Пла́тиновые ру́ды

Введение

Платина получила свое название от испанского слова platina, уменьшительного от plata — серебро. Так пренебрежительно светло-серый металл, изредка попадавшийся среди золотых самородков, назвали испанские конкистадоры — колонизаторы Южной Америки около 500 лет назад. Никто не мог тогда предположить, что в наше время платина (Pt) и элементы платиновой группы (ЭПГ): иридий (Ir), осмий (Os), рутений (Ru), родий (Rh) и палладий (Pd) — получат широкое применение в разных отраслях науки и техники, а по своей стоимости будут превосходить золото.

Но в будущем, когда человечество перейдет к водородной энергетике, мы можем столкнуться с ситуацией, что запасов мировой платины просто не хватит для того, чтобы все авто сделать электромобилями. Для изготовления ювелирных изделий платина применяется с давних времен. Высокопробный платиновый сплав считается классическим ювелирным материалом для изготовления изделий с драгоценными камнями. Но использование ее в ювелирных изделиях значительно сократилось. Широкое применение платина нашла в различных областях промышленности. Например, для Японии и Швейцарии характерна узкая специализация — использование платины главным образом для ювелирных изделий и приборостроения, то для США, ФРГ, Франции и некоторых других стран характерен широкий и весьма изменчивый спектр применений

Физико-химические свойства платины

Платина является одним из самых инертных металлов. Она нерастворима в кислотах и щелочах, за исключением царской водки. При комнатной температуре платина медленно окисляется кислородом воздуха, давая прочную оксидную плёнку. Платина также непосредственно реагирует с бромом, растворяясь в нём.

При нагревании платина становится более реакционноспособной. Она реагирует с пероксидами, а при контакте с кислородом воздуха — с щелочами. Тонкая платиновая проволока горит во фторе с выделением большого количества тепла. Реакции с другими неметаллами (хлором, серой, фосфором) происходят менее охотно. При более сильном нагревании платина реагирует с углеродом и кремнием, образуя твёрдые растворы, аналогично металлам группы железа.

В своих соединениях платина проявляет почти все степени окисления от 0 до +8, из которых наиболее устойчивы +2 и +4. Для платины характерно образование многочисленных комплексных соединений, которых известно много сотен. Многие из них носят имена изучавших их химиков (соли Косса, Магнуса, Пейроне, Цейзе, Чугаева и т.д.). Большой вклад в изучение таких соединений внес русский химик Л.А. Чугаев (1873−1922), первый директор созданного в 1918 году Института по изучению платины.

Гексафторид платины PtF₆
является одним из сильнейших окислителей среди всех известных химических соединений. С помощью него, в частности, канадский химик Нейл Бартлетт в 1962 году получил первое настоящее химическое соединение ксенона XePtF₆
.

Платина, особенно в мелкодисперсном состоянии, является очень активным катализатором многих химических реакций, в том числе используемых в промышленных масштабах. Например, платина катализирует реакцию присоединения водорода к ароматическим соединениям даже при комнатной температуре и атмосферном давлении водорода. Еще в 1821 немецкий химик И.В. Дёберейнер обнаружил, что платиновая чернь способствует протеканию ряда химических реакций; при этом сама платина не претерпевала изменений. Так, платиновая чернь окисляла пары винного спирта до уксусной кислоты уже при обычной температуре. Через два года Дёберейнер открыл способность губчатой платины при комнатной температуре воспламенять водород. Если смесь водорода и кислорода (гремучий газ) ввести в соприкосновение с платиновой чернью или с губчатой платиной, то сначала идет сравнительно спокойная реакция горения. Но так как эта реакция сопровождается выделением большого количества теплоты, платиновая губка раскаляется, и гремучий газ взрывается. На основании своего открытия Дёберейнер сконструировал «водородное огниво» — прибор, широко применявшийся для получения огня до изобретения спичек.

Применение

Когда платину стали завозить в Европу, её цена была вдвое ниже серебра. Ювелиры очень быстро обнаружили, что платина хорошо сплавляется с золотом, а так как плотность платины выше чем у золота, то незначительные добавки золота позволили изготавливать подделки, которые невозможно было отличить от золотых изделий. Такого рода подделки получили столь широкое распространение, что испанский король приказал прекратить ввоз платины, а оставшиеся запасы утопить в море. Однако, после отмены этого закона в 1778 году, платина постепенно завоёвывала популярность в ювелирной промышленности. В настоящее время практически все металлы платиновой группы тем или иным образом применяются при изготовлении ювелирных украшений.

