиновой группы (МПГ) относятся к группе драгоценных металлов. Они характеризуются серебряным белым цветом, каталитическими свойствами, дефицитом и высокой стоимостью. МПГ включают в себя следующие металлы: платина, палладий, родий, рутений, иридий и осмий. Как правило, они встречаются в полиметаллических месторождениях, которые также могут включать никель, медь, хром, золото и другие металлы. МПГ являются химически стойкими, выдерживают высокие температуры и обладают хорошей электропроводностью. Именно поэтому их широко применяют в различных секторах: от автомобильной промышленности до ювелирных изделий и производства лекарств.

Металлы платиновой группы являются одними из самых

Металлы платиновой группы являются одними из самых редких металлов на Земле. Наиболее известный и в то же время наиболее ценный среди них – платина. Другой металл – палладий – встречается более широко, однако, исторически ценится значительно меньше.

Основные запасы металлов платиновой группы сосредоточены в следующих странах: Южная Африка, Зимбабве, Россия. На долю России приходится около 13% и 45% мирового производства платины и палладия соответственно. Богатые месторождения металлов платиновой группы находятся в Сибири, кроме того МПГ встречается в США, а в качестве побочного продукта их производят в Канаде.

Механические свойства

Металлы платиновой группы значительно отличаются механическими свойствами. Платина и палладий довольно мягкие и очень ковкие. С этими металлами и их сплавами можно работать как в горячем, так и в холодном состоянии. Родий сначала обрабатывают горячим, а позже его можно обрабатывать холодным с довольно частым отжигом. Иридий и рутений должны быть нагреты, холодной обработке они не поддаются.

Осмий – самый твердый из группы и имеет наиболее высокую температуру плавления, но его склонность к окислению накладывает свои ограничения. Иридий наиболее коррозионностойкий из платиновых металлов, а родий ценится за сохранение своих свойств при высоких температурах.

Иридий

В начале 19 века химики были заинтересованы неочищенной платиной и всеми возможными элементами содержащиеся в ней. Тогда Дескотиль, Фуркруа и Вокелен стали изучать сырой металл, сплавив его с едким кали, получив частично растворимые в воде соединения неизвестных металлов. Теннант пошел этим же способом, и смог выделит два новых металла: иридий и осмий.

Иридий получил свое название с греческого: радуга, благодаря тому, что соединения данного металла были окрашены в разные цвета. Осмий же в связи с растворение щелочного сплава осмиридия в кислоте (или в воде) сопровождался сильным запахом. С греческого языка, получив название: запах.

Иридий очень редкий металл платиновой группы, который добыть практически невозможно. Добыча его сопровождается попутчиками: платиной или осмием и рутением или палладием. Он встречается в медных и никелевых рудах. Место добывания иридия: Канада (Британская Колумбия), США (Калифорния), ЮАР (Трансвааль), Остров Тасмания, Новая Гвинея, остров Калимантан.

Характеристики иридия:

  • красивый металл бело-серебристого оттенка;
  • твердый и долговечный металл;
  • высокая плотность и прочность;
  • воздействия осуществляются за счет нагревания металла;
  • укрепляет любой состав, делая его износоустойчивым;
  • химическая стойкость;
  • стойкий к коррозиям;
  • стойкость к окислению и всяческому разрушению, даже под воздействием температуры.

Область применения:

  • химическая промышленность;
  • ювелирное дело;
  • вместе с иными металлами является компонентом для автомобильных свечей;
  • сплавы с иридием используют в медицине, для производства инструментов;
  • в научной деятельности, металл не очень востребован.

Хранение и транспортировка

Порядок обращения с драгоценными металлами и камнями, в том числе и с платиноидами, строго регламентирован соответствующей Инструкцией, утверждённой Минфином России Приказом №231н от 09.12.16. Согласно которой должна быть обеспечена сохранность и защита ценностей от вредных воздействий на протяжении всех возможных операций. В список возможных операций входят:

  • обращение,
  • производство,
  • переработка,
  • использование,
  • транспортировка,
  • хранение.

Ответственность за выполнение требований, предъявляемых к хранению и транспортировке драгметаллов, несут руководители, материально ответственные лица, а также непосредственные исполнители.

