Металлы платиновой группы

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРАВИТЕЛЬСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт наук о Земле

Кафедра минералогии

Реферат

по геохимии металлы платиновой группы

Студентки 4 курса

Легеньковой А.М.

Санкт-Петербург

2014



Оглавление

Общие сведенья и свойства

История открытия

Минералы платиновой группы

Геохимия

Типы месторождений

Экономика

Экология

Платина в медицине

Литература



Общие сведения и свойства

Металлы платиновой группы (Платиноиды) -- коллективное обозначение шести переходных металлических элементов (рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина), имеющих схожие физические и химические свойства, и, как правило, встречающихся в одних и тех же месторождениях. В связи с этим, имеют схожую историю открытия и изучения, добычу, производство и применение. Металлы платиновой группы являются благородными и драгоценными металлами. Иногда, металлы платиновой группы подразделяют на две триады: рутений, родий и палладий -- лёгкие платиновые металлы, а платина, иридий и осмий -- тяжёлые платиновые металлы.

Все платиновые металлы светло-серые и тугоплавкие, обладают высокой плотностью. Платина и палладий пластичны, осмий и рутений хрупкие. МПГ весьма инертны: они растворяются в горячей царской водке (кроме рутения), при нагревании реагируют с некоторыми кислотами, щелочами, кислородом, фтором, хлором, серой. Платиновые металлы обладают высокой каталитической активностью в реакциях гидрирования, что обусловлено высокой растворимостью в них водорода. Палладий способен растворить до 800--900 объёмов водорода, платина -- до 100. Все платиновые металлы парамагнитны.

Рутений -- элемент побочной подгруппы восьмой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 44. Обозначается символом Ru (лат. Ruthenium). Простое вещество кристаллизуется в гексагональной сингонии. Атомный радиус 1,34 Е. Конфигурация внешних электронных оболочек атома: 4d75s1. Плотность 12,41 -- г/смі. Температура плавления -- 2334 °C; температура кипения -- 4077 °C.

Рутений не растворяется в кислотах и царской водке (смеси HCl и HNO3). Вместе с тем рутений реагирует с хлором выше 400 °C (образуется RuCl3) и со смесью щелочи и нитрата при сплавлении (образуются рутенаты, например Na2RuO4).

Рутений способен давать соединения, соответствующие разной степени окисления:

Ru(CO)n

+ Ru(CO)nBr

+ Me2[RuCl4]; Me4[Ru(CN)6]

+ RuCl3; Мe3[RuCl6]

+ RuCl4; RuO2; Me2[RuCl6]

+ Me[RuF6]; RuF5

+ Me2[RuO4]; Me2[RuF8]; RuF6

+ Me[RuO4]

+ RuO4; RuO4 * PCl3

Родий -- элемент побочной подгруппы восьмой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 45. Обозначается символом Rh (лат. Rhodium). Простое вещество кристаллизуется в кубической сингонии. Атомный радиус 1,34 Е. Плотность -- 12,41 г/смі. Температура плавления -- 1963 °C; температура кипения -- 3727 °C. Родий имеет высокий коэффициент отражения электромагнитных лучей видимой части спектра. Конфигурация внешних электронных оболочек атома: 4d85s1.

Металлический родий растворяется в царской водке при кипячении, в расплаве КНSО4, в концентрированной серной кислоте при нагревании, а также электрохимически, анодно -- в смеси перекиси водорода и серной кислоты. Родий характеризуется высокой химической устойчивостью. С неметаллами он взаимодействует только при температуре красного каления. Мелко измельчённый родий медленно окисляется только при температуре выше 600 °C. При нагревании родий медленно взаимодействует с концентрированной серной кислотой, раствором гипохлорита натрия и бромоводорода. При спекании реагирует с расплавами гидросульфата калия KHSO4, пероксида натрия Na2O2 и пероксида бария Ba2O2. В присутствии хлоридов щелочных металлов, когда есть возможность образовывать комплексы [RhМе3]3?, родий взаимодействует с хлором. При действии на водные растворы солей и комплексов родия (III) щелочами образуется осадок гидроксида родия Rh(OH)3. Гидроксид и оксид родия (III) проявляют основные свойства и взаимодействуют с кислотами. Высшую степень окисления +6 родий проявляет в гексафториде RhF6, который образуется при прямом сжигании родия во фторе. В низших степенях окисления +1 и +2 родий образует комплексные соединения.

