Реферат: Платина

РЕФЕРАТ

ПО ХИМИИ

Тема:

« Сей металл с начала света до сих времен совершенно оставался неизвестным, что без сомнения весьма удивительно »

«Магазин натуральной истории, физики и химии», 1790 г.

8) Историческая справка.

В XVIи XVII веках испанские конкистадоры бесцеремонно расхищали бо­гатства древних государств ацтеков и инков. Однажды завоеватели, передви­гаясь вдоль реки Платино-дель-Пино (Колумбия), обнаружили на ее берегах золото и крупицы неизвестного им тяжелого серебристого металла. Из-за высо­кой тугоплавкости он оказался ни на что не пригодным и лишь затруднял очистку золота. Новый металл испанцы решили назвать платиной, что означает «серебрецо» («серебришко», «плохое серебро»).

Все же довольно большие количества платины были вывезены в Испанию, где ее продавали по цене, значительно более низкой, чем серебро. Вскоре испан­ские ювелиры обнаружили , что платина хорошо сплавляется с золотом, и это ее свойство стали использовать при изготовлении ювелирных изделий и фальшивых монет. Об этом стало известно королю, и он издал указ, требующий прекратить ввоз в страну никчемного металла, а заодно и уничтожить все его запасы. Чинов­ники королевских монетных дворов собрали всю имевшуюся в Испании платину, получившую к этому времени такие названия, как «гнилое золото», «лягушачье золото», и публично предали этот металл казни по причине его «лживой сущно­сти»: собранную платину утопили в море и реках – там, где поглубже. В даль­нейшем такую операцию повторяли еще не раз. Так завершился первый этап в биографии платины.

В середине XVIII века в Испании вышел в свет двухтомный труд мореплава­теля, астронома и математика Антонио де Ульоа «Путешествия по Южной Америке». Находясь там в экспедиции, ученый заинтересовался самородной пла­тиной, привез ее в Европу и подробно описал в книге, после чего металл привлек к себе внимание многих европейских ученых.

Обстоятельное изучение платины провел шведский химик Хенрик Шеффер (1756 г.), который доказал, что она является не смесью уже известных металлов (например, золота и железа), как утверждали некоторые ученые, а новым химиче­ским элементом.

В 1773-1774 годах М. де-Лиль получил ковкую форму платины. В 1783 году Шабано запатентовал процесс получения ковкой платины. Начиная со второй половины XVIII века платиной, ее свойствами, методами переработки и исполь­зования стали интересоваться многие химики-аналитики и технологи, в том числе и ученые Петербургской академии наук. Наиболее важные работы в этой области в первой половине XIX века - это создание методов получения ковкой платины.

Всемирную известность приобрели труды русского ученого и общественного деятеля А. А. Мусина-Пушкина (1760-1805). Еще в 1797 году он открыл новые способы получения амальгамы платины, а затем разработал совершенные методы ее ковки и очистки от железа. Работы Мусина-Пушкина были продолжены Архиповым, Варвинским, Любарским, Соболевским и др.

Исследование платины привело к открытию нескольких металлов, сопутст­вующих ей в природе и получивших общее название платиновых: в 1803 году были открыты палладий и родий, в 1804 году – осмий и иридий, а спустя сорок лет химикам стал известен и последний элемент этой группы – рутений.

Работам в этой области в немалой степени способствовал тот факт, что в 1819 году на Урале вблизи Екатеринбурга (ныне Свердловск) геологи обнаружили рос­сыпные месторождения платины. Спустя пять лет в этих краях начал действовать первый в России платиновый рудник.

Примерно в это же время этот металл начали использовать как добавку к стали. За необыкновенно высокую твердость такая сталь получила название «алмазной». В этой роли платина выступала довольно долго, но затем вынуждена была уступить свое место менее дорогому и к тому же еще более способному вольфраму.

Важную страницу в биографию платины вписал известный русский инженер и ученый П.Г. Соболевский. Возглавив петербургскую Соединенную лаборато­рию Департамента горных и соляных дел, Горного кадетского корпуса и Главной горной аптеки, он вместе со своим сотрудником В.В. Любарским приступил к исследованию сырой платины и разработке технологии превращения ее в ковкий металл.Они растворяли самородную платину в царской водке, а из этого раствора, добавляяNH₄ Cl, осаждали хлороплатинат аммония (NH₄ )₂ [PtCl]. Этот осадок промывали, а затем прокаливали на воздухе. Получившейся губчатой платиной они заполнили специально изготовленные железные формы, спрессо­вали ее на винтовом прессе, нагрели до белого каления, затем вновь подвергли большому давлению. Таким образом, минуя плавление, губчатая платина превра­тилась в монолитные изделия, которые нельзя было отличить от литых, этот сп­особ позволял делать из уральской платины изделия высокого качества. Так в 1826 году впервые в истории техники был создан и применен на практике ориги­нальных технологический процесс, сохранивший свое значение и по сей день. Он лежит в основе современных методов порошковой металлургии.

21 марта 1827 году в конференц-зале Петербургского горного кадетского корпуса на многолюдном торжественном собрании Ученого комитета по горной и соляной части были показаны изготовленные новым методом первые изделия из русской платины. Открытие П.Г. Соболевского и В.В. Любарского получило мировую известность. В 1828 году Соболевский описал свой способ получения ковкой платины в Петербургском “Горном журнале” под названием: “Об очищении и обработке сырой платины”.

Тогда же, благодаря предприимчивости министрафинансов Е.Ф. Канкрина,Соболевскому было поручено приступить к чеканке 3-, 6-и 12-рублевых платино­вых монет. Уже вскоре петербургский Монетный двор начал полным ходом вы­пускать такие деньги. За сравнительно короткий срок было выпущено почти полтора миллиона платиновых монет, на которые пошло около 15 тонн платины. Однако цена на этот металл росла, платиновые деньги становились все дороже и дороже, в результате чего их истинная стоимость значительно превысила нарица­тельную и уже вскоре они фактически вышли из обращения.

За несколько лет на Монетном дворе скопились значительные количества остатков платиновой руды. Министерство финансов поручило казанскому про­фессору Карлу Клаусу найти способ переработать их на платину. Через два года ему удалось опробовать новый метод извлечения платины из остатков руды.

В середине XIXстолетия французские ученые А. Сент-Клер Девиль и Ж. Дебре предложили новый метод получения платины. Они изобрели специальную печь, облицованную изнутри пористым известняком, куда загружался губчатый металл. Плавили его с помощью газовых горелок, которые вставлялись через отверстия в верхней части печи. Этот процесс позволял извлекать более чистую и ковкую платину, так как примеси железа, меди и свинца образовывали легко­плавкие шлаки и поглощались стенками печи.

В 1913 году под руководством Н.Н. Барабошкина на базе исследовательских работ, проведенных в лаборатории Петербургского горного института, в г. Екатеринбурге начали строительство аффинажного завода для переработки добываемой шлиховой платины. В 1916 году начали выпускать лишь губчатую платину и только в 1923 году стали выделять спутники платины.

Основные свойства платины .

Положение в периодической системе элементов.

Платина - символ Pt (лат. Platinum), химический элемент 6-го переходного периода периодической системы. Для него характерно заполнение 5d -электронных орбиталей при наличии одного или двух s -электронов на более высоких 6s - электронных орбиталях.

Таблица 1.

Характеристика атомов платины.

Будучи элементом переходного периода, платина характеризуется различными степенями окисления. В большинстве своих соединений платина проявляет степени окисления +2 и +4. Сэтимистепенямиокисления, благодаря высоким зарядам, небольшим ионным радиусам и наличию незаполненных d -орбиталей, она представляет собой типичный комплексообразователь. Так, в растворах все его соединения, включая простые (галогениды, сульфаты, нитраты), превращаются в комплексные, поскольку в комплексообразовании участвуют ионы соединений, присутствующих в растворе, а также вода. Поэтому гидрометаллургия платины основана на использовании ее комплексных соеди­нений.