Палладий

На сегодня, палладий самый дорогой металл платиновой группы, который используется в промышленности.

В конце 17 века бразильские горнодобывающие рабочие нашли сплав, похожий на содержание золота или платины. Химик У. Волластон проработал взаимодействие неочищенной платиной с соляной и азотной кислотами, и добавкой цианида ртути. После выпал желтый осадок, который он нагрел с серой и бурой. Получив шарики из металла и, назвав металл — палладий.

Название металл получил в честь астероида. Этот металл платиновой группы встречается в природе очень редко в чистом в виде. А чаще в комплексе с другими металлами (золото, серебро, платина).

Добывают металл также двумя способами:

  • на коренных (первичных) месторождениях;
  • на россыпи, в виде самородка и составляют всего 2% от всей добычи металла.

Главные месторождения палладия:

  • Канада;
  • США;
  • Колумбия;
  • Австрия;
  • ЮАР.

В России также происходит добыча палладия, сконцентрированная на Урале. Главными свойствами палладия являются:

  • низкая плотность;
  • химическая инертность;
  • внешне напоминает серебро;
  • высокая ковкость;
  • эластичность, что позволяет использовать в изготовлении украшений;
  • температура плавления 1555 градусов;
  • поддается обработке;
  • непрочный металл при механическом воздействии;
  • растворяется при воздействии смеси серной и азотной кислот;
  • может образовывать соединения с иными химическими элементами ( бор, хлор, сера, кремний);
  • не вступает в реакции;
  • не окисляется в природе.

Области применения палладия

  • Ювелирная сфера, добавляя металл в сплавы;
  • производство катализаторов для автомобилей, для дожигания выхлопных газов по нормам ЕС;
  • медицина: изготовление элементов для кардиостимуляторов, инструментов, посуды;
  • химическая отрасль: изготавливают колбы и емкости, а также для очищения водорода;
  • электронная сфера: военно-аэрокосмическая техника;
  • инвестиционная деятельность: покупка слитков.

Руды

За исключением малых россыпных месторождений платины, палладия и осмистого иридия (сплава иридия и осмия), практически нет руды, в которой бы основным компонентом был химический элемент – металл платиновой группы. Минералы, как правило, содержатся в сульфидных рудах, в частности в пентландите (Ni, Fe)9S8. Наиболее распространены лаурит RuS2, ирарсит, (Ir,Ru,Rh,Pt)AsS, осмиридиум (Ir,Os), куперит, (PtS) и браггит (Pt,Pd)S.

Крупнейшее в мире месторождение металлов платиновой группы – Бушвельдский комплекс в ЮАР. Большие запасы сырья сосредоточены в месторождениях Садбери в Канаде и Норильско-Талнахском в Сибири. В США наибольшие залежи минералов платиновой группы расположены в Стилуотере, Монтана, но здесь они значительно меньше, чем в ЮАР и России. Крупнейшими в мире производителями платины являются Южная Африка, Россия, Зимбабве и Канада.

Гальваника

Все металлы платиновой группы можно наносить гальванически. Из-за твердости и блеска получаемого покрытия наиболее часто применяется родий. Хотя его стоимость выше, чем платины, меньшая плотность позволяет использовать меньшую массу материала при сопоставимой толщине.

Палладий – металл платиновой группы, который проще всего использовать для нанесения покрытий. Благодаря этому прочность материала значительно повышается. Рутений нашел применение в инструментах, предназначенных для обработки трением при низком давлении.

Структурные применения

Поскольку дочиста отожженная платина очень мягкая, она восприимчива к царапинам и порче. Для увеличения твердости ее сплавляют со множеством других элементов. Платиновые драгоценности очень популярны в Японии, где ее называется «хаккин» и «белое золото». Сплавы для ювелирных изделий содержат 90% Pt и 10% Pd, который легко обрабатывать и паять. Добавление рутения повышает твердость сплава, сохраняя стойкость к окислению. Сплавы платины, палладия и меди используются в кованых изделиях, так как они тверже платино-палладиевых и менее затратны.