Палладий -- элемент побочной подгруппы восьмой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 46. Обозначается символом Pd (лат. Palladium). Простое вещество обладает гранецентрированной кубической решёткой типа Cu. Атомный радиус 1,37 Е. Конфигурация внешних электронных оболочек атома: 4d10. Плотность -- 12,02 г/смі. Температура плавления -- 1554 °C; температура кипения -- около 2940 °C.

Палладий не реагирует с водой, разбавленными кислотами, щелочами, раствором аммиака. Реагирует с концентрированными соляной и азотной кислотами, царской водкой, галогенами, серой. Окисляется при сплавлении с гидросульфатом калия KHSO4

Осмий -- химический элемент с атомным номером 76 в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом Os (лат. Osmium). Кристаллизуется в гексагональной сингонии. Атомный радиус 1,36 Е. Конфигурация внешних электронных оболочек атома: 4f145d66s2. Обладает наибольшей плотностью среди всех веществ -- 22,61 г/смі. Температура плавления -- 3033 °C; температура кипения -- 5012 °C.

Порошок осмия при нагревании реагирует с кислородом, галогенами, парами серы, селеном, теллуром, фосфором, азотной и серной кислотами. Компактный осмий не взаимодействует ни с кислотами, ни со щелочами, но с расплавами щелочей образует водорастворимые осматы. Медленно реагирует с азотной кислотой и царской водкой, реагирует с расплавленными щелочами в присутствии окислителей (нитрата или хлората калия), с расплавленной перекисью натрия. Осмий -- один из немногих металлов, образующих полиядерные (или кластерные) соединения. В соединениях проявляет степени окисления от ?2 до +8, из которых самыми распространенными являются +2, +3, +4 и +8:

?2 Na2[Os(CO)4]

?1 Na2[Os4(CO)13]

0 Os3(CO)12

+1 OsI

+2 OsI2

+3 OsBr3

+4 OsO2, OsCl4

+5 OsF5

+6 OsF6

+7 OsOF5, OsF7

+8 OsO4, Os(NCH3)4

Иридий -- химический элемент с атомным номером 77 в периодической системе, обозначается символом Ir (лат. Iridium). Кристаллическая решётка -- кубическая гранецентрированная. Атомный радиус 1,36 Е. Конфигурация внешних электронных оболочек атома: 4f145d76s2. Обладает высокой плотностью, близкой к плотности осмия -- 22,56 г/смі. Температура плавления -- 2466 °C; температура кипения -- 4428 °C.

Иридий устойчив на воздухе при обычной температуре и нагревании, при прокаливании порошка в токе кислорода при 600--1000 °C образует в незначительном количестве IrO2. Выше 1200 °C частично испаряется в виде IrO3. Компактный иридий при температурах до 100 °C не реагирует со всеми известными кислотами и их смесями. Свежеосажденная иридиевая чернь частично растворяется в царской водке с образованием смеси соединений Ir(III) и Ir(IV). Порошок иридия может быть растворён хлорированием в присутствии хлоридов щелочных металлов при 600--900 °C или спеканием с Na2O2 или BaO2 с последующим растворением в кислотах. Иридий взаимодействует с F2 при 400--450 °C, а c Cl2 и S при температуре красного каления.

Платина (исп. Platina) -- химический элемент побочной подгруппы восьмой группы шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 78. Атомный радиус 1,39 Е. Кристаллическая решётка -- кубическая гранецентрированная. Конфигурация внешних электронных оболочек атома: 4f145d96s1. Плотность -- 21,45 г/смі. Температура плавления -- 1768 °C; температура кипения -- 3825 °C.

Платина нерастворима в кислотах и щелочах, за исключением царской водки. Также непосредственно реагирует с бромом, растворяясь в нём. При нагревании платина становится более реакционноспособной. Она реагирует с пероксидами, а при контакте с кислородом воздуха -- с щелочами. Тонкая платиновая проволока горит во фторе с выделением большого количества тепла. Реакции с другими неметаллами (хлором, серой, фосфором) происходят менее охотно. При более сильном нагревании платина реагирует с углеродом и кремнием, образуя твёрдые растворы, аналогично металлам группы железа. В своих соединениях платина проявляет почти все степени окисления от 0 до +6, из которых наиболее устойчивы +2 и +4.

Гексафторид платины PtF6 является одним из сильнейших окислителей среди всех известных химических соединений, способный окислить молекулы кислорода и ксенона:

С помощью него, в частности, канадский химик Нейл Бартлетт в 1962 году получил первое настоящее химическое соединение ксенона XePtF6.



