Благородные металлы

Благородные металлы, золото, серебро, платина и металлы платиновой группы (иридий, осмий, палладий, родий, рутений), получившие своё название главным образом благодаря высокой химической стойкости и красивому внешнему виду в изделиях. Кроме того, золото, серебро и платина обладают высокой пластичностью, а металлы платиновой группы - тугоплавкостью. Эти достоинства отдельных Б. м. сочетаются в их сплавах, широко применяемых в технике. Золото и серебро известны человечеству несколько тысячелетий; об этом свидетельствуют изделия, найденные в древних захоронениях, и примитивные горные выработки, сохранившиеся до наших дней. Основными центрами добычи Б. м. в древности были Верхний Египет, Нубия, Испания, Колхида (Кавказ); имеются сведения о добыче Б. м. на Американском континенте (Центральная и Южная Америка) и в Азии (Индия, Алтай, Казахстан, Китай). На территории России золото добывали уже во 2-3-м тыс. до н. э. (т. н. чудские работы). Из россыпей Б. м. извлекали промывкой песков на щитах, поверх которых укладывали шкуры животных с подстриженной шерстью (для улавливания крупинок золота), а также при помощи примитивных желобов, лотков и ковшей. Б. м. из руд добывали нагреванием породы до растрескивания с последующими дроблением глыб в каменных ступах, и стиранием жерновами и промывкой. Разделение по крупности проводили на ситах. Из техники того времени интересны способ разделения сплавов золота и серебра кислотами, выделение золота и серебра из свинцового сплава купеляцией (Древний Египет), извлечение золота амальгамированием ртутью или с помощью жировой поверхности (Древняя Греция). Купеляцию осуществляли в глиняных тиглях, куда добавляли свинец, соль, олово и отруби.

В 11-6 вв. до н. э. золото добывали в Испании в долинах рек Тахо, Дуэро, Миньо и Гуадьяро. В 6-4 вв. до н. э. начались разработки коренных и россыпных месторождений золота в Трансильвании и Западных Карпатах. В средние века (вплоть до 18 в.) добывали преимущественно серебро, добыча золота снизилась. С 16 в. испанцы начинают разработку Б. м. на территории Южной Америки: с 1532 - в Перу и Чили, а с 1537 - в Н. Гранаде (современная Колумбия). В Боливии в 1545 началась разработка "серебряной горы" Потоси. В 1577 были обнаружены золотоносные россыпи в Бразилии. К середине 16 в. в Америке добывали золота и серебра в 5 раз больше чем, в Европе до открытия Нового Света.

В 1- й половине 16 в. испанские колонизаторы обратили внимание на неплавкий тяжелый белый металл, встречающийся попутно с золотом в россыпях Новой Гранады. По внешнему сходству с серебром (исп. plata) они дали ему уменьшительное название "платина" (platina). Платина была известна ещё в древности, самородки этого металла находили вместе с золотом и называли их "белым золотом" (Египет, Испания, Абиссиния), "лягушачьим золотом" (остров Борнео) и т.д. Первоначально испанцы считали её вредной примесью, поэтому был издан правительственный декрет, предписывающий выбрасывать платину в море. Первое научное описание платины сделал Уотсон в 1741 в связи с началом её добычи в промышленных масштабах в Колумбии (1735).

В 1803 английский учёный У. Х. Волластон открыл палладий и родий, а в 1804 английский учёный С. Теннант открыл иридий и осмий. В 1808 русский учёный А. Снядицкий, исследуя платиновую руду, привезенную из Южной Америки, извлек новый химический элемент, названный им вестием. В 1844 профессор Казанского университета К. К. Клаус всесторонне изучил этот элемент и назвал его в честь России рутением. Металлы платиновой группы встречаются в природе чаще всего в полиметаллических (медно-никелевых) рудах, а также в месторождениях золота и платины.
Добыча Б. м. в России началась в 17в. в Забайкалье с разработки серебряных руд, которая велась подземным способом. Первое письменное упоминание о добыче золота из россыпей Урала относится к 1669 (летопись Долматовского монастыря). Одно из первых месторождений золота в России было открыто в Карелии в 1737; его разработка относится к 1745. Началом золотого промысла на Урале принято считать 1745, когда Е. Марков открыл Берёзовское рудное месторождение. В 1819 в россыпных месторождениях золота на Урале был обнаружен "новый сибирский металл" (платина). В 1824 на восточном склоне Уральских гор найдена богатая россыпь платины с золотом и заложен первый в России и Европе платиновый прииск. Позднее К. П. Голляховским и др. открыта Исовская система золото-платиновых россыпей, получившая мировую известность. В 1828 русский учёный В. В. Любарский опубликовал работы о первом в мире коренном месторождении платины, обнаруженном у Главного Уральского хребта. 95% платины до 1915 в основном добывали из россыпей, остальное количество получали при электролитическом рафинировании меди и золота.
