Иван Степанович Алексеев Металлы драгоценные
жүктеу/скачать 5,03 Mb.
|
| Любезный, но не бескорыстный ювелир Жанетти, видимо, выкупил у изобретателя право на мышьяковый способ получения платины, который вошел в историю как способ Жанетти (иногда, правда, его называют «способ Гитона – Жанетти»), Само открытие было засекречено, но изделия из платины стали поступать в продажу и, главное, находить спрос.
В 1776 г. в магазинах Парижа появились первые изделия из платины: предприятиям предлагались технические сосуды и змеевики для очистки крепких кислот, сахара, металлов; всем парижанам (и гостям столицы) – отличные ювелирные изделия: кольца, серьги, ожерелья. Реклама обещала большие выгоды покупателям товаров из нового благородного металла. Посетителям демонстрировали одинаковые бриллианты в разной оправе, и каждый мог убедиться, что привычная золотая придает бриллиантам желтоватый оттенок, тогда как платиновая подчеркивает, усиливает собственную окраску камней. Бриллианты в платине выглядели более крупными еще и потому, что она очень прочна и даже тонкое обрамление обеспечивает надежность крепления. Платина дождалась своего часа. Можно сказать, что с этого момента кончился унизительный для нее период: как в известной сказке, гадкий утенок превратился в красивейшую птицу. Популярность платины неуклонно росла, она стала входить в моду. Постепенно именно она, а не золото начинает олицетворять богатство и принадлежность к высшим слоям общества, потому что желтый металл есть у многих, а платина загадочна и труднодоступна, даже способ ее получения держится в секрете. Испания – главный обладатель и уничтожитель платины-узнает об этих метаморфозах и начинает понимать, что, похоже, все эти годы занималась глупостью небывалого масштаба. Признать такое трудно, нужна постепенность. В конце 1778 г. последовало распоряжение: утопление платины прекратить, собирать ее и ждать дальнейших распоряжений. Надо думать, выжидающая Испания выглядела очень убедительно. Во Франции между тем продолжалось победоносное шествие платины. Когда в 1794 г, там было принято постановление о новых мерах длины и веса, то для изготовления эталонов метра и килограмма была выбрана платина, как самый надежный и химически самый стойкий металл из известных в то время. Заказ был выполнен уже знакомым нам г-ном Жанетти в сентябре 1795 г. Для обеспечения единства измерений были изготовлены дубликаты эталонов для больших городов Франции, а затем и для целого ряда стран. Увеличивался спрос и на другие изделия из платины. Фирма Жанетти процветала. По законам конкуренции успехи французской платиновой фирмы дали старт соответствующим научным работам в других странах, и прежде всего в Англии. Королевское общество (аналог академий естественных наук в других странах) объявило, что будет бесплатно обеспечивать платиновой рудой ученых, готовых заниматься ее исследованиями. До сих пор многие задают себе вопрос: откуда Королевское общество брало платину? Наибольшего успеха добились разносторонний ученый (врач, физик, химик, ботаник и т. д.) Уильям Волластон и химик Смитсон Теннант. Г-н Волластон весьма быстро открыл свой способ получения платины – открыл и тут же надолго закрыл: этот великий конспиратор почти до самой смерти, последовавшей в 1828 г., хранил в тайне детали своей технологии. Немало сделал он и для минералогического изучения платиновых руд, которые быстро приобрели большую ценность. Собрав коллекцию из россыпей Колумбии и Бразилии, Волластон систематизировал зерна по их форме, строению, окраске, блеску, излому, твердости, хрупкости, тяжести, магнитности и определил химический состав всех разновидностей. Это был поистине титанический труд, если учесть, что каждый химический анализ на платиновые металлы продолжался тогда примерно месяц, а таких анализов было выполнено множество. Ученый установил, что в составе природной, или, как ее обычно называли, самородной платины подлинно самородный, т. е. почти химически чистый, металл – большая редкость. Только в некоторых золотых россыпях Бразилии попадались зерна и даже мелкие