История открытия

Рутений открыт профессором Казанского университета Карлом Клаусом в 1844 году, в том же году опубликовавшим о новом элементе большую статью «Химические исследования остатков Уральской платиновой руды и металла рутения» в «Учёных записках Казанского университета». Об открытии, методе получения и свойствах нового элемента Клаус сообщил в письме Г. И. Гессу на немецком языке, который зачитал его на заседании Петербургской Академии наук 13 сентября 1844 года, этот текст был опубликован в бюллетене Академии и в переводе на русский язык -- в «Горном журнале». Клаус выделил рутений из уральской платиновой руды в чистом виде и указал на сходство между триадами рутенийродий -- палладий и осмий -- иридий -- платина.

Происхождение названия

Первооткрыватель элемента К. К. Клаус назвал рутений в честь Руси (Ruthenia -- латинское название Руси, а в поздней латыни -- России). Название «рутений» было предложено в 1828 году Г. В.Озанном для элемента, который он по ошибке принял за новый элемент, и Клаус, действительно открывший новый элемент в 1844 году, дал ему это название.

Родний открыт в Англии в 1803 году Уильямом Гайдом Волластоном в ходе работ с самородной платиной. Происхождение названия от др.-греч. ?ьдпн -- роза, типичные соединения родия (III) имеют глубокий тёмно-красный цвет. Его можно увидеть, растворив металл в царской водке.

Палладий открыт английским химиком Вильямом Волластоном(William Hyde Wollaston) в 1803 году. Волластон выделил его из платиновой руды, привезённой из Южной Америки.

Для выделения элемента Волластон растворил руду вцарской водке(aqua regia) нейтрализовал кислоту раствором NaOH, затем осадил платину из раствора действиемхлорида аммонияNH4Cl (в осадок выпадаетхлорплатинат аммония). Потом к раствору был добавлен цианид ртути, при этом образовался цианид палладия. Чистый палладий был выделен из цианида нагреванием.

Назван по имени астероида Паллада, открытого немецким астрономом Ольберсом в 1802 году, то есть незадолго до открытия палладия. В свою очередь астероид назван в честь Афины Паллады из древнегреческой мифологии. Палладий -- легендарное деревянное изображение Афины Паллады, упавшее с неба. Было одним из условий несокрушимости Трои. Троя пала только после того, как любимцы богини, Одиссей и Диомед, во время ночной вылазки выкрали Палладий.

Осмий открыт в 1803 году английским химиком Смитсоном Теннантом в сотрудничестве с Уильямом Х. Уолластоном в осадке, остающемся после растворения платины вцарской водке. Сходные исследования проводились французскими химиками Колле-Дескоти, Антуаном Франсуа де Фуркруа и Вокленом, которые тоже пришли к выводу о содержании неизвестного элемента в нерастворимом остатке платиновой руды. Гипотетическому элементу было присвоено имя птен (греч. рфзнпт -- крылатый), однако опыты Теннанта продемонстрировали, что это смесь двух элементов -- иридия и осмия.

Открытие новых элементов было задокументировано в письме Теннанта Лондонскому королевскому обществу от 21 июня 1804 года.

Иридий был открыт в 1803 году английским химиком С. Теннантом одновременно с осмием, которые в качествепримесей присутствовали в природной платине, доставленной из Южной Америки. Теннант был первым среди нескольких учёных, кому удалось получить в достаточном количестве нерастворимый остаток после воздействия на платину царской водки и определить в нём ранее неизвестные металлы.

Иридий (др.-греч. ?сйт -- радуга) получил своё название благодаря разнообразной окраске своих солей.

В Старом Свете платина не была известна до XVIII века, однако цивилизации Анд (инки и чибча) добывали и использовали её с незапамятных времён. Первыми европейцами, познакомившимися с платиной, быликонкистадоры в середине XVI века. Считается, что первым в литературе упомянул о платине Скалигер в опубликованной в 1557 году книге «Экзотерические упражнения в 15 книгах», где он, полемизируя с Кардано о понятии «металл», рассказал о некоем веществе изГондураса, которое нельзя расплавить, вероятно, этим веществом и была платина.

В 1735 году испанский король издаёт указ, повелевающий платину впредь в Испанию не ввозить. При разработке россыпей в Колумбии повелевалось тщательно отделять её от золота и топить под надзором королевских чиновников в глубоких местах речки Рио-дель-Пинто, которую стали именовать Платино-дель-Пинто. А ту платину, которая уже привезена в Испанию, повелевалось всенародно и торжественно утопить в море. Дело в том, что платина легко сплавляется с золотом и по плотности от него почти не отличается, чем не преминули воспользоваться фальшивомонетчики. Королевское распоряжение было отменено через 40 лет, когда мадридские власти приказали доставлять платину в Испанию, чтобы самим фальсифицировать золотые и серебряные монеты. В 1820 году в Европу было доставлено от 3 до 7 тонн платины. Здесь с нею познакомились алхимики, считавшие самым тяжелым металлом золото. Необычайно плотная платина оказалась тяжелее золота, поэтому алхимики посчитали ее непригодным металлом и наделили адскими чертами. Некоторое применение платина нашла позже во Франции, когда из нее был изготовлен эталон метра, а позже эталон килограмма.