Металлы платиновой группы иногда используют для изготовления монет. Например в России с 1828 по 1845 выпускались платиновые монеты номиналом 3, 6 и 12 рублей.

Платина и другие металлы платиновой группы используются частными лицами и компаниями в качестве накоплений.

Фьючерсы и опционы на металлы платиновой группы используются спекулянтами.

С середины 1970-х годов главной сферой применения платины и палладия стала автомобильная промышленность .

В электротехнической промышленности из металлов платиновой группы 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 платиной, золота с серебром и платиной. Для слаботочной и средненагруженной аппаратуры связи широко применяют сплавы палладия с серебром (от 60 до 5 % палладия). Магнитные сплавы металлов платиновой группы с высокой коэрцитивной силой употребляют при изготовлении малогабаритных электроприборов. Сопротивления (потенциометры) для автоматических приборов и тензометров делают из сплавов металлов платиновой группы (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.

Металлы платиновой группы 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.

При изготовлении инструментов металлы платиновой группы позволяют получить уникальные свойства по прочности, корозостойкости и долговечности.

Металлы платиновой группы используются в чистом виде, как биметалл и в сплавах (см. Платиновые сплавы). Химические реакторы и их части делают целиком или только покрывают фольгой из металлов платиновой группы. 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 металлов платиновой группы 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.

Сплавы иридия с осмием, а также золота с платиной и палладием используют для изготовления компасных игл, напаек «вечных» перьев.

Высокие каталитические свойства некоторых металлов платиновой группы позволяют применять их в качестве катализаторов, например, платину применяют при производстве серной и азотной кислот.

В некоторых странах металлы платиновой группы используются в медицине, в том числе и в качестве небольших добавок к лекарственным препаратам.

Использование и применение платины

Платина — редкий и ценный металл, который благодаря своим уникальным свойствам широко используется в различных отраслях промышленности, автомобилестроения и ювелирных изделий. Некоторые из ключевых применений и применений платины включают:

1. Автомобильная промышленность: платина используется в качестве катализатора в автомобильных каталитических нейтрализаторах, которые являются важными компонентами современных автомобилей для снижения выбросов вредных загрязняющих веществ из выхлопных газов. Платина помогает преобразовывать токсичные газы, такие как окись углерода, углеводороды и оксиды азота, в менее вредные вещества, делая воздух чище и уменьшая его загрязнение.
2. Химическая промышленность: Платина используется в качестве катализатора в различных химических процессах, включая производство удобрений, фармацевтических препаратов и специальных химикатов. Высокая каталитическая активность, стабильность и коррозионная стойкость платины делают ее идеальной для многих химических реакций, позволяя производить широкий спектр важных продуктов.
3. Электрическая и электронная промышленность: Платина используется в различных электрических и электронных устройствах, включая электрические контакты, свечи зажигания и электроды. Высокая электропроводность и коррозионная стойкость платины делают ее подходящей для использования в сложных электрических и электронных средах.
4. Ювелирные изделия и предметы роскоши. Платина является популярным металлом для высококачественных ювелирных изделий и предметов роскоши из-за ее редкости, долговечности и привлекательного внешнего вида. Платина известна своим характерным серебристо-белым цветом, блеском и устойчивостью к потускнению, что делает ее предпочтительным выбором для ювелирных украшений, часов и других предметов роскоши.
5. Медицинская и стоматологическая промышленность: Платина используется в различных медицинских и стоматологических целях, включая хирургические инструменты, имплантаты и зубные коронки. Биосовместимость, инертность и коррозионная стойкость платины делают ее пригодной для использования в медицинских и стоматологических устройствах, контактирующих с человеческим телом.
6. Энергетическая промышленность: Платина используется в топливных элементах, которые представляют собой устройства, преобразующие водород и кислород в электричество и тепло посредством электрохимических реакций. Высокая каталитическая активность и стабильность платины делают ее важным компонентом топливных элементов, которые разрабатываются как чистая и эффективная альтернатива традиционным источникам энергии.
7. Стекольная и стекольная промышленность: платина используется в производстве стекла, особенно для специализированных стекол, из-за ее высокой температуры плавления и устойчивости к коррозии. Платина используется в качестве материала для электродов стеклянных печей и других компонентов, которые подвергаются воздействию высоких температур и агрессивных сред.
8. Инвестиционные и финансовые рынки: платина также используется в качестве инвестиционного металла и торгуется на финансовых рынках как драгоценный металл, аналогичный золото и Серебряный. Платина ценится за ее редкость, стабильность и преимущества диверсификации в инвестиционных портфелях.