самородки, характеризующиеся серебристо-белым цветом, ярким, нетускнеющим блеском, неровным изломом, а иногда и радиально-лучистым строением. Что касается получения платины из руды, то г-н Волластон продемонстрировал свои достижения самым убедительным – материальным образом. Уже в 1800 г. он представил Королевскому обществу платиновые изделия, произведенные в Лондоне, а не в Париже. И в том же году изготовленные им платиновые тигли, кольца, реторты появились в продаже. Проверки подтвердили высокое качество изделий Волластона. Спрос на них стал быстро расти. К тому же Волластон нашел для платины еще одно важное применение; он разработал и изготовил специальные втулки для ружей, которые хорошо выдерживали воздействие разрушающих горячих газов при выстрелах и тем продлевали жизнь оружия. Зная любовь англичан и многих других людей ко всему, что стреляет, и количество оружия в армии и у населения, можно себе представить объем заказов на платиновые втулки. К Волластону пришли слава и большие деньги. Он проявил не только научный, но и коммерческий дар, сумев немало заработать на платине. И все же богатство не подавило в нем истинного исследователя: он продолжал свои изыскания и вскоре открыл еще один металл – палладий, которому отведено отдельное место в книге, а значит, к славному английскому ученому мы еще вернемся. Разговор же о платине продолжается, и следующая страна, без которой история и сегодняшний день этого металла немыслимы, – Россия. Но перед этим вниманию читателей предлагается небольшой любопытный материал. Было и такое… А ТАК ХОТЕЛОСЬ ПЛАТИНЫ Весна 1914 г. В столице Австро-Венгрии произошла не очень громкая, но достаточно поучительная и в чем-то забавная полицейская история. Некие подозрительные люди попытались обмануть одного венского гражданина. Правда, тот сам был не промах, не очень дружил с законом и довольно быстро согласился по дешевке купить предложенную платину, не спрашивая, откуда металл и отчего так недорого. Словам, судьба пошла обеим, сторонам навстречу: мошенники нашли друг друга. Вот как описывает финальную часть сделки журнала «Русский ювелир» (Вестникъ ювелирного золотого и серебряного производствъ) в заметке «Платиновые опилки» в мартовском номере за 1914 год: «В Вене полиция установит надзор за двумя приезжими иностранцами, так как было замечено, что они долго вели какие-то переговоры с одним известным полиции старьевщикам, неоднократно уже судившимся за скупку краденых вещей. Оказалось, что они предлагали этому старьевщику купить дешево большое количество платиновых отток. По исследовании последних оказалось, что это опилки не платины, а свинца, олова и висмута». История русской платины Еще при разработке золотых россыпей на Урале в 1819 г, русские горнозаводские специалисты обратили внимание на то, что среди золотых песчинок попадаются частички другого металла, отличающиеся от золота не только блестящим белым цветом, но и плотностью. В дальнейшем такие же необычные зерна явно не золотого происхождения стали находить в россыпях Невьянеких и Билимбаевских приисков В отличие от испанцев, россияне не стали морочить себе и другим голову рассуждениями о плохом или вредном металле: слава Богу, на дворе стоял уже XIX в. – о платине знали немало и относились к ней хорошо. Так что наши соотечественники просто подвергли «белый металл» тщательному анализу и установили, что он представляет собой различные минералогические сочетания платины и ее спутников – палладия, осмия, иридия. Вскоре в 1824 г. было открыто месторождение россыпной платины на р. Уралихе и заложен первый в России платиновый прииск. В том же и следующем годах открыли несколько подобных россыпей в других районах Урала. Русские платиновые прииски оказались самыми богатыми в мире. И как выяснилось позднее, русская платина практически ничем не отличалась от южноамериканской. В 1825 г. началась промышленная добыча платины в районе Нижнетагильских заводов Демидова. Демидовский первенец, находившийся на западном склоне Урала, на речке Сухой Висим, вступил в строй в июле того же года и стал первым платиновым прииском в Европе. Есть любопытные сведения о том, что в конце 1825 г. крепостной Н.