Согласно некоторым источникам, испанский математик и мореплаватель А. де Ульоа в 1744 году привёз образцы платины в Лондон:210, он поместил описание платины в своём отчёте о путешествии в Южную Америку, опубликованном в 1748 году. В 1789 А. Лавуазье включил платину в список простых веществ:210. Впервые в чистом виде из руд платина была получена английским химиком У. Волластоном в 1803 году.

В России ещё в 1819 году в россыпном золоте, добытом на Урале, был обнаружен «новый сибирский металл», который сначала называли белым золотом. Платина встречалась на Верх-Исетских, а затем и на Невьянских и Билимбаевских приисках. Богатые россыпи платины были открыты во второй половине 1824 года, а на следующий год в России началась её добыча. В 1826 году П. Г. Соболевский и В. В. Любарский изобрели метод выработки ковкой платины с помощью прессования и последующей выдержки в раскалённом добела состоянии:210.

Название платине было дано испанскими конкистадорами, которые в середине XVI в. впервые познакомились вЮжной Америке (на территории современной Колумбии) с новым металлом, внешне похожим на серебро(исп. plata). Слово буквально означает «маленькое серебро», «серебришко». Объясняется такое пренебрежительное название исключительной тугоплавкостью платины, которая не поддавалась переплавке, долгое время не находила применения и ценилась вдвое ниже, чем серебро.

платиноид металл минерал группа

Минералы платиновой группы

На настоящий момент известно 115 минералов, содержащих металлы платиновой группы (среди них 26 минералов платины, 56 - палладия, 13 - иридия, 11 - родия, 4 - осмия, 5 - рутения). МПГ в горных породах встречаются как в самородном виде, так и в виде твёрдых растворов и интерметаллических соединений с Fe, Ni, Cu, Sn, реже Au, Os, Pb, Zn, Ag.

Наиболее часто Pt представлена в виде поликсена (Pt, Fe), где Pt 80-88%, Fe 9-11% -- разновидность самородной платины с изоморфной примесью железа. В чистом виде самородная платина в природе встречается крайне редко. Помимо Fe, в качестве изоморфной примеси присутствуют Cu, Ni, МПГ: Pd 0,1-21% - палладистая платина; Ir до 7% - иридистая платина; Rh 0,1-5% - родистая платина.

Также Pt содержится в минералах группы изоферроплатины: изоферроплатина (Pt,Fe)3Fe (куб.), тетраферроплатина (Pt,Fe)Fe (тетр.), ферроникельплатина Pt2FeNi (тетр.). Содержание Pt в них достигает 90 %.

Осмий и иридий в природе наиболее часто встречаются в таких минералах как невьянскит (Ir, Os) (Ir 46,8 -- 77,2 % Os 21 -- 49,3 %) и сысертскит (Os, Ir) (Os 67,9 %, Ir 17 %, Ru 8,9 %, Rh 4,5 %).

Довольно редкий и наиболее богатый родием минерал - родиевый невьянскит (Ir, Os, Rh) (Ir 69,9 -- 70,4 %, Os 17,2 %, Rh 11,3 %).

Еше некоторые минералы:

* станнопалладинит, Pd3Sn2Cu (Pd 40 -- 45, Pt 15 -- 20, Sn 28 -- 33 %)

* гиверсит, PtSb2 (Pt 45, Sb 51,5 %)

* звягинцевит, (Pd, Pt)3(Pb, Sn)

* туламинит, Pt2FeCu

* юксунит, PtIn

* ниглиит, Pt3Sn

* мончеит, Pt(Te, Bi)2

* штумпфлит, Pt(Bi, Sb)

Также в природе известны арсениды, сульфоарсениды и сульфиды платины, рутения и палладия, а именно:

* сперрилит PtAs2 (Pt 56,2 %),

* куперит PtS (Pt 79,2 -- 85,9 %),

* высоцкит (Pd, Ni)5S (Pd 59,5 %, Ni 14,2 %, Pt 4,8 %),

* холлингвортит (Rh, Pt)AsS (Rh 25 %),

* дейсманит, (Pt, Cu)2AsS4

* платарсит, PtAsS

Геохимия

Металлы платиновой группы в природе встречаются весьма редко, для них характерная общая тенденция к рассеиванию. В эндогенных процессах МПГ связаны с глубинными ультраосновными и основными магмами. В экзогенных процессах платиноиды накапливаются в аллювиальных и других россыпях. Довольно высокие значения содержания МПГ в каменных метеоритах, которые считаются аналогами средней мантии Земли (кларки МПГ в каменных метеоритах составляют n•10-4 -- n•10-5% по массе).

