Меню

Главная
Случайная статья
Настройки
Благородные металлы
Материал из https://ru.wikipedia.org

Расположение благородных металлов в периодической системе химических элементов
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
* Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Благородные металлы (драгоценные металлы) — группа металлов, которую составляют золото, серебро, платина, а также остальные 5 металлов платиновой группы — рутений, родий, палладий, осмий и иридий, получившие такое название по причине высокой химической устойчивости и красивому внешнему виду изготовленных из них изделий[1][2]. Для благородных металлов характерны высокие значения плотности, температуры плавления, давления паров (над расплавом), электропроводности и теплопроводности, оптическая отражательная способность и каталитические свойства[3].

Содержание

История

Название «благородные» было дано группе металлов, обладающих высокой химической стойкостью (практически не окисляются на воздухе), изделия из которых отличаются красивым внешним видом. Для золота, серебра и чистой платины характерна высокая пластичность, а всем металлам платиновой группы — тугоплавкость[2].

Древнейшее время

Самородное золото и серебро известны на протяжении нескольких тысячелетий. Свидетельством этому являются изделия, обнаруженные в древних захоронениях, а также сохранившиеся до настоящего времени простейшие горные выработки. В древности добычу благородных металлов вели в Верхнем Египте, Испании, Нубии, Колхиде (Кавказ). Также имеются данные о добыче этих металлов в Центральной и Южной Америке, в Азии (Индия, Китай, Алтай, Казахстан). На территориях современной России золотодобычу начали вести уже во 2—3-м тысячелетии до н. э. Для улавливания крупинок золота песок из россыпей промывали на шкурах животных с подстриженной шерстью. Кроме этого использовались примитивные лотки, желоба и ковши. Из руд благородные металлы извлекали нагреванием породы до растрескивания, после чего проводили дробление глыб в каменных ступах, истирание жерновами и промывку. Разделение кусков руды по крупности проводили ситовым методом. В Древнем Египте использовался подход к разделению золота и серебра из их сплавов под действием кислот, выделение золота и серебра из сплава со свинцом проводили купелированием, был известен метод извлечения золота путём амальгамирования ртутью. Купелирование проводили в глиняных тиглях, в которые добавляли свинец[4] и селитру. В Древней Греции использовали сбор частиц золота с помощью жировой поверхности[2].

На территории Европы в XI—VI веках до н. э. серебро добывали в Испании в долинах рек Дуэро, Гуадьяро, Тахо и Миньо. В VI—IV веках до н. э. стали проводиться разработки месторождений золота в Западных Карпатах и Трансильвании[2].

Добыча в Средние века

В Средние века (вплоть до XVIII века) объектом добычи выступало преимущественно серебро, поскольку исчерпание доступных месторождений золота привело к снижению темпов её добычи. С XVI века испанские колонизаторы начали разрабатывать месторождения благородных металлов в Южной Америке: с 1532 года — в Чили и Перу, с 1537 года — на территории Новой Гранады (современная Колумбия). В 1545 году в Боливии началась разработка месторождения на «серебряной горе» Потоси. В 1577 году золотоносные россыпи были обнаружены в Бразилии. К середине XVI века добыча золота и серебра в Южной Америке в 5 раз превышала добычу этих металлов в Европе до открытия Нового Света[2].

Открытие платины

В первой половине XVI века испанцы, занимавшиеся колонизацией Новой Гранады, обратили внимание, что попутно с золотом в россыпях встречается исключительно тугоплавкий белый металл. Из-за внешнего сходства с серебром (исп. plata) ему дали уменьшительное название «платина» (исп. platina), что буквально означает «серебришко». Платина получила известность ещё в древности — платиновые самородки находили совместно с золотом, а сам металл получил название «белое золото» в Древнем Египте, Абиссинии и Испании, «лягушачье золото» — на острове Борнео. Первое описание платины в научных трудах было сделано Уильямом Уотсоном в 1741 году после начала её добычи в промышленных масштабах в Колумбии[2]. Вследствие того, что платину часто использовали для махинаций (подмена золота в монетах и ювелирных изделиях), в 1735 году в Колумбии королевским указом предписывалось монетным дворам в Санта-Фе и Папаяне выбрасывать её при свидетелях в реки: Боготу и Кауку[5][6].

