Золото и платина Урала

Комплексы двухвалентной платины  имеют плоскостное строение, а  четырехвалентной – октаэдрическое.

На схемах комплексов с атомом платины посредине буквой А обозначены лиганды. Лигандами могут быть различные кислотные остатки (Cl^–, Br ^–, I^–, NO₂^–, NO₃^–, CN^–, C₂O₄^–, CNS^–), нейтральные молекулы простого и сложного строения (H₂O, NH₃, C₅H₅N, NH₂OH, (CH₃)₂S, C₂H₅SH) и многие другие неорганические и органические группы. Платина способна образовывать даже такие комплексы, в которых все шесть лигандов различны.

Химия комплексных соединений платины разнообразна и сложна. Не будем обременять читателя многозначительными частностями. Скажем только, что и в этой сложной области знаний советская наука неизменно шла и идет впереди. Характерно в этом смысле высказывание известного американского химика Чатта (1960 г.):

«Возможно, не случайно было и то, что единственная страна, которая посвятила значительную часть своих усилий в области химических исследований в 20-х и 30-х годах разработке координационной химии, была и первой страной, пославшей ракету на Луну».

Здесь же уместно напомнить  о высказывании одного из основоположников советской платиновой промышленности и науки – Льва Александровича Чугаева: «Каждый точно установленный факт, касающийся химии платиновых металлов, рано или поздно будет иметь свой практический эквивалент».

2.6. Потребность в платине.

За последние 20-25 лет спрос на платину увеличился в несколько раз и продолжает расти. До второй мировой войны более 50% платины использовалось в ювелирном деле. Из сплавов платины с золотом, палладием, серебром, медью делали оправы для бриллиантов, жемчуга, топазов... Мягкий белый цвет оправы из платины усиливает игру камня, он кажется крупнее и изящнее, чем в оправе из золота или серебра. Однако ценнейшие технические свойства платины сделали ее применение в ювелирном деле нерациональным.

Сейчас около 90% потребляемой платины используется в промышленности и науке, доля ювелиров намного меньше. «Виной» тому – комплекс технически ценных свойств элемента №78.

Кислотостойкость, термостойкость и постоянство свойств при  прокаливании давно сделали платину  совершенно незаменимой в производстве лабораторного оборудования. «Без платины, – писал Юстус Либих в середине прошлого века – было бы невозможно во многих случаях сделать анализ минерала... состав большинства минералов оставался бы неизвестным». Из платины делают тигли, чашки, стаканы, ложечки, лопатки, шпатели, наконечники, фильтры, электроды. В платиновых тиглях разлагают горные породы – чаще всего, сплавляя их с содой или обрабатывая плавиковой кислотой. Платиновой посудой пользуются при особо точных и ответственных аналитических операциях...

Важнейшими областями  применения платины стали химическая и нефтеперерабатывающая промышленность.

В качестве катализаторов  различных реакций сейчас используется около половины всей потребляемой платины*.

Платина – лучший катализатор реакции окисления аммиака до окиси азота NO в одном из главных процессов производства азотной кислоты. Катализатор здесь предстает в виде сетки из платиновой проволоки диаметром 0,05...0,09 мм. В материал сеток введена добавка родия (5...10%). Используют и тройной сплав – 93% Pt, 3% Rh и 4% Pd. Добавка родия к платине повышает механическую прочность и увеличивает срок службы сетки, а палладий немного удешевляет катализатор и немного (на 1...2%) повышает его активность. Срок службы платиновых сеток – год-полтора. После этого старые сетки отправляют на аффинажный завод на регенерацию и устанавливают новые. Производство азотной кислоты потребляет значительные количества платины.

Платиновые катализаторы ускоряют многие другие практически  важные реакции: гидрирование жиров, циклических и ароматических углеводородов, олефинов, альдегидов, ацетилена, кетонов, окисление SO₂ в SO₃ в сернокислотном производстве. Их используют также при синтезе витаминов и некоторых фармацевтических препаратов. Известно, что в 1974 г. на нужды химической промышленности в США было израсходовано около 7,5 т платины.

Не менее важны платиновые катализаторы в нефтеперерабатывающей  промышленности. С их помощью на установках каталитического риформинга получают высокооктановый бензин, ароматические углеводороды и технический водород из бензиновых и лигроиновых фракций нефти. Здесь платину обычно используют в виде мелкодисперсного порошка, нанесенного на окись алюминия, керамику, глину, уголь. В этой отрасли работают и другие катализаторы (алюминий, молибден), но у платиновых – неоспоримые преимущества: большая активность и долговечность, высокая эффективность. Нефтеперерабатывающая промышленность США закупила в 1974 г. около 4 т платины.