Среднее содержание МПГ в земной коре (кларки) точно не установлено. Для самого верхнего этажа литосферы мощностью 16 км и массой 1,9•1019 т.

А.П. Виноградовым (1950) и Б. Мэзоном (1956) были приведены следующие кларки Pt и МПГ: для Pt, Ru, Rh и Ir ? (1-5)•10-3 г/т. Современные ориентировочные значения (в % по массе) приведены в таблице:

Ru 5*10-7

Rh 1*10-7

Pd 1*10-6

Os 5*10-6

Ir 1*10-7

Pt 5*10-7

Не исключено, что реальное содержание металлов платиновой группы на планете гораздо выше: высокая плотность и высокое сродство к железу (сидерофильность) могли привести к их смещению вглубь Земли, в ядро планеты, в процессе её формирования из протопланетного диска. По содержанию Pt в составе других планет нет данных. Небольшое количество МПГ было обнаружено в фотосфере Солнца.

Несмотря на малую изученность вопроса распространения МПГ, выделены некоторые закономерности касательно гидросферы. Так, например, согласно исследованию по установлению закономерностей распределения платины и марганца в Индийском океане установлено, что по мере увеличения глубины истощение характерно и для платиновых, и для марганцевых профилей.

Отношение корового марганца к таковой же платине составляет около 2•105, а в морской воде близко к 600. Это свидетельствует о том, что платина не так эффективно выносится, как марганец, что указывает на ее более длительное время пребывания в океане. Расчет неорганического видообразования Pt (II) в морской воде показывает, что платина представлена преимущественно (98%) в виде комплекса PtCl42- и незначительно в виде комплекса PtCl3-. Гораздо больший коэффициент комплексообразования для платины по сравнению с марганцем объясняет обогащение платиной морской воды, т.к. некомплексный катионный Mn (II) выносился гораздо легче, чем анионные хлоридные разновидности Pt (II).

Более ранние исследования по распределению платины в Тихом океане показали близкий диапазон ее концентраций. Однако в его верхних слоях содержание растворённой Pt ниже, а в нижних слоях выше, чем в водах Индийского океана.

Рассчитанное равновесное отношение Pt(II)/Pt(IV) достигает 109 в поверхностных водах, а в более насыщенных кислородом водах оно составляет всего лишь 0,002. Поэтому предполагается, что в большей части океанического столба более предпочтительным окислительным состоянием платины с точки зрения термодинамики будет Pt (IV), а в поверхностных водах Pt(II).

Эти данные, а также результаты проведенных И. С. Грамбергом, И. Н. Горяиновым и А. С. Смекаловым исследований показывают, что содержания платины в морской воде значительно выше ожидаемых согласно термодинамическим и экспериментальным данным. Причиной этого являются пересыщенность морской воды платиной и неспособность «сбросить» ее избыток из-за низкой температуры. Сказанное выше позволяет утверждать, что россыпи платины на морском дне не будут растворяться. Наоборот, при малейших благоприятных условиях (повышение восстановительного потенциала, температуры, щелочности) из морской воды будет выпадать платиновая чернь.

Интенсивность водной миграции для МПГ характеризуется как очень слабая. Минералы МПГ имеют большую плотность и трудно поддаются выветриванию, они преимущественно входят в состав песчаной фракции. По причине инертности МПГ, для них характерен механический подтип геохимических барьеров (в случае россыпей платиноидов).

Типы месторождений

Наиболее значимыми геологиечскими комплексами, вмещающими месторождения платиноидов, являются расслоенные гипербазитовые и базитовые интрузии с характерным пластовым залеганием полезного ископаемого; гипербазиты офиолитовых комплексов, а также концентрически зональные комплексы (рудные тела в виде вкрапленников, шлиров и прожилков).

В составе комплекса расслоенных интрузий выделяются 4 типа оруденения: медно-гикелевые-сульфидное, титано-магнетитовое, хромитовое, малосульфидное платинометалльное. Для концентрически-зональных комплексов характерны 2 типа оруденения: хромитовое и титан-магнетитовое с ванадием. Офиолиты связаны с хромитовым оруденением.