Н. Демидова Филипп Попов изготовил два платиновых кольца из руды, обнаруженной вблизи Нижнего Тагила. Кольца были отправлены в столицу с пояснением, что Попов «сам дошел до этого». Демидов, отметив, что «служитель Попов изобрел способ плавить платину, вещь столь мудреную, что даже в просвещенных краях Европы, как-то Франции и Англии, есть мало людей, кои сей секрет знают», приказал выдать изобретателю 500 рублей. Нижнетагильский управитель приказ изменил, выдав только 200, пообещав остальное, «…когда им, Поповым, доведена будет сплавленная платина, без применения других металлов, до ковкости». Русский самоучка так и не получил удержанную часть своей премии, хотя и предпринял попытки раскрыть секрет трудного металла. Не поддавалась платина и людям образованным, имевшим специальную подготовку. Официально считается, что горный инженер А. Архипов вместе с мастерами Кушвинского завода изготовил в 1825 г. первые изделия из русской платины: кольцо, чайную ложку, чернильницу, цепочки, мелкие изделия. И ему же удалось блестяще раскрыть и применить способ обработки платины Гитона – Жанетти. Но все это было повторением пройденного, а требовалось в корне иное. Наряду с другими задачами эту проблему и стала решать созданная в России Соединенная лаборатория Департамента горных дел и Горного кадетского корпуса. Начальник лаборатории П.Г. Соболевский и его помощники после многих опытов пришли к выводу, что при всех недостатках способ Жанетти, с успехом повторенный г-ном Архиповым, является лучшим, а так как и он плох, то получение металлической платины из ее сплава перспектив не сулит. Дело в том, что входящие в сплав металлы действительно улетучиваются при прокаливании, но остается порошок – губчатая платина, не обладающая ни малейшей ковкостью. Расплавить же губчатую платину не удавалось никому. Но, как оказалось, это было и не обязательно. Работая с губчатой платиной, Соболевский обратил внимание на то, что, говоря простым языком, при сильном сдавливании зерна платинового порошка слипаются, как кусочки глины, и приобретают некоторую ковкость даже при умеренном их нагревании, т. е. не нужны были сверхвысокие температуры, с которыми мучились многие зарубежные исследователи. В принципе его способ был значительным открытием, которое впоследствии получило название порошковой металлургии. И хронологически, и по достигнутым результатам приоритет П.Г Соболевского был признан на международном уровне, и он по праву считается основоположником метода. На основе открытия Соболевского на Монетном дворе был организован цех по переработке платиновой руды. Добыча ее на Урале возрастала высокими темпами и составила 220 кг в 1826 г., 400 – в 1827 г. и 1500 кг – в 1828 г. С переработкой руды вполне справлялись, и на Монетном дворе начали накапливаться излишки металла: при всей симпатии к нему спрос внутри страны и за рубежом был все еще невысок и отставал от предложения. Часть платины не находила сбыта, и ее даже начали использовать там, где можно было обойтись менее ценными материалами; например, из медно-платинового сплава стали делать посуду для столовой Горного корпуса. Найденный выход представляется весьма разумным: драгоценный металл стал валютным. 24 апреля 1828 г. был обнародован указ о чеканке ограниченного количества платиновых монет из казенного металла и приемке их в платежи на добровольных началах. За подделку новых денег грозило наказание, как и за подделку всех других. К тому времени уже утвердилось представление о том, что платина – металл драгоценный, надежный. Так что дебют белых червонцев прошел успешно (кстати, червонец в то время был не обязательно десятирублевым и платиновая монета была трехрублевой) – народ резонно рассудил, что лучше платина, чем медяки и ассигнации. Сыграл свою роль и рекламный ход русского императора: в праздничные дни он стал делать подарки приближенным именно белыми червонцами. Еще в большей мере престиж платины повысило то, что из нее стали изготовлять ордена, медали, памятные жетоны – крупная их коллекция хранится в Эрмитаже. Среди экспонатов музея можно увидеть и ту первую платиновую монету. Выглядит она довольно скромно, по размеру примерно соответствует нынешнему рублю, но значительно тяжелее, как и положено платине (хотя в монете кроме нее присутствуют и другие металлы ее группы плюс медь и железо). В конце 1829 г. начали выпускать и более дорогие платиновые монеты – шестирублевки и двенадцатирублевки. Их называли соответственно «белый полуимпериал» и «белый империал», хотя по стоимости они не совсем соответствовали золотым монетам с таким названием. Новые монеты завезли на Урал. Таким образом платина стала металлом денежным. Одновременно казна объявила, что покупает «сырую» платину у всех, без ограничений, Уральскому начальству было приказано всемерно форсировать поиски и добычу «белого золота». Так, золотая лихорадка, охватившая Урал после открытия россыпей, превратилась в золотоплатиновую. В то время золотые россыпи уже были выявлены в разных зонах Урала, их протяженность составила более 2000 км. Все пробы изучались на наличие не только золота, но и платины. Белый металл обнаружили во многих районах, но лишь на Среднем Урале были найдены самые значительные, пригодные для разработки концентрации платины – вместе с золотом и без него. 1829 г. был отмечен еще одним важным событием. Инженер М. Энгельгард в «Горном журнале» объявил об открытии платины в коренном залегании. Недалеко от Баранчинского завода, у р. Лай, он заметил «в свежих кусках порфира» несколько платиновых зерен и множество пустот, «из коих указанные зерна выпали, дав начало россыпи». Спустя несколько лет о коренных месторождениях платины сообщали и с Нижнетагильских приисков Демидова. Но все «сигналы» того периода остались без должного внимания, и важный вопрос получения платины из руд других металлов перешел в следующее столетие. Портрет платины в деталях XX в. изменил и уточнил многое. Для раскрытия тайн природы, познания свойств металлов большое значение имели усовершенствования традиционных способов химического и физического анализа и создание множества новых. Спектральный, спектрохимический и особенно микрорентгеноспектральный анализы позволили определять химический состав мельчайших (доли кубического микрометра) зерен минералов непосредственно в руде. Применение микрорентгеноспектрального анализа привело за последние два десятилетия к открытию примерно вдвое большего числа минералов, чем за всю предшествующую 150-летнюю историю их изучения. Если к 1950 г. было известно 30 минералов, содержащих МПГ, то теперь их насчитывают свыше 90. Число известных минералов, в которых платина является главным компонентом, за этот период удвоилось – с 11 до 22, а рекорд принадлежит палладию: до 1951 г. было известно всего 6 его минералов, теперь их 30. Почти все открытые за последний период минералы представляют собой соединения платиновых металлов с мышьяком, висмутом, теллуром, сурьмой, свинцом, оловом. При сложном составе, характерном для новых минералов, сохранить традицию – давать им названия по главным элементам – оказалось затруднительно, и распространение получили имена, имеющие географическую или мемориальную основу. Например, мончеит (Pt, Pd), (Те, Bi)2 назван по месту находки в Мончетундре, а звягинцевит (Pd, Pt)3 – (Pb, Sn), высоцкит (Pd, Ni)5S, котульскит Pd(Te, Bi)1-2 – в честь исследователей O.E. Звягинцева. H.K. Высоцкого и B.C. Котульского. Наука XX в. существенно дополнила знания людей о свойствах платины и ее соединений. Сама платина – серовато-белый блестящий металл, тяжелый и тугоплавкий, что было ясно практически сразу, как только люди его нашли и попытались использовать. Позднее выяснилось, что она обладает высокой электропроводностью. Атомная масса 195,23. В чистом виде она мягка и поэтому непригодна для непосредственного использования. Для увеличения твердости и прочности ее нередко сплавляют с родием или иридием. Сера и фосфор, присутствующие в небольшом количестве в платине, неблагоприятно действуют на ее обрабатываемость. Фосфор в количестве 0,001 % делает платину