Открытие палладия, родия, иридия, осмия и рутения

Опыты по очистке платины привели к внимательному изучению состава сырой платины, что способствовало открытию сопутствующих ей металлов платинового ряда. Палладий и родий был открыт в 1803 году английским учёным Уильямом Волластоном, иридий и осмий — в 1804 году английским учёным С. Теннантом. В 1808 году польский учёный Анджей Снядецкий при исследовании привезённой из Южной Америки платиновой руды, извлёк из неё новый химический элемент, который назвал вестием. В 1844 году этот элемент был подробно изучен профессором Казанского университета Карлом Клаусом, который дал ему название рутений в честь России[2][7].

Добыча в России

Первым промышленно добываемым в России благородным металлом было серебро, добыча которого началась в XVII веке в Забайкалье и проводилась подземным способом. В 1767 году изобретатель-металлург Ф. Бакунин впервые выполнил плавку серебряных руд с применением шлаков в качестве флюсов[8].

Летопись Далматовского монастыря содержит первое письменное упоминание о добыче золота из россыпей на Урале, относящееся к 1669 году. В 1732 году золото было найдено в Олонецком крае близ деревни Войцы (сейчас в Новгородской области)[9], а в 1737 году в Карелии было открыто одно из первых месторождений золота в России[2], и в 1745 году начата его разработка. Также 1745 год принято считать началом золотодобычи на Урале после обнаружения золота Е. Марковым в долине реки Берёзовка (приток Пышмы), где далее в середине XVIII века было разведано Берёзовское золоторудное месторождение[9][10].

В 1819 году в руде Восточно-Исетских золотоносных месторождений, расположенных на восточном склоне Уральских гор, в качестве спутника золота обнаружили «новый сибирский металл»[11], а в 1923 году было установлено, что этим металлом является осмий-иридиевым сплавом, содержащим некоторое количество платины[12][13]. В ходе дальнейших геолого-исследовательских работ горным офицером К. П. Голляховским в 1824 году была найдена россыпь платины с золотом у реки Мельничной[14], где был заложен первый в России и Европе платиновый прииск[2]. В 1826 году Голляховским были разведаны и подробно описаны уральские платиновые россыпи вдоль реки Иса[15], получившие мировую известность и сформированные далее в Исовский платиноносный район. В 1828 году в публикациях российского учёного В. В. Любарского была подробно охарактеризована природная платина из россыпей, обнаруженных у Главного Уральского хребта[15]. До 1915 года на долю России приходилось 93—95 % всего мирового производства сырой платины, которую добывали в основном из россыпей, остальное количество производили методом электролитического рафинирования золота и меди (итоговую очистку — аффинаж — проводили, в основном, за границей: во Франции, Германии, Англии[16]); 4—6 % приходилось на долю Колумбии, около 1 % — на остальные страны[17][2][18].

Для извлечения благородных металлов из россыпных месторождений в XIX веке были созданы различные конструкции машин, например, вашгерд и бутара (барабанный грохот). Начиная с первой половины XIX века широкое распространение на уральских приисках получила буторная разработка, состоящая в размыве потоком свободной воды пород россыпей. В 30-х годах XIX века воду для размыва стали подавать под напором. Дальнейшие усовершенствования этого метода привели к созданию водобоев, ставших прототипами гидромониторов. Впервые гидравлическая разработка россыпи, расположенной около озера Байкал, была проведена в 1867 году А. П. Чаусовым; позднее в 1888 году Е. А. Черкасов применил этот способ на месторождении в долине реки Чебалсук на юге Хакассии. На обводнённых золотоплатиновых россыпях в начале XIX века также использовали землечерпалки[2], а с начала XX века — драги[19]. Во второй половине XIX века разработку глубоких россыпей в России стали вести подземным способом, а в конце XIX века распространение получили скреперы и экскаваторы[2].