Будучи приуроченными к породам ультраосновного и основного состава, месторождения платиноидов подразделяются на две генетические группы, включающие следующие промышленные типы:

1) Магматические

a) хромит-платиновые месторождения (уральский тип)

b) месторождения комплексных платина-хромит-медно-никелевых руд (бушвельдский тип)

c) ликвационные медь-никель-платиновые месторождения (норильский тип)

d) благороднометальные медно-титаномагнетитовые месторождения в интрузиях габбро (волковский тип)

2) Россыпи

Месторождения МПГ Урала приурочены к массивам дунитов и клинопироксенитов. В тесной ассоциации с ними находятся оливин-клинопироксен-полевошпатовые породы (габбро). Эти породы образуют гиганский пояс, вытянутый в меридиональном направлении более чем на 900 км, который впоследствии получил название Платиноносного пояса Урала.

Дунит-клинопироксенит-габбровые массивы Платиноносного пояса Урала образуют вытянутые в меридиональном направлении линейные в плане тела протяженностью в десятки километров, длинные оси которых совпадают с простиранием региональных структур. Эти массивы слагают тела изометрической и подковообразной формы диаметром несколько километров, принадлежащие к категории концентрически-зональных массивов.

Помимо хромит-платиновых рудопроявлений в дунитах, существует платиноидная минерализация в магнетитовых рудах Качканарского и Гусевогорского месторождений Нижнетагильского массива

Магнетитовые руды Гусевогорского месторождения характеризуются преобладанием платиножелезистых твердых растворов над иридийсодержащими минералами. Главными минералами коренной платиноидной минерализации качканарского типа являются железо-платиновые твердые растворы и платинистый иридий, второстепенными - осмирид, иридосмин, куперит, лаурит, самородный осмий и эрлихманит. Качканарское и Гусевогорское магнетитовые месторождения уральского Платиноносного пояса являются единственными месторождениями в мире, в которых сопровождающая платиноидная минерализация имеет промышленное значение.

Главными концентраторами элементов и минералов платиновой группы в магнетитовых клинопироксенитах Качканарского и Гусевогорского месторождений являются сульфидные минералы.

Платиноидная минерализация носит палладиевый характер с высоцкитом в качестве главного минерала платиновой группы. Это резко отличает ее от платиновой специализации дунитов и оливиновых клинопироксенитов уральского Платиноносного пояса.

Комплексные месторождения медно-никелевых сульфидных платиновых руд занимают ведущее место среди эксплуатируемых сырьевых источников платиновых металлов. Площадь этих месторождений достигает десятков км² при мощности промышленных рудных зон многие десятки метров. Платиновое оруденение ассоциирует с телами сплошных и вкрапленных медно-никелевых сульфидных руд сложнодифференцированных интрузивов габбро-долеритов (Инсизва в ЮАР), стратиформных интрузий габбро-норитов с гипербазитами (Бушвелдский комплекс в ЮАР), расслоённых массивов норитов и грано-диоритов (Садбери, Канада).

Малосульфидный платинометалльный тип оруденения присутствует в породах Мончегорского месторождения, где рудные тела залегают в качестве горизонтов. Вмещающие породы - пироксениты, нориты, оливиниты.

Россыпные месторождения как правило приурочены к руслам рек (аллювиальные), а также образуются в результате механического выветривания коренных рудовмещающих пород (эллювиальные).

Уральские россыпи распространены на Среднем Урале в ограниченной полосе протяженностью около 300 км по меридиану. Они залегают в пределах дунитовых и пироксенитовых массивов, являясь чисто платиновыми, но после того, как они выходят из пределов ультраосновных пород, к платине все больших количествах примешивается золото и россыпи становятся смешанными золото-платиновыми и осмирид-платиновыми с обогащением их тонкой фракцией осмирида. Уральские россыпи подразделяются на три главных типа, к которым добавляются карстовые и древние, имеющие подчиненное значение: остаточные и элювиальные, аллювиальные россыпи современных речных долин, террасовые россыпи долин, карстовые и древние россыпи. Ведущая роль по содержанию платины принадлежит аллювиальным россыпям четвертичного возраста. Эти россыпи являются узкими и маломощными в верховьях рек и широкими и мощными в низовьях.