Еще одним крупным  потребителем платины стала автомобильная  промышленность, которая, как это ни странно, тоже использует именно каталитические свойства этого металла – для дожигания и обезвреживания выхлопных газов. Для этих целей автомобильная промышленность США закупила в 1974 г. 11 т платины – почти столько же, сколько химическая и нефтеперерабатывающая отрасли, вместе взятые.

Четвертым и пятым  по масштабам потребления покупателями платины в 1974 г. в США были электротехника и стекольное производство.

Стабильность электрических, термоэлектрических и механических свойств платины плюс высочайшая коррозионная и термическая стойкость сделали этот металл незаменимым для современной электротехники, автоматики и телемеханики, радиотехники, точного приборостроения. Из платины делают электроды топливных элементов. Такие элементы применены, например, на космических кораблях серии «Аполлон».

Из сплава платины  с 5...10% родия делают фильеры для  производства стеклянного волокна. В платиновых тиглях плавят оптическое стекло, когда особенно важно ничуть не нарушить рецептуру.

* Именно «потребляемой», а не «добываемой». Такой оборот вполне оправдан, когда речь идет о драгоценных металлах, идущих, помимо всего прочего, в «золотые кладовые» национальных банков.

В химическом машиностроении платина и ее сплавы служат превосходным коррозионностойким материалом. Аппаратура для получения многих особо чистых веществ и различных фторсодержащих соединений изнутри покрыта платиной, а иногда и целиком сделана из нее.

Очень незначительная часть платины  идет в медицинскую промышленность. Из платины и ее сплавов изготавливают хирургические инструменты, которые, не окисляясь, стерилизуются в пламени спиртовой горелки; это преимущество особенно ценно при работе в полевых условиях. Сплавы платины с палладием, серебром, медью, цинком, никелем служат также отличным материалом для зубных протезов.

Спрос науки и техники на платину  непрерывно растет и далеко не всегда бывает удовлетворенным. Дальнейшее изучение свойств платины еще больше расширит области применения и возможности  этого ценнейшего металла. Практическое применение этот металл стал находить еще в начале прошлого века, когда кому-то пришла в голову удачная мысль изготовить из него реторты для хранения концентрированной серной кислоты. С тех пор исключительная стойкость платины по отношению к кислотам обеспечивает ей радушный прием в химических лабораториях, где она служит материалом для тиглей, чашей, сеток, трубок и других лабораторных атрибутов. Большое количество платины расходуется также на изготовление кислото- и  жароупорной аппаратуры химических заводов. Несмотря на то, что платиновый винт, которым перемешивают стекломассу на знаменитых стекловаренных заводах Чехословакии, стоит три четверти миллиона крон, а платиновый тигель, где происходит этот процесс – вдвое больше, игра стоит свеч: такое оборудование считается самым современным, позволяющим получить высококачественные стекла для микроскопов, биноклей и других оптических приборов.

Химики  нашли платине еще одно важное применение: в качестве катализатора платина совершенно необходима для  окисления аммиака при производстве азотной кислоты. Смесь аммиака и воздуха с большой скоростью продувают через тончайшую платиновую сетку, при этом образуются оксиды азота и водяные пары. При растворении оксида азота в воде и получается азотная кислота.

В платине сегодня нуждаются не только химики. Способность хорошо впаиваться в стекло делает ее важным материалом для изготовления многих стеклянных приборов.

Нанося  тончайший слой этого материала  на стекло, получают платиновые зеркала, обладающие любопытным свойством – так называемой односторонней прозрачностью.

Свойства  губчатой платины поглощать большие  объемы газа лежит в основе удивительного  явления: водород или кислород, заключенные  в герметически закрытый платиновый сосуд, при нагревании «вытекают» из него, поскольку молекулы газа проходят сквозь платиновые стенки сосуда, как вода  сквозь сито.

Плодотворно трудится платина и в сфере  измерения высоких температур. В  технике довольно широко применяют  платиновые термометры сопротивления. Принцип их действия основан на том, что при нагревании электрическое сопротивление платины возрастает в очень строгой и постоянной зависимости от температуры. Подключенная к прибору, регистрирующему изменения сопротивления, платиновая проволочка без промедления сигнализирует ему о самых незначительных колебаниях температуры.

Еще более распространены так называемые термопары – несложные, но очень  чуткие термоизмерительные приборы. Если спаять две проволочки из различных  металлов, а затем нагреть место  спая, то в цепи появится электрический ток. Чем выше температура нагревания, тем большая электродвижущая сила возникает в цепи термопары. Для изготовления этих приборов часто используют платину и ее сплав с родием и иридием.