Токсичность.

Начнем с самого неприятного – с токсичности соединений платины. Являясь биоксенным элементом, платина при введении в организм либо никак себя не проявляет, либо вызывает тяжелейшие поражения, в первую очередь почек, печени, нервной и иммунной систем.

Сама по себе металлическая платина токсического действия не оказывает, однако, примеси, содержащиеся в платиновой черни (в первую очередь, теллур), ядовиты, и при попадании порошка платины в желудочно-кишечный тракт возникают некрозы участков слизистой ЖКТ, зернистая дистрофия гепатоцитов, набухание эпителия извитых канальцев почки, а также “общая интоксикация”. Смертельные отравления металлической платиной не отмечены.

Соли платины дают общую интоксикацию организма с гибелью подопытных животных в период от трех часов до трех суток после введения препарата. При ингаляционном отравлении гексахлороплатинатом аммония смертельные концентрации не были достигнуты. Интоксикация сопровождается нарушением углеводного, белкового и холестеринового обмена. У человека – тошнота, диарея, понижение уровня гемоглобина в крови, разрушение почек. Гексахлороплатинат аммония способен впитываться в кожу, при этом платина обнаруживается в всех внутренних органах, крови и моче, накопление происходит в селезенке, надпочечниках, почках и половых органах, где платина обнаруживается даже через тридцать дней после введения.

Вдыхание комплексных соединений платины в виде пыли или тумана (5-70 мг/м³ ) вызывают синюху, затруднение дыхания, кашель, при длительном воздействии бронхиальную астму. В ряде случаев отмечены аллергические реакции (покраснение и шелушение кожи, высыпания на открытых участках тела). Сходное действие оказывают платинохлористоводородная кислота и гексахлороплатинат аммония. У химиков при действии (NH₄ )₂ PtCl₆ развивается светобоязнь, насморк, при длительном воздействии – астма. Любопытно отметить, что по индивидуальной чувствительности к соединениям платины у разных людей наблюдаются существенные отличия, сцепленные с некоторыми генетически обусловленными признаками.

К последствиям хронического отравления комплексами платины относится так называемый платиноз – совокупность вышеуказанных симптомов, носящая постоянный характер. У страдающих платинозом выявлен дисбаланс адренорецепторной регуляции. При длительной работе с платиной приобретенная аллергия возникает приблизительно в половине случаев.

В целом, хотя “благородная” платина уже более века служит химикам-неорганикам, исследующим координационные соединения, ее ядовитый характер требует серьезного и осторожного к себе отношения.

Физические свойства.

Платина очень тугоплавкий и труднолетучий металл, кристаллизуется в гранецентрированные кубические решетки. При воздействии на растворы солей восстановителями металл может быть получен в виде “черни”, обладающей высокой дисперсностью.

Платина в горячем состоянии хорошо прокатывается и сваривается. Характерным свойством является способность абсорбировать на поверхности некоторые газы, особенно водород и кислород. Склонность к абсорбции значительно возрастает у металла, находящегося в тонкодисперсном и коллоидном состоянии. Платина (особенно платиновая чернь) довольно сильно поглощает кислород: 100 объемов кислорода на один объем платиновой черни. Вследствии способности к абсорбции газов платину применяют в качестве катализаторов при реакциях гидрогенизации и окисления. Каталитическая активность увеличивается при использовании черни.

Таблица 2.

Физические свойства.

Химические свойства.

Платина как элемент VIII группы может проявлять несколько валентностей: 0, 2+, 3+, 4+, 5+, 6+ и 8+. Но, когда идет речь об элементе ¹ 78 почти также, как валентность, важна другая характеристика - координационное число. Оно означает, сколько атомов (или групп атомов), лигандов, может расположиться вокруг центрального атома в молекуле комплексного соединения. Для степени окисления 2+ и 4+ координационное число равно соответственно четырем или шести.

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

Платина чрезвычайно устойчива против коррозии. При обычной температуре она не взаимодействует с минеральными и органическими кислотами. Серная кислота при нагреве медленно растворяет платину. Полностью платина растворяется в царской водке:

3Pt+4HNO₃ +18HCl=3H₂ [PtCl₆ ]+4NO+8H₂ O.

При растворении получается гексахлороплатиновая, или платинохлори­стоводородная, кислота H₂ [PtCl₆ ], которая при выпаривании раствора выделяется в виде красно-бурых кристаллов состава H₂ [PtCl₆ ]•H₂ O. При повышенных температурах платина взаимодействует с едкими щелочами, фосфором и углеродом.

С кислородом платина образует оксиды (II), (III) и (IV): PtO, Pt₂ 0₃ и PtO₂ . Оксид PtO получается при нагревании порошка платины до 430 °С в атмосфере кислорода при давлении 0.8 МПа. Оксид Pt₂ O₃ можно получить при окислении порошка металлической платины расплавленным пероксидом натрия. Оксид PtO₂ - порошок черного цвета - получается при кипячении гидроксида платины (II) со щелочью:

2Pt(OH)₂ =PtO₂ +Pt+2H₂ O.

Гидроксид платины (IV) можно получить осторожным приливанием щелочи к раствору хлороплатината калия:

K₂ [PtCl₆ ]+4KOH=Pt(OH)₄ +6KCl.

Сернистое соединение PtS - порошок коричневого цвета, не растворимый в кислотах и царской водке; PtS₂ - черный осадок, получаемый из растворов дейст­вием сероводорода, растворимый в царской водке.

Платина при нагревании хорошо соединяется с фтором и хлором. При 360 °С воздействием хлора на платину можно получить тетрахлорид PtCl₄ , который при температуре выше 370 °С переходит в трихлорид PtCl₃ , а при 435 °С распадается на хлор и металлическую платину; PtCl₂ растворяется в слабой соляной кислоте с образованием платинисто-хлористоводородной кислоты H₂ [PtCl₄ ], при действии на которую солей металлов получаются хлороплатиниты Me ₂ [PtCl₄ ] (где Me - K, Na, NH₄ и т.д.).

Тетрахлорид платины PtCl₄ при воздействии соляной кислоты образует платинохлористоводородную кислоту H₂ [PtCl₆ ]. Соли ее - хлороплатинаты Me ₂ [PtCl₆ ]. Практический интерес представляет хлороплатинат аммония (NH₄ )₂ [PtCl]₆ - кристаллы желтого цвета, малорастворимые в воде, спирте и концентрированных растворах хлористого аммония. Поэтому при аффинаже платину отделяют от других платиновых металлов, осаждая в виде (NH₄ )₂ [PtCl₆ ].

В водных растворах сульфаты легко гидролизуются, продукты гидролиза в значительном интервале pH находятся в коллоидном состоянии. В присутствии хлорид-ионов сульфаты платины переходят в хлороплатинаты.

Поведение платины в обогатительных операциях .

Формы нахождения платины в рудах.

Формы нахождения платины в рудах определяют ее поведение в после­дующих процессах обогащения. Поэтому их изучение имеет большое значение для выбора технологической схемы переработки платинусодержащих руд и концентратов.

Кларк и Вашингтон, а позднее И. И В. Ноддак подсчитали содержание пла­тины в земной коре. Первые принимали в расчет только ту платину, которая находится в россыпях и коренных ультраосновных породах, а вторые учитывали также платину, находящуюся в рассеянном состоянии. Иногда пользуются данными по распространенности платины, приводимыми Гольдшмидтом. Обобщение ряда исследований на основе многочисленных определений дано А. П. Виноградовым.

Таблица 3.

Содержание платины в земной коре, %.