Это лишь некоторые из многих применений платины. Благодаря своим уникальным свойствам платина находит широкое применение в различных отраслях промышленности, техники, медицины и роскоши, что делает ее очень ценным и востребованным металлом.

Промышленный спрос на платину – CME Group

Добыча . Методы добычи

Добыча платиновой руды ведётся открытым и подземным способами. Открытым способом разрабатывается большинство россыпных и часть коренных месторождении. При разработке россыпей широко используются драги и средства гидромеханизации. Подземный способ добычи является основным при разработке коренных месторождений; иногда он используется для отработки богатых погребённых россыпей.

В результате мокрого обогащения металлоносных песков и хромитовых платиновых руд получают шлих «сырой» платины — платиновый концентрат с 70-90% минералов платиновых металлов, а в остальном состоящий из хромитов, форстеритов, серпентинов и др. Такой платиновый концентрат отправляется на аффинаж. Обогащение комплексных сульфидных платиновых руд осуществляется флотацией с последующей многооперационной пирометаллургической, электрохимеской и химимической переработкой.

Рисунок 2. «Драга для промывки платиноносного песка»

Рисунок 3. «Рабочие у промывочного

Рисунок 4. «Старательницы с лотками» желоба»

Месторождения

Встречается самородная платина в хромитах, в серпентенитах, в дунитах, перидотитах, в пироксенитах, в габбро и в диабазах, кроме того, в россыпях. Добывают платину из руды при ее содержании в породе от 0,0005% и выше.

Месторождения самородной платины приурочены к Уральскому хребту (Нижнетагильское). Крупицы платины обнаружены в долине р. Таналык и в Губерлинских горах Оренбуржья. В Хабаровском крае расположено крупнейшее в мире россыпное месторождение платины (прииск Кондёр). Немалые запасы драгоценного металла в России находятся в Красноярском крае, около Норильска: Октябрьское, Талнахское и Норильск-1.

Наиболее крупные месторождения платины находятся в ЮАР (допалеозойские ультраосновные породы Бушвелдского комплекса), Канаде (Садбери), США (Уайоминг, Невада, Калифорния,) и Колумбии (Андагода, Кибдо, Кондото-Иро, Опогодо, Тамана). Месторождения есть на Аляске, в Новой Зеландии, Норвегии.

Геология и формирование платиновой руды

Геология и процессы образования платиновой руды сложны и обычно связаны с уникальными геологическими условиями и процессами минерализации. Вот некоторые ключевые моменты, которые можно включить в обсуждение геологии и формирования платиновой руды:

1. Геологические условия. Месторождения платиновой руды обычно связаны с ультраосновными породами с высоким содержанием магния и низким содержанием кремнезема. К этим породам относятся перидотитовый, пироксенит, и дуниты, и обычно встречаются в областях древней континентальной коры или в офиолитовых комплексах.
2. Тектонические процессы: Месторождения платиновой руды часто образуются в результате тектонических процессов, таких как субдукция и столкновение тектонических плит. Зоны субдукции, где одна тектоническая плита подталкивается под другую, могут создавать условия для образования богатых платиной магматических очагов и последующих рудных месторождений. Зоны столкновения, где сходятся две тектонические плиты, также могут привести к образованию месторождений платиновой руды в результате таких процессов, как плавление земной коры и внедрение магмы.
3. Магматические процессы: Месторождения платиновой руды в основном образуются в результате магматических процессов. Богатые платиной магмы образуются в мантии Земли и переносятся в земную кору в результате таких процессов, как подъем магмы, размещение и кристаллизация. В ходе этих процессов платина и связанные с ней минералы могут отделяться от магмы и накапливаться в определенных зонах, образуя месторождения платиновых руд.
4. Гидротермальные процессы. Гидротермальные процессы также могут способствовать формированию месторождений платиновой руды. Гидротермальные жидкости, которые представляют собой горячие, богатые минералами жидкости, циркулирующие в земной коре, могут взаимодействовать с существующими горными породами и минералами, что приводит к мобилизации и концентрации платины и связанных с ней минералов в определенных областях.
5. Вторичные процессы: Месторождения платиновой руды также могут образовываться в результате вторичных процессов, таких как выветривание, эрозия и осадконакопление. В некоторых случаях минералы платины могут транспортироваться реками, ручьями и другими природными процессами, а затем концентрироваться в россыпных месторождениях, где их можно экономически выгодно извлекать.