Для извлечения Б. м. из россыпных месторождений в 19 в. создаются многочисленные конструкции золотоизвлекательных машин (например, бутара, вашгерд). С 1-й половины 19 в. на уральских приисках широко применялась буторная разработка. В 30-х гг. 19 в. на приисках воду для размыва пород россыпей подавали под напором. Дальнейшее совершенствование этого способа привело к созданию водобоев - прототипов гидромонитора. В 1867 А. П. Чаусов около озера Байкал впервые осуществил гидравлическую разработку россыпи; позднее (1888) этот способ был применен Е. А. Черкасовым в долине р. Чебалсук в Абаканской тайге. В начале 19 в. для добычи золота и платины из обводнённых россыпей применили землечерпалки, а в 1870 в Новой Зеландии для этой цели - драгу.
Начиная со 2-й половины 19 в. глубокие россыпи в России разрабатываются подземным способом, а в 90-х гг. 19 в. внедряются экскаваторы и скреперы.
В 1767 Ф. Бакунин в России впервые применил плавку серебряных руд с использованием шлаков в качестве флюсов. В работах шведского химика К. В. Шееле (1772) содержалось указание на переход золота в раствор при действии цианистых соединений. В 1843 русский учёный П. Р. Багратион опубликовал труд о растворении золота и серебра в водных растворах цианистых солей в присутствии кислорода и окислителей, заложив основы гидрометаллургии золота (см. Гидрометаллургия).
Очистка и обработка платины затруднялась высокой температурой её плавления (1773,5?С). В 1-й половине 19 в. А. А. Мусин-Пушкин получил ковкую платину прокаливанием её амальгамы. В 1827 русские учёные П. Г. Соболевский и В. В. Любарский предложили новый способ очистки сырой платины, положивший начало порошковой металлургии. В течение года этим способом было очищено впервые в мире около 800 кг платины, т. е. осуществлена переработка платины в больших масштабах. В 1859 французские учёные А. Э. Сент-Клер Девиль и А. Дебре впервые выплавили платину в печи в кислородно-водородном пламени. Первые работы по электролизу золота относятся к 1863, в производство этот метод введён в 80-х гг. 19 в.
Кроме амальгамации, в 1886 впервые в России было осуществлено извлечение золота из руд хлорированием (Кочкарьский рудник на Урале). В 1896 на том же руднике пущен первый в России завод по извлечению золота цианированием [первый такой завод построен в Йоханнесбурге (Южная Африка) в 1890]. Вскоре цианистый процесс применили для извлечения серебра из руд.
В 1887-88 в Англии Дж. С. Мак-Артур и братья Р. и У. Форрест получили патенты на способы извлечения золота из руд обработкой их разбавленными щелочными цианистыми растворами и осаждения золота из этих растворов цинковой стружкой. В 1893 проведено осаждение золота электролизом, в 1894 - цинковой пылью. В СССР золото добывают в основном из россыпей; за рубежом около 90% золота - из рудных месторождений.
По эффективности добычи Б. м. из россыпей лучшим является дражный способ (см. Дражная разработка), менее экономичны скреперно-бульдозерный и гидравлический. Подземная разработка россыпей почти в 1,5 раза дороже дражного способа; в СССР её применяют на глубоких россыпях в долинах рр. Лены и Колымы. Серебро добывают главным образом из рудных месторождений. Оно встречается в основном в свинцово-цинковых месторождениях, дающих ежегодно около 50% всего добываемого серебра; из медных руд получают 15%, из золотых 10% серебра; около 25% добычи серебра приходится на серебряные жильные месторождения. Значительную часть платиновых металлов извлекают из медно-никелевых руд. Платину и металлы её группы выплавляют вместе с медью и никелем, и при очистке последних электролизом они остаются в шламе.
Для извлечения Б. м. широко пользуются методами гидрометаллургии, часто комбинируемыми с обогащением. Гравитационное обогащение Б. м. позволяет выделять крупные частицы металла. Его дополняют цианирование и амальгамация, первое теоретическое обоснование которой дано советским учёным И. Н. Плаксиным в 1927. Для цианирования наиболее благоприятно хлористое серебро; сульфидные серебряные руды часто цианируют после предварительного хлорирующего обжига. Золото и серебро из цианистых растворов осаждают обычно металлическим цинком, реже углём и смолами (ионитами). Извлекают золото и серебро из руд селективной флотацией. Около 80% серебра получают главным образом пирометаллургией,остальное количество - амальгамацией и цианированием.
Б. м. высокой чистоты получают аффинажем. Потери золота при этом (включая плавку) не превышают 0,06%, содержание золота в аффинированном металле обычно не ниже 999,9 пробы;потери платиновых металлов не свыше 0,1%. Ведутся работы по интенсификации цианистого процесса (цианирование под давлением или при продувке кислорода), изыскиваются нетоксичные растворители для извлечения Б. м., разрабатываются комбинированные методы (например, флотационно-гидрометаллургический), применяются органические реагенты и др. Осаждение Б. м. из цианистых растворов и пульп эффективно осуществляется с помощью ионообменных смол. Успешно извлекаются Б. м. из месторождений при помощи бактерий (см. Бактериальное выщелачивание).