Платина в элювиальных россыпях представлена мелкими кристаллами, кристаллическими сростками, бесформенными и угловатыми зернами. Нередко наблюдаются сростки платины с хромитом, титаномагнетитом, с оливином и диопсидом. В россыпях встречаются самородки с обтертыми и округленными формами, встречаются также совершенно неокатанные. Самородки из дунитов содержат включения хромшпинелидов, а самородки из пироксенитов - включения магнетита. На поверхности самородков встречаются коробчатые формы. В аллювиальных россыпях из нижних частей долин шлиховая платина представляет собой мелкий порошок. Пластинчатые или чешуйчатые частицы имеют овальную, квадратную, неправильную формы. Внутреннее строение россыпной платины представляет собой смесь зерен ферроплатины и поликсена с примесью осмистого иридия и других самородных металлов, т. е. как и коренная платина содержит включения минералов платиновой группы.

Экономика

МПГ, являясь драгоценными металлами (в особенности платина и палладий) выполняют монетарную функцию в экономиках многих государств. Помимо этого, достаточно широкое применение МПГ находят в различных отраслях промышленности.

Так, в электротехнике и электронике они используются для производства изделий исключительно высокой надежности. Для изготовления надежных коммутационных соединений (разъемов, штекеров) применяется сплав палладия и серебра. В составе сопротивлений высокой надежности (резисторов) используют платину и рутений, в конденсаторах на керамической основе - платину и палладий, в конденсаторах на танталовой основе - платину. В виде покрытий жестких дисков компьютеров применяют сплав платины и кобальта - для увеличения плотности записей.

В качестве катализаторов платиноиды используются в химической и нефтехимической промышленности. В нефтехимии наибольшее распространение получили платино-рениевые катализаторы, с помощью которых из нефти производится более 5 тыс. видов синтетических продуктов. Палладий используют в катализе для получения мономеров синтетического каучука, полупродуктов для производства синтетических волокон, моющих средств. Платиноиды применяются также в качестве катализаторов неорганических соединений, особенно аммиака и азотной кислоты.

С середины 70-х годов в зарубежной автомобильной промышленности распространяются конвертеры выхлопных газов с платиновыми и палладиевыми автокатализаторами, способствующими снижению в выхлопных газах автомобилей концентрации оксида углерода и углеводородов.

В стекольной промышленности платину, палладий и сплавы на их основе применяют в виде конструкционных элементов при изготовлении трубок дисплеев компьютеров и жидкокристальных дисплеев, оптического стекла, при выращивании монокристаллов для лазеров и для производства стекловолокна.

Металлы платиновой группы широко применяются и в других отраслях - в приборостроении, атомной промышленности, медицине (в основном в стоматологии и онкологии).

Металлы платиновой группы относятся к числу редких, содержание их в земной коре очень невелико. Добыча обходится дорого, и на мировом рынке цена их выше цены золота. Поэтому длительное время потребление МПГ было незначительным. Еще лет 40-50 назад добыча и потребление этой группы металлов в мире составляли несколько десятков тонн, в основном добывалась платина, которая шла преимущественно на изготовление ювелирных изделий. Стимулом для быстрого роста потребления платиноидов в промышленности стало внедрение в индустриально развитых странах в 80-90-е годы XX столетия пятого технологического уклада. Широкое развитие в этот период электронной промышленности, производства телекоммуникационного и лазерного оборудования, роботостроения потребовало применения новых металлов и сплавов, и платиноиды оказались практически незаменимыми.

Другим толчком для ускорения роста потребления платиноидов в развитых странах в последние десятилетия XX века стало выделение заметных средств на улучшение окружающей среды, ужесточение норм экологического законодательства. Так, в 70-х годах в Японии, а в 80-х годах в США были введены строгие нормы содержания вредных веществ в выхлопных газах автомобилей. Это привело к оснащению продаваемых в этих странах автомобилей платиновыми и палладиевыми каталитическими фильтрами-нейтрализаторами. Введение с 1993 г. строгого экологического законодательства в большинстве европейских стран, а также в Латинской Америке и ряде государств Азии привело к быстрому росту спроса на такие фильтры.

Потребление платины за 1991-2000 гг. выросло более чем на 42%, палладия - в 2,35 раза, родия - в 2,45 раза. При этом палладий вышел на первое место по объемам потребления среди платиноидов в 1993 г., в дальнейшем разрыв его с платиной увеличивался. Основная область применения палладия - производство каталитических фильтров-нейтрализаторов для автомобильной промышленности. Достаточно большие объемы палладия используются в электронике и медицине, доля остальных отраслей невелика. Родий почти полностью потребляется автомобильной промышленностью в производстве каталитических фильтров-нейтрализаторов выхлопных газов. В частности, родий добавляют в некоторые палладиевые каталитические системы для нейтрализации оксидов азота в выхлопных газах. Основная область применения рутения и иридия - электроника. Основное потребление платиноидов приходится на долю стран - технологических лидеров. Так, 50-60% отдельных платиноидов потребляется в США и Японии.