Платину добывают в “первичных” и “вторичных” месторождениях. К первым относятся открытые в 1908 году канадские медноникелевые магнитные колчеданы в округе Садбери, южноафриканские медноникелевые колчеданы в Трансваалеиместорождения Норильска; здесь платина присутствует в виде сульфидов. Вторичные месторождения обязаны своим появлением выветриванию первичных месторождений и последующему смыванию выветренных пород, причем платиновые металлы, имеющие большую плотность, оседали в определенных местах. Вторичные месторождения находятся в Колумбии. Но они утратили свое значение в 20-х годах прошлого века, когда на западных и восточных склонах Уральского хребта были найдены большие залежи платиновых руд. В уральских месторождениях минералы платиновых металлов генетически связаны с глубинными ультраосновными породами, главным образом, с дунитами.

Таблица 4.

Средний состав уральской россыпной и коренной платины, %

В канадских месторождениях платина встречается в виде сперилита PtAs₂ , куперита PtS и некоторых более редких минералов. Однако большая часть платиновых металлов находится в сульфидах в виде твердого раствора. Содержание платины в рудах достигает 1.5-2.0 грамма на 1 тонну руды.

Примерно такой же минералогический состав имеют южноафриканские руды, кроме того здесь найдена самородная платина и ферроплатина.

Каждому типу руд и их минеральным разновидностям свойственны свои особенности платиновой минерализации, обусловленные различной обогащенностью платиновыми металлами, различным соотношением платины, палладия, иридия, родия, рутения и осмия, а также различием форм нахождения металлов.

Многообразие типов руд и различие форм нахождения платиновых металлов в медно-никелевых рудах вызывает большие сложности с полнотой извлечения платиновых металлов в готовые концентраты, направляемые в металлургическую переработку.

Получение платиновых металлов из россыпей.

Россыпи платиновых металлов, образованные в результате разрушения коренных пород, известны во многих странах, но промышленные запасы в основном сосредоточены в Колумбии, Бразилии и Южной Африке.

Процесс извлечения платиновых металлов из россыпей сводится к двум группам операций: добыче песков и их обогащению гравитационными методами. Пески можно добывать подземными и открытыми способами; как правило, при­меняют открытые горные работы, выполняемые в два этапа: вскрыша пустой породы и добыча платинусодержащих песков. Добычу песков обычно совмещают с их гравитационным обогащением в одном агрегате, например, драге.

Добытая горная масса из дражных черпаков поступает в промывочную бочку, где осуществляется дезинтеграция и грохочение. Процесс дезинтеграции горной массы в бочке происходит посредством механического разделения и размыва ее водой при перекатывании породы внутри бочки и орошении напорной струей воды. Порода при этом разделяется на два продукта: верхний (галька, крупные камни, неразмытые камни глины) не содержит платины и направляется в отвал; нижний поступает последовательно на шлюзы, отсадочные машины и концентрационные столы. В результате обогащения получается шлиховая платина, содержащая до 70-90 % платиновых металлов. Ее направляют на аффинаж.

Извлечение платины при обогащении сульфидных платинусодержащих руд.

Технологические схемы извлечения платиновых металлов при обогащении вкрапленных руд определяются формами нахождения этих металлов в данном месторождении. Если платиновые металлы представлены самородной платиной и ферроплатиной, то в технологическую схему обогащения входит операция по получению гравитационного концентрата, содержащего повышенные концентрации платиновых металлов. Если в рудах платиновые металлы, в частности платина, находятся в виде магнитной ферроплатины, то обычно при­меняют магнитную сепарацию с последующей переработкой богатого продукта либо в отдельном цикле, либо совместно с никелевым концентратом в пирометаллургическом процессе. Первую схему применяют, например, для обогащения платинусодержащих руд Южной Африки.

Технологический процесс гравитационно-флотационного обогащения южноафриканских руд включает дробление исходной руды с последующим тонким измельчением ее в две стадии в шаровых мельницах, работающих в замкнутом цикле с гидроциклонами.

Свободные зерна самородной платины отделяют в цикле измельчения на шлюзах с кордероевым покрытием. Полученные концентраты подвергают перечистке на концентрационных столах с получением гравитационного концентрата, содержащего 30-35 % Pt, 4-6 % Pd и 0.5 % других металлов платиновой группы.

Пульпу после выделения гравитационного концентрата сгущают и направляют на флотацию. Конечным продуктом флотации является концентрат, содержащий: 3.5-4.0% Ni, 2.0-2.3% Cu, 15.0% Fe, 8.5-10.0% S; сумма платиновых металлов 110-150 г/т. Этот концентрат поступает в металлургическую переработку. Извлечение платиновых металлов в цикле обогащения достигает 82-85 %.

Бедная вкрапленная руда месторождения Садбери подвергается дроблению, измельчению с последующей флотацией и магнитной сепарацией. В результате получается никелевый концентрат, содержащий платиновые металлы, медный концентрат, в состав которого входят золото и серебро, и пирротиновый концентрат, практически не имеющий благородных металлов.

При обогащении вкрапленных руд отечественных месторождений получаются два концентрата: медный и никелевый. Значительные потери металлов-спутников с хвостами обогащения объясняются тем, что они ас­социированы с пирротином, уходящим в отвал.

Поведение платины при металлургической переработке сульфидных платинусодержащих руд и концентратов.

Основные технологические операции переработки медно-никелевых концентратов.

При обогащении сульфидных медно-никелевых руд получаются медный и никелевый концентраты, перерабатываемые по сложной технологической схеме (см. Приложение №1 , рис.1.)

Никелевый концентрат после агломерации или окатывания плавят в электротермических (реже отражательных) печах, в результате чего получают штейн и шлак. Шлак на некоторых заводах после грануляции и измельчения подвергают флотации для извлечения взвешенных частиц штейна, содержащих платиновые металлы. Штейн, концентрирующий основную массу платиновых металлов, проходит операцию конвертирования наобеднительную электроплавку, и файнштейна, который медленно охлаждается, дробится, измельчается и флотируется с получением медного концентрата, перерабатываемого в медном производстве, и никелевого, направляемого на обжиг в печах кипящего слоя.

При охлаждении файнштейна компоненты претерпевают кристаллизацию в следующей последовательности: первичные кристаллы сульфида меди - двойная эвтектика, состоящая из сульфидов меди и никеля, - тройная эвтектика, состо­ящая из сульфидов меди, никеля и медно-никелевого металлического сплава. Металлический сплав, выход которого на различных заводах составляет 8-15 %, коллектирует до 95 % платиновых металлов, содержащихся в файнштейне. По­этому на некоторых заводах металлическую фазу выделяют магнитной сепарацией и направляют на восстановительную плавку с получением анодов.

Полученную после обжига никелевого концентрата закись подвергают вос­становительной плавке на аноды в дуговых электропечах. Аноды подвергают электрорафинированию; выпадающий на аноде шлам концентрирует основную массу платиновых металлов.

Платиновые металлы, находящиеся в медном концентрате, после обжига, отражательной плавки, конвертирования и огневого рафинирования концентрируются в медных анодах, после электрорафинирования переходят в медный шлам. Медный и никелевый шламы обогащают с получением концентратов, содержащих до 60 % платиновых металлов. Эти концентраты направляют на аффинаж.

В последние годы для переработки медных и никелевых концентратов предложены высокоинтенсивные автогенные процессы: плавка в жидкой ванне, взвешенная плавка, кислородно-взвешенная плавка и др. Применяют также гидрометаллургическую переработку платинусодержащих сульфидных концентратов с использованием окислительного автоклавного выщелачивания, соляно- и сернокислое выщелачивание, хлорирование при контролируемом потенциале и другие процессы.

Таким образом, платиновые металлы в процессе пиро- и гидрометаллургической переработки подвергают воздействию окислителей при температурах до 1200-1300 °С, действию кислот при высоких окислительных потенциалах среды, анодному растворению при значительных электроположительных потенциалах. Поэтому необходимо рассмотреть поведение этих металлов в различных процессах с целью создания условий для повышения извлечения их в принятых и проектируемых технологических схемах переработки платинусодержащих сульфидных медно-никелевых концентратов.