Платина завоевывает прочные позиции  в медицине. Специальные электроды  из этого металла, вводимые в кровеносные  сосуды, служат хирургам многих стран  для диагностики различных, главным  образом сердечных заболеваний. Такой метод называется платино-водородным, так как в основе его лежит электрохимическая реакция между этими элементами.

Интересное и важное применение нашли платине недавно американские врачи из штата Огайо. Они разработали  принципиально новый метод анестезии, который заключается в следующем. Платиновой пластинкой длиной несколько сантиметров спинной мозг соединяют с электрическим стимулятором. При малейшем движении пациента аппарат посылает электрический сигнал в мозг, блокируя таким образом болевые ощущения.

В большом почете платина у зубных техников, которых привлекают ее неокисляемость – важнейшее свойство материала для протезов. Однако в чистом виде платина слишком мягкая, чтобы успешно выполнять эту роль, зато ее сплавы, обладающие и высокой прочностью, успешно служат в качестве зубных коронок и искусственных зубов. С начало для повышения твердости к платине добавляли серебро и никель, затем для этой цели стали использовать золото и платиновые металлы.

Современное название элемента №78 происходит от испанского слова plata – серебро. Название «платина» можно перевести как «серебришко» или «сребрецо».

Из сплава платины  с иридием в нашей стране изготовлен эталон килограмма, представляющий собой  прямой цилиндр диаметром 39 мм и высотой тоже 39 мм. Он хранится в Ленинграде, во Всесоюзном научно-исследовательском институте метрологии им. Д.И. Менделеева. Раньше был эталоном и платино-иридиевый метр.

Сырая платина – это  смесь различных минералов платины. Минерал поликсен содержит 80...88% Pt и 9...10% Fe; купроплатина – 65...73% Pt, 12...17% Fe и 7,7...14% Cu; в никелистую платину вместе с элементом №78 входят железо, медь и никель. Известны также природные сплавы платины только с палладием или только с иридием – прочих платиноидов следы. Есть еще и немногочисленные минералы – соединения платины с серой, мышьяком, сурьмой. К ним относятся сперрилит PtAs₂, куперит PtS, брэггит (Pt, Pd, Ni)S.

Самые крупные самородки  платины, демонстрируемые на выставке Алмазного фонда СССР, весят 5918,4 и 7860,5 г.

Платиновая чернь –  мелкодисперсный порошок (размеры  крупинок 25...40 мкм) металлической платины, обладающий высокой каталитической активностью. Ее получают, действуя формальдегидом или другими восстановителями на раствор комплексной гексахлорплатиновой кислоты H₂[PtCl₆].

Из «словаря химического», изданного в 1812 году:

«Профессор Снядецкий  в Вильне открыл в платине новое  металлическое существо, которое  названо им Вестий»...

«Фуркруа читал в  Институте сочинение, в коем извещает, что платина содержит железо, титан, хром, медь и металлическое существо, доселе еще неизвестное»...

«Золото хорошо соединяется  с платиною, но когда количество сей последней превышает ¹/₄₇, то белеет золото, не умножая чувствительно тяжести своей и тягучести. Испанское правительство, опасавшееся сего состава, запретило выпуск платины, потому что не знало средств доказать подлога»...

2.8. Открытие месторождений платины и осмистого иридия на Урале.       

 Открытие платины  и осмистого иридия в золотых  россыпях Верх-Исетских, Невьянских  и Билимбаевских промыслов относится  к 1819–1820 гг. Первая богатая собственно платиновая россыпь выявлена в 1824 г. по р. Орулихе, левому притоку р. Баранчи. Вслед за этим богатые платиновые россыпи были обнаружены по рекам Ису, Мартьяну и в других местах. Первые коренные месторождения платины были открыты значительно позже, в 1892–1897 гг. в хромитоносных дунитах Нижне-Тагильского (Соловьевогорского) массива: месторождения Серебряковское в Крутом Логу, Авроринское в долине р.Мартьяна, Господская шахта на северном склоне горы Соловьевой. С той поры и до 1914 г. из нижнетагильских и исовских россыпей, а также и коренных месторождений ежегодно в целом добывалось по 2-4 т платины, что составляло 80-90 % ее мировой добычи (Н.К.Высоцкий, 1913). В последующие годы роль Урала в мировой добыче платины постепенно снижалась в связи с открытием и вовлечением в эксплуатацию многочисленных россыпных и коренных месторождений платиновых металлов в Канаде, на Аляске, в ЮАР и Норильском районе с его гигантскими платиноносными сульфидными медно-никелевыми месторождениями.Переходя к характеристике уральских собственно платиновых и платиносодержащих руд,  рассмотрим сначала коренное оруденение, а затем платиноносные коры выветривания и россыпи платиновых металлов.