горячеломкой. Коэффициент линейного расширения платины близок к этому показателю стекла, поэтому ее удобно впаивать в стеклянные приборы. Мягкая платина обладает крепостью 20 кгс/мм2 и удлинением 45 %; при холодной деформации удлинение с 50 % уменьшается до 3 %, а крепость возрастает до 37 кгс/мм2. Она раскатывается в фольгу толщиной до 0,0025 мм, в проволоку-до диаметра 0,015 мм. Из тонкой платиновой проволоки ткут сетку на металлоткацком станке. При толщине проволоки 0,1 мм и наличии 500 отверстий на 1 см2 масса 1 см2 сетки равна около 1,6 п Можно изготовлять и более тонкую проволоку, покрывая ее серебром, которое после деформации удаляют протравливанием в азотной кислоте. Прокатку платины в пластины и протяжку проволоки производят в холодном состоянии. Сопротивление вытянутой на 95 % платины и упругость прокатанных пластин восстанавливаются при температуре 150–400 °C. Твердость платины снижается при 800 °C. Число перегибов платиновой проволоки увеличивается в диапазоне температур от 400 до 700 °C. В горячем состоянии платина сваривается; этим часто пользуются при ремонте платиновых изделий (накладывают заплату и затем наносят легкий удар). Припаивают платину припоями – сплавами платины с золотом. Чем меньше золота в припое, тем выше температура плавления и тем труднее пайка. В отдельных случаях пайку заменяют свариванием. Плавят платину в печах с газовым нагревом и в электрических печах высокой частоты. Для плавки в печах с газовым нагревом губчатую платину спрессовывают в брикеты либо в самой печи, либо под специальным стальным прессом. Плавка производится в пламени гремучего газа или светильного газа и кислорода при помощи специальных горелок. Для плавки в электрических печах высокой частоты губчатую платину также прессуют в брикеты. Плавку производят в тиглях током высокой частоты (до 20 ООО пер/с) в течение 15–20 мин при температуре 2000 °C. Тигли должны быть известковые или магнезитовые. Шамотовые и графитовые тигли непригодны, так как в первых образуется хрупкий силицид платины, а во вторых происходит ее науглероживание. Для получения изделий высокого качества без примесей кальция или магния плавку платины заменяют прессовкой под высоким давлением (металлокерамический способ). При разливке платины в слитки применяют изложницы из известкового туфа, стали или чистого графита. Слиток платины при остывании дает усадку, и на его верхней поверхности образуется впадина. При наличии пузырей внутри слитка поверхность его будет выпуклой. Слитки нагревают до 1200–1300 °C и проковывают под молотом, Платина тверже меди, серебра и золота, причем твердость ее возрастает с увеличением количества примесей. Платина хорошо проводит тепло и хорошо излучает его. Коэффициент теплопроводности в температурном диапазоне от 10 до 97 °C составляет 71,2 Вт/(мК). Удельное количество теплоты в платине при температуре плавления в твердом состоянии – 314,8 Дж/г, в жидком состоянии-51,9 Дж/г. Плотность платины изменяется в зависимости от условий обработки. Так, например, плотность литой платины составляет 21,5 г/см3, прокаленной платиновой проволоки – 21,43, а механически обработанной платины – 21,39 г/см3. Удлинение чистой платины по мере повышения температуры резко возрастает до максимума, затем постепенно уменьшается. Чрезвычайно пассивная к химическим реагентам платина в химически связанном состоянии дает большое количество соединений – водородистые, кислородные, галоидные, синеродистые. К галоидным соединениям относится фтористая, хлористая, хлорная, бромная, бромистая, йодная и йодистая платина. Фтористая платина образуется при действии фтора на платину при температуре около 300 °С. Хлористую платину получают при нормальном давлении и температуре ниже 370 °С двумя способами: при выпаривании досуха водного раствора платинохлористо-водородной кислоты с последующим измельчением и нагреванием оставшейся массы в фарфоровой чашке при температуре 220–230 °C до полного удаления хлора; путем пропускания сухого хлора через губчатую платину, находящуюся в нагретой на масляной бане до 240–250 °С стеклянной