Физико-химические основы поведения платины при переработке сульфидного сырья.

Пирометаллургические процессы.

При переработке сульфидных руд пирометаллургическими способами благо­родные металлы частично теряются с отвальными шлаками, пылями и газами. Для теоретической оценки возможности таких потерь и создания условий для их уменьшения большой интерес представляет зависимость свободных энергий об­разования оксидов и сульфидов благородных металлов от температур.

Таблица 5.

Свободные энергии окисления сульфидов.

Агломерация . В процессе агломерации концентрат подвергается окускованию и частичной десульфурации при 1000-1100 °С, что сопровождается процессами разложения высших сульфидов и окисления получившихся продуктов кислоро­дом воздуха.

Электроплавка сульфидного никель-медного концентрата осуществляется в электропечи, куда поступает концентрат, содержащий в зависимости от месторо­ждения от 20 до 150 г/т платиновых металлов. В шихту вместе с окатышами и аг­ломератом добавляют оборотные продукты и, в зависимости от состава исход­ного сырья, известняк или песчаник. Температура расплава на границе с электродом достигает 1300-1400 °С. Пустая порода ошлаковывается; шлак сли­вают, гранулируют. На некоторых предприятиях его подвергают измельчению и флотации с целью более полного извлечения благородных металлов. Содержание благородных металлов в шлаке в зависимости от режима плавки и состава кон­центрата колеблется от 0.3 до 1.0 г/т. Штейн концентрирует основную массу пла­тиновых металлов. Содержание их в штейне колеблется в пределах 100-600 г/т.

Процесс плавки протекает в основном в восстановительном режиме, поэтому потери платиновых металлов в этом процессе определяются механическими потерями мелких корольков штейна, взвешенных в шлаковой фазе. Эти потери могут быть устранены флотацией шлаков с извлечением платиновых металлов в сульфидный концентрат. При этом извлечение платины может достигать более 99.0 %.

Конвертирование . Полученный при электроплавке штейн подвергается конвертированию. Конвертирование, цель которого состоит в возможно более полном удалении сульфида железа из никель-медных штейнов, осуществляется при температуре около 1200 °С. Процесс протекает в сульфидных расплавах, где активность платиновых металлов очень невелика. Поэтому в процессе конверти­рования в шлаковую фазу в очень незначительных количествах переходит платина (<0.5%), палладий (<0.5%), родий (<1.0%), иридий (<1.0%). Более того, конвертные шлаки перерабатываются в обеднительных печах, поэтому общие по­тери благородных металлов при конвертировании сравнительно малы.

При обжиге никелевого концентрата в печах кипящего слоя процесс окисле­ния протекает весьма интенсивно и поэтому сопровождается значительными потерями металлов.

Восстановительная электроплавка закиси никеля на металлический никель не вызывает значительных потерь платиновых металлов. Механические потери их с пылями могут быть уменьшены в результате совершенствования системы пыле­улавливания. Переход в шлаки не вызывает дополнительных потерь, так как шлаки в этом процессе являются оборотными продуктами.

Взвешенная плавка сульфидных материалов осуществляется в окислительной атмосфере при температуре около 1300 °С.

Пирометаллургическая переработка медных концентратов, содержащих платиновые металлы, включая обжиг при 800-900 °С, отражательную плавку, конвертирование и огневое рафинирование меди. В последние годы для перера­ботки медных концентратов широкое применение получили автогенные про­цессы: взвешенная плавка и плавка в жидкой ванне.

Химические реакции и температурный режим обжига медных концентратов примерно те же, что при агломерации.

Гидрометаллургические процессы.

Платиновые металлы, содержащиеся в сульфидных медно-никелевых рудах, проходят через пирометаллургические операции, концентрируются в черновом металле и поступают на электролитическое рафинирование никелевых и медных анодов. Причем в зависимости от условий проведения этих операций большее или меньшее количество платиновых металлов может переходить в сборные или оборотные продукты, что в конце концов приводит к безвозвратным потерям.

Таблица 6.

Формы нахождения платины в сульфатных, сульфатно-хлоридных и хлорид­ных растворах.

При содержании в сплавах 0.01-1.0 % платинового металла, он замещает в кристаллической решетке сплава атомы никеля или меди, не образуя самостоя­тельных структур.

Известно, что в присутствии сульфидной, оксидной и металлической фаз пла­тиновые металлы концентрируются в металлической фазе. Поэтому в никелевых и медных промышленных анодах, содержащих в качестве примесей сульфидные и оксидные фазы, платиновые металлы равномерно распределены в металличе­ской фазе, образуя кристаллическую решетку замещения. Это приводит к образо­ванию в решетке сплава микроучастков (зон) с более положительным равновес­ным потенциалом. Металлы в этих зонах не растворяются при потенциале работающего анода и выпадают в нерастворимый осадок - шлам. В случае повы­шения потенциала анода до величины, соответствующей потенциалу ионизации платиновых металлов, начинается переход этих металлов в раствор. Степень перехода будет увеличиваться, если в растворе платиновые металлы образуют стойкие комплексные соединения.

Таким образом поведение платиновых металлов при электрохимическом рас­творении анодов будет определяться потенциалом анода, составом раствора и природой растворяемого сплава.

Переработка платинусодержащих шламов.

При электролитическом рафинировании меди и никеля платиновые металлы концентрируются в анодных шламах, где их содержание в зависимости от состава исходных руд колеблется в широких пределах, от десятых долей до нескольких процентов.

В соответствии с основными теоретическими положениями в шламы при растворении анодов практически без изменения переходят оксиды и сульфиды цветных металлов. Поэтому основными фазовыми составляющими никелевого шлама являются сульфиды меди и никеля (a-Cu₂ S, b-Cu₂ S, Ni₃ S₂ , NiS), оксиды (NiO, CuO, Fe₂ O₃ , Fe₃ O₄ ), ферриты (NiFe₂ O₄ , CuFeO₂ ). Платиновые металлы в шламах представлены рентгеноаморфными металлическими формами.

Непосредственная переработка бедных по содержанию благородных метал­лов продуктов, в состав которых входят значительные количества цветных металлов, железа и серы, на аффинажных предприятиях не производится. Поэтому анодные шламы предварительно обогащают различными пиро- и гидро­металлургическими методами с получением концентратов платиновых металлов. Технологические схемы обогащения шламов, применяемые на различных заводах, различаются между собой.

Существующие схемы построены на селективном растворении цветных ме­таллов, содержащихся в шламах. Благородные металлы при этом остаются в нерастворенном осадке, который направляют на аффинажное производство. Раствор, содержащий сульфаты цветных металлов, идет в основное производство. Во многих случаях для улучшения растворения цветных металлов шламы прохо­дят предварительную пирометаллургическую подготовку (обжиг, спекание, восстановительную плавку и т.д.).

Переработка шламов методом сульфатизации.

Метод основан на том, что сульфиды, оксиды и другие соединения цветных металлов при взаимодействии с концентрированной серной кислотой при темпе­ратуре выше 150°С образуют сульфаты, которые при последующем выщелачива­нии переходят в раствор:

Me S+4H₂ SO₄ =Me SO₄ +4H₂ O+4SO₂ ;

Me O+H₂ SO₄ =Me SO₄ +H₂ O;

Me +2H₂ SO₄ =Me SO₄ +2H₂ O+SO₂ ;

Me ₂ S+6H₂ SO₄ =2Me SO₄ +6H₂ O+5SO₂ .