Понимание геологии и процессов образования платиновой руды имеет решающее значение для эффективной разведки и разработки платиновых ресурсов. Он включает в себя сочетание геологического картирования, геохимического анализа, геофизических исследований и других методов разведки для выявления и оценки потенциальных месторождений платиновой руды.

Платиносодержащие хромитовые пласты. Массивные хромититовые слои комплекса Бушвельд, Южная Африка. a Массивные хромититы LG6, LG6a и LG6b, обнаженные в карьере, работающем на участке Камерон, комплекс Восточный Бушвельд. Человек для масштаба ~1.85 м. b Более близкий вид массивного хромитита LG6a в том же карьере, что и выше (разрез Камерон, комплекс Восточный Бушвельд). Молоток для весов имеет длину около 50 см.Латыпов Р., Костин Г., Чистякова С. и другие Платиносодержащие хромитовые пласты обусловлены снижением давления при подъеме магмы. Nat Commun 9, 462 (2018). https://doi.org/10.1038/s41467-017-02773-w 

История открытия и добыча платины на урале

На Урале первые сведения о находке платины и осмистого иридия как спутников золота в россыпях Верх-Исетского округа (Верх-Нейвинская дача) появились в 1819 г. Несколько лет спустя, в 1822 г. ее обнаружили в дачах Невьянского и Билимбаевского заводов, а в 1823 г. в Миасских золотых россыпях. Собранные отсюда шлихи “белого металла» анализировались Варвинским, Любарским, Гельмом и Соколовым. Первая, собственно платиновая россыпь открыта в 1824 г. по р. Орулихе, левому притоку р. Баранчи к северу от Нижнго Тагила. В том же году открыты платиновые россыпи по притокам р. Ис и Тура. И, наконец, в 1825 г. уникальные по богатству платиновые россыпи были обнаружены по Сухому Висисму и другим рекам в 50 км к западу от Нижнего Тагила. На карте Урала появились целые платинодобывающие районы, наибольшую известность среди которых получили Качканарско-Исовской, Кытлымский и Павдинский. В это время ежегодная добыча платины из россыпей достигала 2-3 тонны.

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.

Физические свойства и фото платины

Блеск металлический. Твердость 5. Цвет серебряно-белый, стально-серый. Черта серебряно-белая, металлически блестящая. Удельный вес 21,45 г/см3. Спайность отсутствует. Мелкая вкрапленность в темноокрашенных (ультраосновных и основных) магматических породах и зернышки, чешуйки, крупные самородки в россыпях. В 1843 г. в россыпях на Урале был найден крупный самородок платины массой 9,44 кг.

Кристаллы исключительно редки. Сингония кубическая. Ковкая и тягучая. Из платины можно вытянуть проволоку диаметром до 0,015 мм и выковать листы толщиной 0,0025 мм.

Отличительные признаки. Самородная платина отличается постоянным металлическим блеском, средней твердостью, серебряно-белым, стально-серым цветом, серебряно-белой, металлически блестящей чертой. Платина отличается от серебра более тусклым блеском. В отличие от самородного серебра платина растворяется только в нагретой царской водке. Платина похожа на молибденовый, сурьмяный и свинцовый блеск. Отличие — первые два минерала мягкие, у свинцового блеска — совершенная спайность по граням куба.

Разновидность: Железистая платина (ферро-платина) —темного цвета, магнитная.

Платинометалльные россыпи

Пла­ти­но­ме­талль­ные рос­сы­пи, фор­ми­рую­щие­ся при раз­ру­ше­нии срав­ни­тель­но бед­ных, но зна­чи­тель­ных по раз­ме­рам ин­тру­зив­ных мас­си­вов ос­нов­но­го-ульт­ра­ос­нов­но­го со­ста­ва, име­ют для П. р. под­чи­нён­ное зна­че­ние (чуть бо­лее 1% ми­ро­вых за­па­сов). Пла­ти­но­вые ми­не­ра­лы в рос­сы­пях не­ред­ко на­хо­дят­ся в сра­ста­нии друг с дру­гом, а так­же с хро­ми­том, оли­ви­ном, сер­пен­ти­ном, кли­но­пи­рок­се­ном, маг­не­ти­том. Встре­ча­ют­ся в рос­сы­пях пла­ти­но­вые са­мо­род­ки. Го­до­вой объ­ём до­бы­чи на рос­сып­ных ме­сто­ро­ж­де­ни­ях, от­ра­бот­ка ко­то­рых ве­дёт­ся в Рос­сии (Ха­ба­ров­ский и Кам­чат­ский края, Сверд­лов­ская обл.), Ко­лум­бии и Эфио­пии, не пре­вы­ша­ет 3–5 т. Наи­бо­лее круп­ным объ­ек­том та­ко­го ти­па яв­ля­ет­ся рос­сып­ное Кон­дер­ское ме­сто­ро­ж­де­ние в Ха­ба­ров­ском крае.