Сохраняя функции валютных металлов, главным образом золото (см. Деньги), Б. м. в то же время получили широкое применение в технике.
В электротехнической промышленности из Б. м. 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 серебром, 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). Представляют интерес металлокерамические контакты, изготовляемые на основе серебра как токопроводящего компонента. Магнитные сплавы Б. м. с высокой коэрцитивной силой употребляют при изготовлении малогабаритных электроприборов. Сопротивления (потенциометры) для автоматических приборов и тензометров делают из сплавов Б. м. (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.
В химическом машиностроении и лабораторной технике из Б. м. изготовляют различные коррозионностойкие аппараты, электрические нагреватели, высокотемпературные печи, аппаратуру для производства оптического стекла и стекловолокна, термопары, эталоны сопротивления и др. При этом Б. м. используются в чистом виде, как биметалл и в сплавах (см. Платиновые сплавы). Химические реакторы и их части делают целиком из Б. м. или только покрывают фольгой из Б. м. 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 Б. м. 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.
В медицине Б.м. применяют для изготовления инструментов, деталей, приборов, протезов, а также различных препаратов, главным образом на основе серебра. Сплавы платины с иридием, палладием и золотом почти незаменимы при изготовлении игл для шприцев. Из медицинских препаратов, содержащих Б. м., наиболее распространены ляпис, протаргол и др. Б. м. применяют при лучевой терапии (иглы из радиоактивного золота для разрушения злокачественных опухолей), а также в препаратах, повышающих защитные свойства организма.
В электронной технике из золота, легированного германием, индием, геллием, кремнием, оловом, селеном, делают контакты в полупроводниковых диодах и транзисторах.
В фото-кинопромышленности Б.м. применяют в виде солей при изготовлении светочувствительных материалов (главным образом серебро в виде бромистой соли, являющейся важнейшей частью светочувствительной эмульсии), реже - соли золота и платины при вирировании изображения (см. Окрашивание фотографических изображений).
В ювелирном деле и декоративно-прикладном искусстве применяют сплавы Б. м. (см. Ювелирные сплавы).
В качестве покрытий других металлов Б. м. предохраняют основные металлы от коррозии или придают поверхности этих металлов свойства, присущие Б. м. (например, отражательная способность, цвет, блеск и т.д.). Золото эффективно отражает тепло и свет от поверхности ракет и космических кораблей. Для отражения инфракрасной радиации в космосе достаточно тончайшего слоя золота в ¹/₆₀ мкм. Для защиты от внешних воздействий, а также для улучшения наблюдения за спутниками на их внешнюю оболочку наносят золотое покрытие. Золотом покрывают некоторые внутренние детали спутников, а также помещения для аппаратуры с целью предохранения от перегрева и коррозии. Б. м. используют также в производстве зеркал (серебрение стекла растворами или покрытие серебром распылением в вакууме). Тончайшую плёнку Б. м. наносят изнутри и снаружи на кожухи авиационных двигателей самолётов высотной авиации. Б. м. покрывают отражатели в аппаратах для сушки инфракрасными лучами, электроконтакты и детали проводников, а также радиоаппаратуру и оборудование для рентгено- и радиотерапии. В качестве антикоррозийного покрытия Б. м. используют при производстве труб, вентилей и ёмкостей специального назначения. Разработан широкий ассортимент золотосодержащих пигментов для покрытия металлов, керамики, дерева.
Широко распространены антифрикционные сплавы, припои на основе Б. м. Например, припои с серебром значительно превосходят по прочности медно-цинковые, свинцовые и оловянные, их применяют для пайки радиаторов, карбюраторов, фильтров и т.д.
Сплавы иридия с осмием, а также золота с платиной и палладием используют для изготовления компасных игл, напаек "вечных" перьев.
Высокие каталитические свойства некоторых Б. м. позволяют применять их в качестве катализаторов: платину - при производстве серной и азотной кислот; серебро - при изготовлении формалина. Радиоактивное золото заменяет более дорогую платину в качестве катализатора в химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Б. м. используют также для очистки воды.
Лит.: Чижиков Д. М., Металлургия тяжёлых цветных металлов, М., 1948; Металлы и сплавы в электротехнике, 3 изд., т. 1-2, М.- Л., 1957; Плаксин И. Н., Металлургия благородных металлов, М., 1958; Данилевский И. В., Русское золото, М., 1959; Бузланов Г. Ф., Производство и применение металлов платиновой группы в промышленности, М., 1961: Вязельщиков В. П., Парицкий З. Н., Справочник по обработке золотосодержащих руд и россыпей, М., 1963; Анализ благородных металлов, М., 1955; Пробоотбирание и анализ благородных металлов, М., 1968; Йорданов Х. В., Записки по металлургия на редките метали, София, 1959; Silver, Princeton, [N. Y.], 1967.
? Л. М. Гейман.