Благородные металлы должны концентрироваться в нерастворимом остатке. Технологическая схема сульфатизации шлама приведена ниже:

Влажный шлам

H₂ SO₄

Репульпация

Сульфатизация

Выщелачивание

Фильтрация

Раствор Концентрат

в электролиз

никеля Щелочная

разварка

Фильтрация

Концентрат Раствор

платиновых на сброс

металлов

Согласно схеме, шлам репульпируется в серной кислоте при 60-90 °С в тече­ние 4-6 ч. При этом в раствор переходит до 30 % никеля и меди. Благородные металлы полностью остаются в твердом остатке, который подвергают сульфати­зации в течение 10-12 ч при температуре 250-300 °С. Сульфаты цветных металлов и железа выщелачиваются водой, а твердый остаток для удаления кремнекислоты обрабатывают в течение 4 ч 4 М раствором щелочи при 80-90 °С. Твердый остаток, содержащий до 30 % палладия и платины, направляют на аффинаж. Щелочный раствор после нейтрализации сбрасывают.

Эта схема имеет существенный недостаток - при температуре сульфатизации выше 200 °С иридий, родий и рутений более, чем на 95 % переходят в раствор.

Поэтому предложен способ двойной сульфатизации (см. Приложение №1 , рис.2). Медный и никелевый шламы в принятых пропорциях поступают на первую стадию сульфатизации, проводимую при 180-190 °С. Никель, медь, же­лезо более, чем на 99 % переходят в раствор. Платиновые металлы практически полностью остаются в нерастворимом остатке. Концентрация платины в растворе не превышает 0.01 мг/л.

Нерастворимый остаток более, чем в 8 раз обогащается платиновыми метал­лами, тем не менее, содержание благородных металлов в нем недостаточно для проведения аффинажных операций. Поэтому его подвергают второй сульфатиза­ции при 270-300 °С, Т:Ж=1:5, при механическом перемешивании в течении 10-12 ч. Просульфатизированный материал выщелачивается водой при 80-90 °С. При этом достигается дополнительное обогащение нерастворимого остатка платино­выми металлами примерно в 2-3 раза.

Остаток после второй сульфатизации и выщелачивания подвергают обес­кремниванию разваркой в 5 М растворе щелочи при 100 °С. Потери благородных металлов со щелочным раствором не превышают 0.2 %. Этот раствор после нейтрализации сбрасывают. Полученный концентрат содержит 40-45 % плати­ноидов и идет на аффинаж.

Схема двойной сульфатизации обеспечивает достаточно высокое извлечение всех платиновых металлов в продукты, пригодные для аффинажных операций. Недостатками ее являются невысокая производительность сульфатизационного оборудования.

Переработка шламов сульфатизирующим обжигом и электролитическим растворением вторичных анодов.

На некоторых предприятиях обогащение шламов осуществляется с использо­ванием пирометаллургических операций. Одна из схем этого процесса приведена на рис. 3., Приложение №1.

Шлам никелевого электролиза смешивают со шламом медного электролиза, из которого предварительно удален селен, и эту смесь подвергают окислительно-сульфатизирующему обжигу в печи с механическим перемешиванием. Обжиг протекает в течении 10-14 ч при 550-600 °С. При этом сульфиды меди, никеля и железа переходят в сульфаты. Платина находится в огарке в виде свободных металлов.

Огарок после обжига выщелачивают 0.5-1.0 М H₂ SO₄ при 80-90 °С и механи­ческом перемешивании. Сульфаты никеля, меди, железа переходят в раствор. Остаток обогащается в 2.5-3.5 раза. Платина в растворах после выщелачивания практически отсутствует.

Выщелочный огарок после сушки направляют на восстановительную плавку и отливку анодов. Плавку ведут в электропечи при 1700 °С. Полученные шлаки перерабатывают в обеднительных электропечах, а обедненные шлаки передают в медное или никелевое производство. Аноды, обогащенные платиновыми метал­лами, подвергают электролитическому растворению в сернокислом электролите. Продуктами электролиза являются: анодный шлам, катодная медная губка и никелевый раствор.

Для отделения вторичных шламов от медной губки аноды помещают в диа­фрагмы из фильтрованной ткани. Анодный шлам представляет собой богатый платиновый концентрат. Катодную медную губку растворяют в серной кислоте, в результате чего медь переходит в раствор, а остаток является другим концентра­том платиновых металлов.

Таким образом, технологическая схема обогащения шламов с использова­нием окислительно-сульфатизирующего обжига и электролитического растворе­ния вторичных анодов позволяет получить селективные концентраты, что значительно облегчает процесс аффинажа.

Аффинаж.

Концентраты платиновых металлов, полученные непосредственно из коренных руд или после переработки анодных шламов, и шлиховую платину из россыпных руд передают на аффинажные заводы для получения платиноидов. Технологические схемы аффинажа платиновых металлов насчитывают десятки взаимосвязанных операций с многочисленными оборотами растворов и полупро­дуктов, с постепенным выделением тех соединений, из которых непосредственно можно получить очищенные платиновые металлы.

Сырье для получения платиновых металлов.

Сырьем для получения платиновых металлов служат: шлиховая платина, извлекамая при разработке и обогащении россыпей, концентраты, выделяемые в результате обогащения и гидрометаллургической обработки анодных шламов электролиза никеля и меди, лом вторичных платиновых металлов и другие от­ходы.

Шлиховая платина - это смесь зерен самородной платины, представляющая собой сплав платиновых металлов с железом, медью, никелем и другими элемен­тами. Для шлиховой платины характерен следующий состав: до 85-90% Pt; 1-3% Ir; менее1% Rh и Ru; до 15% Fe.

Обогащенные анодные шламы содержат, %:

Pd……….35-45 Te……….1.5-2.5 Se………1.0-1.67

Pt………..15-20 Cu………0.7-2.5 Rh……….0.4-0.6

Ag………..8-10 Ni……….0.6-2.5 Ru…….0.08-0.15

S……….2.0-5.0 Au………1.5-2.0 Ir……...0.04-0.08

Fe………1.5-4.0

Переработка шлиховой платины.

Шлиховую платину вследствие высокого содержания в ней платины и отно­сительно малого количества загрязняющих элементов - серы и цветных металлов - перерабатывают по относительно простой схеме. Главнейшими операциями являются растворение, доводка растворов и избирательное осаждение отдельных платиновых металлов.

Первый этап переработки шлиховой платины - ее растворение в царской водке, которую готовят смешением соляной кислоты (плотность 1.12) и азотной (плотность 1.58) в объемном отношении 3 : 1. Вследствие высокой плотности шлиховой платины и быстрого оседания ее на дно реактора растворение осущест­вляют в чане с набором тарелок или при интенсивном перемешивании с помощью механических мешалок.

Вначале шлихи растворяют без подогрева, так как в первое время реакция растворения протекает весьма энергично, а затем (через 4-5 ч) подогревают до 110-120 °С, что ускоряет процесс растворения, который заканчивается примерно через сутки. Растворение платины идет по следующей реакции:

3Pt+4HNO₃ +18HCl=3H₂ [PtCl₆ ]+4NO+8H₂ O.

В раствор переходит свыше 99% платины. Количество нерастворимого остатка обычно находится в пределах 4-6% поступающей на растворение массы шлиховой платины. В этом остатке содержится до 10% платины.

Для последующего избирательного осаждения платины в виде нераствори­мого хлороплатината аммония (NH₄ )₂ [PtCl₆ ] необходимо предварительно перевести иридий (IV) и палладий (IV) соответственно в иридий (III) и палладий (III), иначе при осаждении платины хлористым аммонием иридий (IV) и палладий (IV) также выпадут в осадок в виде труднорастворимых соединений (NH₄ )₂ [PdCl₆ ] и (NH₄ )₂ [IrCl₆ ], загрязняющих платиновый осадок.

Раствор обрабатывают последовательно 5-, 12.5- и 25% -ным раствором хло­ристого аммония. При этом платина выпадает в осадок в виде хлороплатината:

H₂ [PtCl₆ ]+2NH₄ Cl=(NH₄ )₂ [PtCl₆ ]+2HCl

Полученный хлороплатинат отфильтровывают и промывают на фильтре 5% -ным раствором хлористого аммония. Осадок хлороплатината прокаливают в муфельных электропечах в течении 10-12 ч с постепенным повышением темпера­туры до 1000 °С. При этом образуется губчатая платина, содержащая примеси других металлов. Поэтому ее измельчают, повторно растворяют в царской водке и переосаждают в виде хлороплатината аммония.