Развитие технологий извлечения и переработки

В конце XVII — начале XIX века многие европейские химики и техники: де-Лилль, Волластон, Гитон де-Морво, Жанетти освоили технологию очистки сырой платины и изготовления из неё проволоки, пластин, чашек и других изделий. Парижский золотых дел мастер Жанетти достиг в этом деле особого совершенства. Основная трудность обработки платины заключалась в её высокой температуре плавления (1773,5 °C), что препятствовало ковке. Первая технология переработки платины была основана на сплавлении её с мышьяком с образованием арсенида платины, из которого мышьяк далее выжигали в ходе длительного прокаливания на воздухе с образованием ковкой платины. Другая технология была предложена Волластоном и была основана на растворении сырой (шлиховой) платины в царской водке, с последующим осаждение под действием хлористого аммония гесахлорплатината аммония, который затем прокаливали с образованием губчатой платины. Её далее прессовали в форме, прокаливали и повторно обрабатывали под давлением, в результате чего получали ковкий металл. Этот метод стал в дальнейшем основой порошковой металлургии. В начале XIX века платина уже нашла себе значительное применение в качестве кислотоупорного и жаростойкого материала, а также применялась для изготовления ювелирных сплавов. В 1827 году В. В. Любарский и П. Г. Соболевский самостоятельно разработали способ очистки и получения ковкой платины, подобный методу Волластона[13][20], что стало первым в мире примером очистки платины в промышленном масштабе — в течение года им было очищено около 800 кг платины[2]. Выплавка платины впервые была выполнена в 1859 году французскими учёными А. Дебре и А. Э. Сент-Клер Девиль в печи под действием кислородно-водородного пламени[13].

Впервые очистка золота методом электролиза была проведена в 1863 году, а с 80-х годах XIX века начала применяться в производственных масштабах.

Распространение в природе и добыча

Месторождения золота и платины можно разделить на россыпи и коренные (рудные) месторождения. По этой причине технология извлечения этих металлов состоит в обогащении россыпей и переработке руд. Наряду с рудами самих благородных металлов значительную роль в их добыче играют свинцово-цинковые, а также медные руды, которые выступают основным источником для получения серебра и значительным — при извлечении золота. Медно-никелевые платиносодержащие руды используют при получении платины[21].

Применение

Валютные металлы

Валютным металлом является главным образом золото (см. Деньги). Серебро с древности активно использовалось в качестве денег, но затем, после чрезмерного насыщения рынка в первой половине XX века, оно фактически утратило эту функцию.

В настоящее время серебро хранится в составе валютных резервов некоторых Центральных банков, но в довольно малых объёмах.

Драгоценные металлы можно использовать частным лицам и компаниям в качестве накоплений. Ямайская валютная система активно использует фьючерсы на серебро на бирже драгоценных металлов, а также на рынке иностранной валюты для спекуляций ценой металла. При спекуляции фьючерсами объём металла, обеспеченный фьючерсами как производными ценными бумагами, может многократно превышать реально существующий в мире объём запасов металла, поэтому в данной ситуации говорят о «бумажном золоте» или «бумажном серебре».

Применение в технике

Небольшая добавка рутения (0,1%) увеличивает коррозионную стойкость титана, а из сплава с платиной изготавливают чрезвычайно износостойкие электрические контакты. Около 50 % добываемого рутения расходуется при производстве толстоплёночных резисторов.

Сплав «osram» (осмия с вольфрамом) использовался для изготовления нитей ламп накаливания. Сплав осмия с алюминием имеет необычно высокую пластичность и может быть вытянут без разрыва в 2 раза.

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 применяют сплавы палладия с серебром (от 60 до 5 % палладия). Эти сплавы характеризуются малым температурным коэффициентом электрического сопротивления, малой термоэлектродвижущей силой в паре с медью, высоким сопротивлением износу, высокой температурой плавления и высокой стойкостью к окислению.