трубке. Хлористая платина представляет собой коричневый или серо-зеленый порошок, нерастворимый в воде и растворимый в горячей соляной кислоте с образованием платинистохлористо-водородной кислоты. Из раствора хлористая платина легко выкристаллизовывается в виде игл. При нагревании теряет часть кристаллизационной воды. Хлорную платину получают нагреванием платинохлористо-водородной кислоты или ее кристаллов в струе хлора до температуры 360 °C либо растворением платины в «царской водке». Хлорная платина представляет собой красно-бурые гигроскопические кристаллы, растворимые в воде, спирте (1 г препарата должен полностью растворяться в 10 г абсолютного спирта) и ацетоне. При температурах до 370 °C и нормальном давлении хлорная платина устойчива. При нагревании выше 370 °C она теряет хлор и переходит в трехвалентную платину PtCl3, выше 435 °C – в хлористую. При 582 °C хлористая платина полностью разлагается с образованием металлической платины. Бромная платина получается при длительном действии брома на платину при температуре ниже 180 °C. По внешнему виду это черно-бурый порошок с содержанием 40 % Рт. Бромистая платина образуется в результате распада бромной платины при температуре выше 180 ºС. Внешний вид ее красно-бурая аморфная масса с содержанием 55 % платины. Йодная платина – черный аморфный порошок с содержанием 30 % платины, получаемый при нагревании платины в парах иода. Йодистая платина содержит 45 % платины. Получается в результате реакции между двухлористой платиной и йодистым калием. Раствор при этом окрашивается в характерный красный цвет. Хлористая, бромистая, хлорная, бромная и йодная платина, растворяясь в избытке соляной или бромной кислоты, образует различные кислоты: платинохлористо-водородную, платинистохлористо-водородную, платинобромисто-водородную, платинистобромисто-водородную, платиноиодисто-водородную. Платина – исключительно стойкий по отношению к кислотам и другим соединениям металл. Она химически не окисляется при нагревании до самых высоких температур. Платина активирует многие реакции, оставаясь неизменной. Растворяется в «царской водке» и других смесях, выделяющих хлор. В воде и спирте не растворяется. В «царской водке» платина растворяется труднее золота, так что разведенная «царская водка» при умеренных температурах может растворить золото, которое было сплавлено с платиной, не растворив Pt. На платину действуют расплавленные щелочи, фосфор, цианиды, сульфиды и галоиды; не действуют соляная, серная и азотная кислоты. Сплавленная с серебром, свинцом и некоторыми другими металлами, платина растворяется в азотной кислоте, особенно в присутствии золота. Насчитывается около 40 сплавов платины – платина-алюминий, платина-титан, платина-висмут, платина-углерод, платина-сурьма и т. д. Запасы платины и самородки Запасы платины, как и всех металлов ее группы, на нашей планете невелики. Ее содержание в земной коре составляет 0,0000005 %. В последнее время в мире ежегодно добывается около 150–170 т платины по сравнению с примерно 2500 т золота. Весь объем когда-либо добытой платины может поместиться в небольшой куб высотой 6 м. Платина – единственный металл в своей группе, который в промышленных количествах добывается из россыпей. Остальные МПГ добываются в основном из коренных руд собственно платиноидных месторождений. Платиновые руды, которые также являются источником получения платины и платиновых металлов, в природе распространены мало. Некоторая часть платиноидов извлекается попутно из комплексных руд медно-никелевых месторождений и совсем незначительная – из комплексных руд медно-лорфировых, медно-колчеданных, медно-ванадий-титаномагнетитовых и хромитовых месторождений, В природе платина встречается в самородном состоянии, в виде зерен и чешуек различной величины. Самородная платина представляет собой минералы, в состав которых кроме платины входят железо, иридий, родий, палладий, медь, никель и поликсен. Последний не имеет постоянного состава и является источником добычи многих металлов. жүктеу/скачать 5,03 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|