Очищенная платиновая губка имеет светло-серый цвет с металлическим блеском: при ударе она должна мыться, не рассыпаясь в порошок. Платина по­ставляется потребителю в слитках.

Переработка вторичного платинусодержащего сырья.

Как правило, все разновидности платинусодержащего сырья перерабатывают на аффинажных и металлургических предприятиях. Сырьем для аффинажных заводов служат лом изделий из платины и сплавов благородных и цветных метал­лов; платиновые концентраты (не менее 10 % Pt), получаемые на заводах вторич­ных благородных металлов при переработке бедного сырья и т. п.

На металлургические заводы направляют сырье, сравнительно бедное по содержанию платиновых металлов, например, отработанные катализаторы неко­торых типов, содержащие 0.05-0.5 % Pt.

Переработку отработанных катализаторов на основе оксида алюминия условно осуществляют двумя методами обеспечивающими: 1) выделение основы (Al₂ O₃ ) с получением концентрата благородных металлов; 2) извлечение благо­родных металлов, не затрагивая при этом основы.

К методам первой группы относятся различные варианты сульфатизации. Так называемая “сухая” сульфатизация осуществляется смачиванием материала концентрированной серной кислоты, взятой в трехкратном избытке по отноше­нию к твердому, и прокаливанием при 300 °С. Процесс осуществляют в подовых печах с механическим перегребанием или во вращающихся трубчатых печах. Охлажденный спек выщелачивают водой. Выход нерастворимого остатка состав­ляет 12-13 % массы исходного материала. При переработке катализатора АП-56 содержание платины в кеке выщелачивания повышается до 4.6-4.8 %. Если растворение спека вести в 10 %-ном растворе H₂ SO₄ , то содержание платины в полученном концентрате достигает 7.5-8.5 %.

В целях повышения качества концентратов предложена комбинированная технологическая схема, включающая предварительное сернокислотное выщела­чивание оксида алюминия в 10-20 %-ном растворе H₂ SO_4, обжиг кека при 550-600 °С и повторное выщелачивание огарка в сернокислом растворе. Технология обес­печивает получение концентрата, содержащего до 20-22 % платины. В соответст­вии с другим вариантом этой технологии нерастворимый остаток первого выщелачивания смешивают с углем и нагревают в атмосфере, не содержащей окислителя, до 750-800 °С.

Полученный огарок подвергают второму сернокислотному выщелачиванию с получением 25-30 % платинового концентрата.

При реализации метода сульфатизации наблюдается частичный переход пла­тины в раствор. Это обусловлено присутсвием с исходном катализаторе сорбиро­ванного молекулярного хлора, вследствие чего при сульфатизации создаются условия для образования хлоридных комплексов платиновых металлов. Из-за наличия на поверхности носителя адсорбированных минеральных солей, напри­мер, галогенидов, возможно также растворение платины с участием в качестве окислителя кислорода воздуха. Особо следует отметить, что “сухая” сульфатиза­ция, проводимая в условиях высоких температур (300 °С), как правило, приводит к активной ионизации воднорастворимых соединений металла.

Из всех рассмотренных вариантов технологии сернокислотного обогащения только последний обеспечивает невысокий переход платины в раствор, что обу­словлено проведением обжига в восстановительной атмосфере.

К первой группе относятся также щелочные методы, основанные на способ­ности оксида алюминия взаимодействовать со щелочами с образованием водно­растворимых алюминатов натрия. Так, сплавлением отработанных катализаторов с NaOH и последующим выщелачиванием сплава в воде можно получить концентрат, содержащий 18-22 % Pt.

Спекание отработанных катализаторов с кальцированной содой при 1200-1250 °С, охлаждение и последующее выщелачивание в растворе едкого натра при 90-95 °С позволяют получать концентраты, содержащие от 14 до 34 % Pt.

Известен способ выщелачивания оксида алюминия в автоклаве раствором NaOH при 160-175 °С и давлении 0.6-0.7 МПа с получением концентрата, содер­жащего 8-9 % Pt.

Методами второй группы используются, в основном, приемы хлорной метал­лургии, в частности, перевод платины в раствор в виде хлоридного комплекса. Оксид алюминия при этом остается индиферрентным к воздействию хлор-агентов. Из раствора платиноиды осаждают цементацией алюминием, цинком или магнием.

Из отработанных катализаторов платина может быть извлечена плавкой на медный сплав. Для ошлаковывания тугоплавкого оксида алюминия в шихту вводят известь и плавиковый шпат CaF₂ , для образования коллектирующей фазы - порошковую медь. Плавку ведут при 1500-1550 °С. Медный сплав, в котором концентрируются платиновые металлы, направляют на аффинаж. Шлаки с невы­соким содержанием благородных металлов возвращают в рудный передел.

Производство и потребление.

Таблица 7.

Производство платины, кг.

Практическое применение этот металл стал находить еще в начале прошлого века, когда начали изготавливать из него реторты для хранения концентрирован­ной серной кислоты. С тех пор платина служит материалом для тиглей, чашей, сеток, трубок и других лабораторных атрибутов.

Важнейшие области применения плотины – химическая и нефтеперерабаты­вающая промышленность. В качестве катализатора различных реакций использу­ется около половины всей потребляемой платины. Одним из важнейших катали­тических процессов является окисление аммиака с целью получения азотной кислоты (по оценочным данным на эти цели ежегодно идет 10-20% добываемой в мире платины).Точайшая сетка (до 5000 отверстий на квадратный сантиметр), сплетенная из платиновых проволочек, подобная тонкой ткани и столь же мягкая, как легкий шелк, составляет главную и ответственнейшую часть аппарата для окисления аммиака. Смесь аммиака с воздухом продувается через эту сетку, превращаясь в окислы азота и водяные пары. При растворении окислов азота в воде образуется азотная кислота. Большое количество платины расходуется также на изготовление кислото- и жароупорной аппаратуры химических заводов.

В нефтеперерабатывающей промышленности с помощью платиновых катали­заторов на установках каталитического риформинга получают высокооктановый бензин, ароматические углеводороды и технический водород из бензиновых и лигроиновых фракций нефти.

Таблица 8.

Потребление платины по отраслям в США в количественном и процентном соотношениях.

В автомобильной промышленности каталитические свойства платины используют для дожигания и обезвреживания выхлопных газов, с целью оснащения автомобилей специальными устройствами по очистке выхлопных газов от вредных примесей.Платина начинает окислять токсичные вещества выхлопа, начиная с 40 градусов по Цельсию, то есть сразу же после пуска двига­теля. И, что особенно важно, не боится перепадов температур и вибраций.Платина наносится тонким слоем на пористый керамический диск диаметром 127 миллиметров и толщиной чуть более карандаша. Мелкие поры этого диска обра­зуют поверхность более 60 квадратных метров. Для образования в них тончайшей пленки расходуется около 1,5 грамма драгоценного металла. Диск, облагорожен­ный платиной, помещается в коробку из нержавеющей стали, которая выдержи­вает нагрев до 800 градусов, и ставится у входа в глушитель. Такой катализатор превращает углеводороды, угарный газ в безобидную воду и углекислоту.

Стабильность электрических, термоэлектрических и механических свойств плюс высочайшая коррозионная и термическая стойкость сделали этот металл незаменимым для современной электротехники, автоматики и телемеханики, радиотехники, точного приборостроения. Используя лучшие качества металла, конструкторы создали целую гамму нагревателей, термопар, различных датчиков, работающих в агрессивных средах. Кроме того, платиново-иридиевые (3:1) контакты в прерывателях электрического тока васокого напряжения служат дольше и надежнее всех остальных. В компьютерах и ракетной технике, где нужна особая стабильность электрических характеристик, контакты делают из чистой платины.