Применение в химическом машиностроении и лабораторной технике

Тетраоксид осмия применяется в просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) для контрастирования биологических объектов.

Химически стойкие металлы идут на изготовление деталей, работающих в агрессивных средах — технологические аппараты, химические реакторы, электрические нагреватели, высокотемпературные печи, технику для производства стекловолокна, оптического стекла, эталоны сопротивления, термопары и другие. В данном качестве благородные металлы используются как в чистом виде, так и в би- и полиметаллических сплавах. Химические реакторы и их части делают целиком из благородных металлов или только покрывают фольгой из благородных металлов.

Применение в медицине

В медицине благородные металлы применяют для изготовления хирургических инструментов, деталей медицинских приборов, протезов, а также различных препаратов, главным образом на основе серебра.

Сплав платины (90 %) и осмия (10 %) применяется в хирургических имплантатах, таких, как электрокардиостимуляторы, и при замещении клапанов лёгочного ствола.

В электронике

В электронной технике из золота, легированного германием, индием, галлием, кремнием, оловом, селеном, делают контакты в полупроводниковых диодах и транзисторах. Золото и серебро напыляют на поверхность волноводов для уменьшения потерь (см. скин-эффект).

В фото- и кинопромышленности

До начала эры цифровой фотографии соли серебра были главным сырьём при изготовлении светочувствительных материалов (хлориды, бромиды или иодиды). На заре фотографии использовали соли золота и платины, в частности при вирировании изображения.

В ювелирной промышленности

В ювелирном деле и декоративно-прикладном искусстве применяют сплавы благородных металлов (см. Цветное золото).

Припои и антифрикционные сплавы

Припои с серебром прочнее, чем медно-цинковые припои, свинцовые и оловянные, их применяют для пайки радиатора, карбюраторов, фильтров и т. д.

Износостойкие узлы

С помощью сплавов золота с платиной и палладием, а также иридия с осмием изготавливают компасные иглы, напайки «вечных» перьев. Высокая твёрдость и исключительная тугоплавкость позволяет использовать осмий в качестве покрытия в узлах трения.

Химическая промышленность: катализаторы

Благородные металлы можно применять в качестве катализаторов из-за их высоких каталитических свойств: платину можно применять как катализатор при производстве серной и азотной кислот; серебро — при изготовлении формалина. Золото как катализатор заменяет платину в нефтеперерабатывающей и химической промышленности. Родий и иридий катализируют реакцию в процессе производства уксусной кислоты[22]. Осмий применяется как катализатор для синтеза аммиака, гидрирования органических соединений, в катализаторах метанольных топливных элементов. Платина, палладий и родий применяются в катализаторах окисления выхлопных газов автомобилей (см. Каталитический конвертер).

Благородные металлы (серебро и рутений) используют также для очистки воды.

Мировое производство и цены

Добыча золота в мире в целом растёт. В 2019 году было добыто 3533,7 тонн золота. На первом месте КНР: в 2019 г. добыто 383,2 тонн. На втором месте — Российская Федерация с 329,5 тоннами добычи. На третьем — Австралия: 325,1 тонн. Цена тройской унции золота на спотовом рынке по состоянию на 14 декабря 2020 года — $1829. На 3 июня 2025 года — $3390[23].

Палладий в 2020 году стал самым дорогим промышленным металлом с огромным отрывом в стоимости от других металлов — 19 февраля цена на LSE достигала рекордного уровня в $2841 за унцию. Только с начала 2020 года он подорожал на 45 %, в 2019 году — на 54 %, за последние три года — вчетверо. Это стало возможным благодаря резкому росту спроса на металл как катализатор в бензиновых двигателях. Но, вопреки рыночным законам, структурный дефицит палладия в ближайшие годы не исчезнет: новых крупных проектов по его добыче в мире почти нет, а автопроизводители продолжают наращивать закупки[24]. Цена палладия в декабре 2020 г. — $2376 .

Мировые запасы рутения оцениваются в 5000 тонн[25]. Цена тройской унции рутения 10 декабря 2020 года — $270.