Долгое время считалось, что месторождения Бушвельдского массива являются уникальными. Однако в 70-х годах геолог К. Конн обнаружил в штате Монтана (США) платиновое оруденение в массиве Стиллуотер. Поиски платиноидов там велись целенаправленно, массив был выбран как перспективный по сходству с Бушвельдским. Но в этом месторождении содержание платиноидов значительно больше - 20 г/т. Открытие вызвало бум поисковых работ во многих странах. Вскоре аналогичные месторождения были открыты в Зимбабве, Финляндии, в России на Кольском полуострове, в Бразилии...

Если в 1930-1950 гг. платиноидов добывалось немного, и ведущая роль отводилась добыче их как попутных металлов в Северной Америке, то начиная с 70-х годов лидирующие позиции захватывает ЮАР, многократно увеличивая добычу. И хотя в 90-х годах фактически была создана платинодобывающая промышленность в США и Зимбабве, значительно выросло извлечение платины из импортируемых руд цветных металлов в Японии, лидирующие позиции ЮАР только укрепились.

Добыча платины в России сосредоточена в руках таких крупных предприятий как «Норильский Никель» и «Русская платина». Россия является мировым лидером по добыче и производству палладия.

Экология

Ввиду незначительного распространения МПГ в природе, говорить об экологических проблемах, связанных с их использованием, не приходится. Несмотря на инертность, некоторые элементы платиновой группы могут принимать участие в биологических процессах.

Также в экологических процессах принимают участие некоторые радиогенные изотопы этих элементов (полученные искусственно в ядерных реакторах).

В организме МПГ представлены главным образом элементом рутением, а также искусственными радиоизотопами рутения и родия. Рутений концентрируется в основном в мышечной ткани. Высший оксид рутения крайне ядовит и, будучи сильным окислителем, может вызвать возгорание пожароопасных веществ.

Морские и пресноводные водоросли концентрируют радиоизотопы рутения в сотни и тысячи раз (по сравнению со средой), ракообразные -- в десятки и сотни, моллюски -- до десятков, рыбы и головастики лягушек -- от единиц до сотен. 106Ru интенсивно мигрирует в почве, накопляясь в корнях наземных растений. У наземных млекопитающих радиоизотопы Ru всасываются через пищеварительный тракт, проникают в лёгкие, отлагаются в почках, печени, мышцах, скелете. Радиоизотопы Ru -- составная часть радиоактивного загрязнения биосферы.

Соединения родия, иридия и осмия довольно редко встречаются в повседневной жизни и их воздействие на человеческий организм до конца не изучено. Несмотря на это, некоторые из них (RuO4, IrF6, OsO4) являются высокотоксичными и канцерогенными веществами.

Так как платиновые металлы способны ускорять (катализировать) различные химические процессы, примером использования их на благо экологии является процесс очистки или дожигания выхлопных газов автомобилей. Сначала в автомобильных катализаторах использовали только платину. Затем, с учётом её высокой стоимости, стали переходить на платинопалладиевые устройства, сокращая расход платины с 3 до 1,6 г на один образец. Содержание родия в фильтре для очистки выхлопов составляет 0,34 г.

Платина в медицине

В определенных химических формах, платина может ингибировать разделение живых клеток. Это свойство используется в медицинских препаратах, которые помогают лечить рак - карбоплатин, цисплатин, оксалиплатин.

Инертность платины к любым соединениям, ее электропроводимость и неаллергенность позволяют активно использовать ее в биомедицине как компонент электростимуляторов, катетеров и другого медицинского оборудования.



Список литературы

1) А.Н. Кривцов. Месторождения платиноидов: (Геология, генезис, закономерности размещения) // Итоги науки и техники. Рудные месторождения. 1988. Т.18.131 с.

2) www.wikipedia.ru.

3) Минеральное сырье, металлы платиновой группы. Москва 1987г. Ред. Ручкин Г.В.

4) Лазаренков В.Г., Петров С. В., Таловина И. В. Месторождения платиновых металлов. - «Недра», 2002. - 298 с., стр. 127-139

5) Пушкарев Е. В. Платина Урала. - Институт геологии и геохимии УрО РАН, Екатеринбург, Соровский образовательный журнал, 2001, том 7, стр. 86-93

Размещено на Allbest.ru

...