Незначительная часть платины идет в медицинскую промышленность. Из платины и ее сплавов изготовляют хирургические инструменты, которые, не окисляясь, стерилизуются в пламени спиртовой горелки. 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. Некоторые соединения платины используют против различных опухолей. По структуре большинство из этих веществ - это неэлектролиты, цис- изомеры, производные двухвалентной платины. Самым эффективным соединением считается цис- дихлоро­диаминоплатина (II) [Pt(NH₃ )₂ Cl₂ ]. Это активное в химическом соотношении вещество, в котором ионы Cl^– частично замещаются молекулами воды с образованием иона [Pt(NH₃ )₂ (H₂ O)₂ ]²⁺ . Процесс ионизации дихлоро­диаминоплатины идет главным образом в клетках, где концентрация хлоридов ниже, чем в сыворотке крови. Продукт гидролиза [Pt(NH₃ )₂ Cl₂ ] реагирует с азоти­стыми основаниями ДНК как бифункциональный агент, вызывая образование поперечных связей между нитями ДНК. Это служит основной причиной нарушения деления и гибели опухолевых клеток. Дополнительным механизмом противоопухолевого действия дихлородиаминоплатины является активация иммунитета организма. Важное применение платине нашли 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.

Платину применяют и зубные техники, которых привлекает ее неокисляе­мость – важнейшее свойство материала для протезов. В чистом виде платина слишком мягка, чтобы успешно выполнять эту роль, зато ее сплавы, обладающие высокой прочностью, успешно служат в качестве зубных коронок и искусствен­ных зубов. Сначала для повышения твердости к платине добавляли серебро и никель, затем для этой цели стали использовать золото и платиновые металлы, в союзе с ними коррозионностойкая платина обретает к тому же необычайную износостойкость.

Платина по-прежнему незаменима при изготовлении фильер для получения стекловолокна. В специальных тиглях из этого драгоценного металла выплавляют стекло, применяемое в лазерах и ддддддругих оптических приборах. Нанося тончайший слой этого металла на стекло, получают платиновые зеркала, обладающие так называемой односторонней прозрачностью: со стороны источ­ника света зеркало непрозрачно и отражает находящиеся перед ним предметы, как и обычное зеркало. Но с теневой стороны оно прозрачно, как стекло, и, таким образом, можно увидеть все, что находится по другую его сторону.

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 по очень строгой и постоянной зависимости от температуры. Подключенная к прибору, регистрирующему изменение 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 разных металлов, а затем нагреть место спая, то в цепи появится электрический ток. Чем выше температура нагрева, тем большая электродвижущая сила возникает в цепи термопары. Для изготовления этих приборов часто используют платину и ее сплав с родием или иридием.

Таблица 9.

Цены на платину, доллар за 1 тройскую унцию.

Рост спроса на платину в мире является залогом высоких цен. По оценочным данным крупнейшей в мире компании по маркетингу металлов платиновой группы Johnson Matthey (JM) спрос на платину вырос в 1994 году на 7% и достиг уровня в 4.32 млн тройских унций. При этом с 1993 года сокращается потребление платины в промышленности. Однако рост заказов ювелиров и автомобилестроителей перекрывает это сокращение. Таквювелирномпроизвод­ствепотреблениеплатиныоцениваетсяв 50 тонн. Второй фактор повышения спроса на этот металл - рост использования его в автокатализаторах. За это рынок платины должен быть благодарен партии зеленых, поскольку именно введение более строгих мер по ограничению вредных выбросов в атмосферу привело к тому, что почти все новые автомобили оснащаются автокатализаторами.

Таблица 10.

Потребление платины в мире в 1993 году (по информации Johnson Matthey).

Бедность платиновых руд, отсутствие крупных месторождений и отсюда высокая стоимость металла, в значительной степени ограничивают практическое применение платины.

- Приложение №1…………………………………….………………….23

- Рис.1………………………………………………….23

- Рис.2………………………………………………….24

- Рис.3………………………………………………….25

- Приложение №2. Словарь терминов……...…………………………..26

Приложение №1.

Рис.1. Технологическая схема переработки сульфидных медно-никелевых руд.

Руда

Отвальные хвосты

Обогащение

Медный концентрат Никелевый концентрат

Газы

Обжиг на производство Окатывание или агломерация

H₂ SO₄

Отражательная Газы

плавка

Пылеулавливание

Отвальный Штейн

шлак Газы Пыль

Конвертирование Агломерат или окатыши

Черновая Электроплавка

медь

Штейн Шлак

Огневое

рафинирование

Шлак Конвертирование Флотация

Файнштейн Хвосты

в отвал

Аноды Медный Разделение Концентрат

концентрат

Электрорафинирование

меди Никелевый концентрат

Пыль

Электролит Катоды

Магнитная Обжиг Газы

фракция

Пыль

Закись никеля

Шлам Пылеулавливание

Восстановительная

плавка

Газы

Аноды

Электролит Электрорафинирование Катодный

на очистку никеля никель

Шлам

Обогащение

Платиновые

концентраты

на аффинаж

Рис. 2. Принципиальная технологическая схема переработки медных и нике­левых шламов методом двойной сульфатизации.

Никелевый шлам Медный шлам

H₂ SO₄ Пары, газ

1^ая сульфатизация

180 °С, Т:Ж=1.5, t=8-9 ч

H₂ O

Выщелачивание

[H₂ SO₄ ]=250 г/л, 80-90 °С, t=3 ч

Фильтрация

Раствор Кек I

H₂ SO₄

Пары, газ

В основное

производство 2^ая сульфатизация

t=300 °С, Т:Ж=1:4, t=10 ч

H₂ O FeSO₄

Выщелачивание

Фильтрация

Раствор Кек II

NaCl Пары, газ

Осаждение AgCl Сушка, прокаливание

Фильтрация Щелочная разварка Производство

t=90 °С, t=1 ч Se

AgCl Т:Ж=1:5, 400 г/л NaOH

Раствор Сера

Разбавление водой

Осаждение спутников Pt до 150 г/л NaOH

Фильтрация Фильтрация, промывка

Осадок

Фильтрат Нерастворимый остаток Раствор

Сушка, на

Производство Te прокаливание Сушка, прокаливания, сброс

измельчение, упаковка

Концентрат ПК-2

Концентрат ПК-1 Pt, Pd, Au

Рис. 3. Технологическая схема обогащения шламов.

Никелевый и медный шламы после извлечения селена

Окислительно-сульфатизирующий обжиг

Огарок Газы

Растворение Мокрая газоочистка

Осадок Раствор Раствор Кеки

Сушка Na₂ CO₃

Ванны обезмеживания

Электроплавка Нейтрализация

Медь в медное

Шлак Аноды производство Раствор

в переработку на сброс

Раствор NiSO₄

В никелевое производство

Электролитическое растворение

Шлам H₂ SO₄ Медная губка Ni порошок Раствор

Промывка Выщелачивание Цементация

Сушка Раствор Цементат

1^й концентрат H₂ SO₄ Экстракция

Выщелачивание Органическая

фаза

Остаток

Отгонка

Промывка

Прокаливание

Сушка Раствор в ванны

обезмеживания 3^й концентрат

2^й концентрат

Приложение №2.

Словарь терминов.

Автоклав - (авто+ключ) аппарат для проведения различных процессов при нагреве и под газовым давлением выше атмосферного.

Агломерат - основное сырье для черновой и цветной металлургии при получении металлов (сплавов) из руд.