По­ми­мо че­ты­рёх пе­ре­чис­лен­ных ти­пов ме­сто­ро­ж­де­ний, при­род­ные кон­цен­тра­ции МПГ свя­за­ны так­же с ко­рен­ны­ми же­ле­зо­руд­но-мед­ны­ми ва­на­дий-ти­тан­со­дер­жа­щи­ми (Вол­ков­ское, Пу­дож­гор­ское в Рос­сии), уран-ва­на­дие­вы­ми (Сред­няя Пад­ма в Рос­сии), эпи­тер­маль­ны­ми скар­но­вы­ми мо­либ­ден-мед­но-пор­фи­ро­вы­ми ме­сто­ро­ж­де­ния­ми (Бин­гем в США, Сор­ское в Рос­сии), ме­та­мор­фо­ген­ны­ми по­ли­ме­талль­ны­ми ме­сто­ро­ж­де­ния­ми в чер­но­слан­це­вых ком­плек­сах (Су­хой Лог в Рос­сии), по­ли­ме­талль­ны­ми ме­сто­ро­ж­де­ния­ми в уг­ле­ро­ди­стых ме­та­со­ма­ти­тах (Ни­кол­сон в Ка­на­де), пла­ти­но­нос­ны­ми ко­ра­ми вы­вет­ри­ва­ния (Кем­пир­сай­ское в Ка­зах­ста­не), а так­же с океа­нич. же­лезо­мар­ган­це­вы­ми кон­кре­ция­ми, мор. ила­ми, ба­заль­то­ид­ны­ми го­ри­зон­та­ми (Люб­лин­ское в Поль­ше), зо­ло­то-пла­ти­но­нос­ны­ми и пла­ти­но­ид­но-ура­но­во-зо­ло­то­руд­ны­ми ли­ти­фи­ци­ро­ван­ны­ми рос­сы­пя­ми, тех­но­ген­ны­ми ме­сто­ро­ж­де­ния­ми. Од­на­ко в ши­ро­кое пром. ос­вое­ние эти ти­пы руд не во­вле­ка­ют­ся, их до­ля в ми­ро­вых за­па­сах и до­бы­че МПГ ни­чтож­на.

Об­щие ми­ро­вые вы­яв­лен­ные ре­сур­сы П. р. (2012), оце­нён­ные по объ­ек­там 12 стран, со­ста­ви­ли 82,9 тыс. т МПГ, под­твер­ждён­ные за­па­сы – 22,7 тыс. т. По объ­ё­му соб­ст­вен­ной ми­не­раль­но-сырь­е­вой ба­зы МПГ (ре­сур­сы – 55,1 тыс. т или св. 66% ми­ро­вых) ли­ди­ру­ет ЮАР (св. 60 ме­сто­ро­ж­де­ний, пред­став­ляю­щих со­бой от­рез­ки про­дук­тив­ных на МПГ пла­стов Буш­велд­ско­го ин­тру­зив­но­го мас­си­ва, все они яв­ля­ют­ся круп­ны­ми по за­па­сам, сре­ди них ги­гант­ские ме­сто­ро­ж­де­ния с за­па­са­ми св. 1 тыс. т – Мо­га­лак­ве­на, Ма­ри­ка­на, Им­па­ла-Пла­ти­нум и Аман­дел­бюлт), за ко­то­рой с су­ще­ст­вен­ным от­ры­вом сле­ду­ют Рос­сия (15,3 тыс. т), Зим­баб­ве (9,2 тыс. т), США (1,07 тыс. т) и Ка­на­да (0,7 тыс. т). Зна­чит. ре­сур­са­ми МПГ (св. 100 т) рас­по­ла­га­ют так­же Ав­ст­ра­лия, Грен­лан­дия, Ки­тай и Фин­лян­дия.