Осмий имеет самый большой удельный вес из всех благородных металлов: 22,61 г/см3[26]. Самые большие запасы осмия в мире, составляющие 127 000 тонн, находятся в Турции. Также существенные запасы осмия расположены в Болгарии[27]. Цена осмия на мировом рынке весь 2020 год была стабильной — $400 за тройскую унцию.

Крупнейший мировой производитель платиноидов в 2005 году: РАО «Норильский никель».

Таблица составлена по данным журнала «Эксперт» (на 2005 год)[28].
Металл Первичное производство (тонн) Средняя цена ($/кг) Объём (млн $)
Серебро 20 300 236 4792
Золото 2450 14 369 35 205
Палладий 214 6839 1463
Платина 206 30 290 6240
Рутений 24 2401 871
Родий 23 66 137 1323
Иридий 4 5477 5
Осмий 1 12 903 1


См. также

Примечания
  1. Химическая энциклопедия, 1988, Т. 1. Благородные металлы, с. 297.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 БСЭ, 1970, Т. 3. Благородные металлы, с. 407—409.
  3. Schlamp, 2018, p. 335.
  4. к.х.н. Т.И.Маякова. Пробирный анализ: от древнего мира до наших дней. Обзор // Золотодобыча : журнал. — 2007. — Декабрь (№ 97). Архивировано 21 апреля 2021 года.
  5. Звягинцев, 1931, с. 6.
  6. Кудряшов Н. Серебришко, которое платина // Наука и жизнь : журнал. — 2000. — Июнь. Архивировано 5 ноября 2007 года.
  7. Звягинцев, 1931, с. 8.
  8. Плаксин, 1958, с. 14.
  9. 1 2 Плаксин, 1958, с. 12.
  10. 265 лет со дня открытия первого российского золота. www.rosnedra.gov.ru. Федеральное агентство по недропользованию. Дата обращения: 20 мая 2024. Архивировано 25 марта 2023 года.
  11. Фрицман, 1927, с. 26.
  12. Фрицман, 1927, с. 28.
  13. 1 2 3 Плаксин, 1958, с. 15.
  14. Фрицман, 1927, с. 25.
  15. 1 2 Фрицман, 1927, с. 66.
  16. Звягинцев, 1931, с. 24.
  17. Звягинцев, 1931, с. 9.
  18. Плаксин, 1958, с. 19.
  19. Плаксин, 1958, с. 19.
  20. Звягинцев, 1931, с. 6—7.
  21. Плаксин, 1958, с. 51.
  22. УКСУСНАЯ КИСЛОТА: свойства и технология производства. newchemistry.ru. Дата обращения: 15 декабря 2020. Архивировано 19 апреля 2021 года.
  23. Золото торгуется на уровне 3390 USD за 1 тройскую унцию. business-magazine. журнал Федеральный Бизнес (3 июня 2025). Дата обращения: 6 июля 2025.
  24. Катализатор роста // Коммерсантъ. Архивировано 1 ноября 2020 года.
  25. Emsley, John. Nature's building blocks : an A-Z guide to the elements. — Oxford: Oxford University Press, 2001. — viii, 538 pages с. — ISBN 0-19-850341-5, 978-0-19-850341-5, 978-0-19-850340-8, 0-19-850340-7, 0-19-286215-4, 978-0-19-286215-0. Архивировано 15 декабря 2020 года.
  26. WebElements Periodic Table » Osmium » the essentials. www.webelements.com. Дата обращения: 15 декабря 2020. Архивировано 26 ноября 2020 года.
  27. Осмий-187: обзор мирового рынка 2020 г. marketpublishers.ru (15 января 2020). Дата обращения: 15 декабря 2020. Архивировано 18 апреля 2021 года.
  28. Мировое производство и цены на благородные металлы в 2005 году. expert.ru. Дата обращения: 13 октября 2016. Архивировано из оригинала 13 октября 2016 года.


Литература
Downgrade Counter