Агломерация - термический способ окускования мелких метериалов, чаще всего рудной шихты, для улучшения их металлургических свойств. Нагрев осуществляется обычно за счет сжигания мелкого топлива в самом обрабатываемом материале при непрерывном подсосе воздуха. В агломерационную шихту часто вводят флюсы (известняк). Окускование при агломерации происходит главным образом в результате связывания отдельных зерен легкоплавкой жидкостью, образовавшейся при нагреве, и формирования кусков при охлаждении. Агломерацию осуществляют преимущественно на агломерационных машинах ленточного типа, представляющих собой непрерывную цепь тележек с решетчатым дном. Продукт агломерации - агломерат.

Десульфурация - обессеривание - физико-химические процессы, способствующие удалению серы из расплавленного металла. Сера связывается в прочные сульфиды и переходит в шлак.

Кек - твердый остаток после фильтрации пульпы. Чаще всего содержит 12-20 % влаги.

Окатыши - продукт окусковывания пылевидной руды или концентратов путем окомкования и обжига. Имеют форму шариков диаметром 10-20 мм, прочность их оценивается усиливанием раздавливания. При изготовлении офлюсованных окатышей в шихту добавляют известь (CaO).

Платиновые металлы - химические элементы VIII группы периодической системы Менделеева: рутений Ru, родий Rh, палладий Pd, осмий Os, иридий Ir и платина Pt. Серебристо-белые металлы с различными оттенками. Благодаря высокой химической стойкости, тугоплавкости и красивому внешнему виду платиновые металлы, наряду с серебром и золотом, называются благородными металлами. Для земной коры характерно самородное состояние платиновых металлов.

Платина самородная - минерал класса самородных элементов. Примеси железа (до 10% в коликсене, до 20% в ферроплатине), иридия, палладия, родия, меди. Цвет от белого до серо-стального. Твердость по минералгической шкале 4-4.5; плотность до 21 000 кг/м³ . Главный источник получения платины.

Платиновые сплавы - сплавы платины (основа) обычно с другими благородными металлами, чаще всего с родием (до 40%), палладием (до 50%), иридием, а также никелем, кобальтом, хромом, вольфрамом и молибденом. Характеризуются высокой коррозийной стойкостью во многих агрессивных средах, высокими механическими свойствами, в ряде случае каталитическим действием. Применяются для электрических контактов, термопар, в качестве жаропрочных и коррозионностойких материалов в химической и других отраслях промышленности.

Платиновые руды - минеральные образования, содержащие платиновые металлы в промышленных концентрациях. Главные минералы: самородная платина, поликсен, ферропла­тина, платинистый иридий, невьянскит, сысертскит и др. Коренные месторождения преимущественно магматического происхождения содержат от десятых долей г/т до единиц кг/т; россыпи - от десятков мг/м³ до сотен г/м³ . Главные добывающие страны: ЮАР, Канада, Колумбия, США.

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 ].

Платина шлиховая - смесь зерен самородной платины, представляющая собой сплав платиновых металлов с железом, медью, никелем и другими элементами.

Платиноиды - то же, что платиновые металлы.

Пульпа - смесь твердых частиц и жидкости, в которой они взвешены. При обогащении руд и минералов пульпой называется смесь тонкоизмельченного сырья с водой, в гидрометаллургии - смесь подвергаемых обработке материалов с водой или химическими реагентами.

Рафинирование металлов - удаление из жидких металлов и сплавов примесей неметалли­ческих включений, газов для повышения качества и получения ценных сопутствующих элементов. Применяют пирометаллургические (рафинирующие переплавы), химические, физико-химические (адгезионные), электролитические, физико-механические (флотационные, барботажные) методы рафинирования.

Сепарация - отделение жидких или твердых частиц от газа, твердых - от жидкости, разделение на составные части твердых или жидких смесей. Сепарация широко используется при обогащении руд и рудных минералов.

Файнштейн - безжелезистый сульфид меди или никеля, получаемый при бессемеровании штейнов и используемый для извлечения цветных (в том числе благородных) металлов. В зависимости от содержания тех или иных цветных металлов различают файнштейн медный - Cu₂ S (называют также белым маттом), никелевый Ni₃ S₂ , медноникелевый Cu₂ SNi₃ S₂ .

Флотация - способ обогащения, основанный на различной смачиваемости минералов водой. Для успешной флотации активность поверхности минералов повышается флотационными реагентами. Различают флотацию маслянную, пленочную, пенную (основной метод обогащения полезных ископаемых), при которой частицы одних минералов прилипают к воздушным пузырькам и переходят вместе с ними в пенный слой (концентрат), а другие - остаются во взвешенном состоянии в воде (хвосты).

Флюсы в металлургии - материалы, преимущественно минерального происхождения, вводимые в печь (шихту) для образования шлака и регулирования ее состава, в частности, для связывания пустой породы руды или продуктов раскисления металла. По химическому составу флюсы делятся на основные (известняк), кислые (кремнезем), нейтральные (глинозем) и солевые (хлоридно-фторидные). При плавке сплавов цветных металлов используют флюсы покрывные (защитные), рафинирующие и модифицирующие.

Шихта - 1. Смесь сырых материалов, подлежащая переработке в металлургических агрегатах. Шихту загружают либо в виде смеси с равномерным распределением, проведенным вне агрегата, либо порциями или слоями, состоящими из разных компонентов шихты; 2. Набор метал­лических компонентов для выплавки сплавов методом переплава.

Шлак металлургический - расплав (после затвердевания -камневидное или стекловидное вещество), обычно покрывающий при плавильных процессах поверхность жидкого металла. Состоит из специально вводимых в печь флюсов, а также из всплывших продуктов химических реакций, подлежащих удалению из металла примесей, золы топлива, разрушаемой футеровки. В зависимости от преобладания тех или иных оксидов шлак может быть основным или кислым. Шлак играет важную роль в металлургических процессах: защищает покрываемый им металл от вредного воздействия газовой среды печи, усваивает всплывающие примеси и неметаллические включения и выполняет другие разнообразные физико-химические функции.

Штейн - промемежуточный продукт при получении некоторых цветных металлов из их сульфидных (сернистых) руд и рудных концентратов. Представляет собой сплав сульфидов железа с сульфидами извлекаемого металла.

Эвтектика - структура сплавов, состоящая из определенного сочетания двух (или более) твердых фаз, одновременно кристаллизовавшихся из расплава при температуре ниже температуры плавления отдельных компонентов эвтектической смеси. Теория кристаллизации эвтектик разработана А. А. Бочваром. Кристаллизация эвтектического сплава (эвтектическое превращение) протекает при постоянной температуре.

Список литературы:

1. «Рассказы о металлах». С.И. Венецкий. Издательство «Металлургия». Москва, 1985 г.

2. «Элементы вселенной». С. Гридчин, А. Гридчин. Центрально-черноземное книжное издательство. Воронеж, 1980 г.

3. «Мир металлов и сплавов». Г.Н. Фадеев, А.П. Сычев. Издательство «Просве­щение». Москва, 1978 г.

4. «От водорода до… Нобелия?». П.Р. Таубе, Е.И. Руденко. Государственное издательство Высшая школа. Москва, 1961 г.

5. «Общая химия: Учебное пособие для вузов». Н.Л. Глинка. Издательство «Химия», 1977 г.

6. «По следам элементов». З. Энгельс, А. Новак. Издательство «Металлургия». Москва, 1985 г.

7. «Популярная библиотека химических элементов». Под редакцией И.В. Перянова-Соколова. Издательство «Наука», 1977 г.

8. «Творцы науки о металле». А.С. федоров. Издательство «Наука». Москва, 1980 г.

9. Финансовые известия №83 (212), 31 октября 1995 г.

10. Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ).

11. Советский энциклопедический словарь. Издательство «Советская энциклопе­дия». Москва, 1982 г.

12. Политехнический словарь.

13. «Краткий терминологический словарь по металлургии». Под редакцией доц. В.П. Соловьева. Издательство МИСиС. Москва, 1988 г.

14. «Металлургия благородных металлов». Под редакцией Л. В. Цугоева. Издательство «Металлургия». Москва, 1987 г.