Тигли, используемые для производства монокристаллов в полупроводниковой промышленности, требуют коррозионной устойчивости и стабильности при высоких температурах. Для этого применения лучше всего подходят платина, платина-родий и иридий. Платинородиевые сплавы используются в производстве термопар, которые предназначены для измерения повышенных температур до 1800 °C. Палладий применяют как в чистом, так и в смешанном виде в электрических устройствах (50% потребления), в стоматологических сплавах (30%). Родий, рутений и осмий редко используются в чистом виде – они служат легирующей добавкой для других металлов платиновой группы.

История открытия

Хотя платиносодержащие золотые артефакты датированы 700 г. до н. э., присутствие этого металла является, скорее, случайностью, чем закономерностью. Иезуиты в XVI веке упоминали серые плотные камешки, связанные с аллювиальными месторождениями золота. Эти камешки нельзя было расплавить, но они образовывали сплав с золотом, при этом слитки становились ломкими, и их уже было невозможно очистить. Камешки стали называть platina del Pinto – гранулы серебристого материала из реки Пинто, впадающей реку Сан-Хуан в Колумбии.

Ковкая платина, которую можно получить только после полной очистки металла, была выделена французским физиком Шабано в 1789 году. Из нее был сделан кубок, преподнесенный папе Пию VI. Об открытии палладия в 1802 году сообщил английский химик Уильям Волластон, который назвал хим. элемент группы платиновых металлов в честь астероида. Волластон впоследствии заявлял об обнаружении еще одного вещества, присутствующего в платиновой руде. Его он назвал родием из-за розового цвета солей металла. Открытия иридия (по имени богини радуги Ириды из-за пестрой окраски его солей) и осмия (от греческого слова «запах» из-за хлорного запаха его летучего окисла) были сделаны английским химиком Смитсоном Теннантом в 1803 году. Французские ученые Ипполит-Виктор Колле-Дескоти, Антуан-Франсуа Фуркруа, и Николя-Луи Воклен выделили два металла одновременно. Рутений, последний изолированный и идентифицированный элемент, получил свое название по латинскому наименованию России от русского химика Карла Карловича Клауса в 1844 году.

В отличие от таких легко выделяемых в относительно чистом состоянии путем простого огневого рафинирования веществ, как золото, серебро, металлы платиновой группы требуют сложной водно-химической обработки. Эти методы не были доступны до конца 19 века, поэтому выявление и изоляция платиновой группы отстала от серебра и золота на тысячи лет. Кроме того, высокая температура плавления этих металлов ограничивала их применение, пока исследователи в Британии, Франции, Германии и России не разработали методы преобразования платины в форму, пригодную для обработки. Как драгоценные металлы платиновой группы начали использоваться в ювелирных изделиях с 1900 года. Хотя такое применение остается актуальным и сегодня, промышленное намного его превзошло. Палладий стал очень востребованным материалом для контактов в телефонных реле и других системах проводной коммуникации, обеспечивая длительный срок службы и высокую надежность, а платина, из-за своей устойчивости к искровой эрозии, во время Второй мировой войны стала применяться в свечах зажигания боевых самолетов.

После войны расширение методов молекулярной конверсии при переработке нефти создало огромный спрос на каталитические свойства, которыми обладают металлы платиновой группы. К 1970-м годам потребление выросло еще больше, когда стандарты автомобильных выбросов в США и других странах привело к использованию данных химических элементов в каталитической конверсии выхлопных газов.

Осмий

Чистого осмия в природе нет, он находится в комплексе с родием. Месторождения осмия сконцентрированы в: Африке (юг), Тасмании, Австралии, США, Канаде, Россие, Колумбия, ЮАР (самые большие запасы).

Характеристики осмия:

  • серебристо-голубые кристаллы;
  • резкий запах, при взаимодействии с веществами;
  • не растворяется в щелочах и кислотах, смеси соляной и азотной кислот;
  • химическая инертность;
  • порошковый осмий — сырье для продукции, медленно подвержен к растворению;
  • твердый и хрупкий;
  • тугоплавкий;
  • высокая плотность: самый тяжелый металл.

Область применения

  • Медицина: кардиостимуляторы, импланты;
  • промышленность: для измерительной техники, часовые механизмы;
  • тетра оксид осмия используют в электронной микроскопии.

Металлы платиновой группы, редкие и уникальные металлы, которые не так часто встречаются в природе, но широко и активно применяются в разных сферах жизни, тем самым помогая человечеству.

металлы платиновой группы