Благородные металлы - (реферат)

Дата добавления: март 2006г.

Благородными металлами издавна называют, золото, серебро и платину. К ним относят еще пять более редких металлов – рутений, родий палладий, осмий, иридий (все это платиноиды – восьмая группа Периодической системы Менделеева). Отличаясь химической стойкостью, все эти металлы встречаются в природе почти исключительно в чистом - самородном виде, и, в отличии от остальных металлов, почти не вступают в химические реакции и не образуют соединений с другими элементами, мало поддаются коррозии. Для них характерна высокая пластичность (можно прокатывать листы толщиной до 0, 0001мм), благодаря которой золото точно передает и сохраняет приданную ему форму. Платиноиды кроме того отличаются тугоплавкостью и высокой твердостью. Серебро обладает сверхвысокой электропроводностью и теплопроводностью, а платиноиды, наоборот, имеют сверхнизкую электропроводность и теплопроводность. Указанные свойства определяют области применения этих металлов. (рис. 1. ).

    Благородные металлы
    Катализаторы
    Лабораторная посуда
    Медицина
    Кино-фотопленка
    Аппаратура для космоса
    Ювелирные изделия
    Контакты ЭВМ
    Валюта
    Рис. 1. Применение благородных металлов.

Благородные металлы занимают особое место среди остальных минеральных ресурсов. Доля их в общем объеме горнодобывающей промышленности мира мизерна и составляет около 0, 00005%, в тоже время, благодаря их высокой стоимости, в ценностном выражении это составляет примерно 5%. Иными словами, стоимостное выражение добычи благородных металлов приблизительно в 100000 раз выше за единицу массы любого (кроме алмаза) другого полезного ископаемого.

    I. З О Л О Т О

В процессе общения люди многих национальностей пришли к таким понятиям, как «золотые слова», «золотые руки», «черное золото». Золото вошло в пословицы и поговорки, в сказки и песни как символ исключительных достоинств и ценности. Наивысшие достижения, полезные обществу, во всем мире принято отмечать золотыми медалями.

Вместе с тем из-за золота, как известно, совершались обманы, кражи, предательства, убийства, войны, т. е. наиболее тяжкие преступления. Прямое или косвенное отношение к золоту имеет множество событий–хороших и плохих, серьезных и незначительных, прошлых и настоящих, закономерных и случайных в нашем понимании и даже курьезных.

Искать причину этих событий и многих поступков людей где то в свойствах или особенностях золота было бы так же нелепо, как обвинять например сталь и уран, из которых изготовляется смертоносное оружие, в уничтожении людей. О непричастности золота к поступкам людей образно и достаточно определенно высказался в свое время хорезмиец Бируни: «Когда Аллах при помощи золота и серебра облегчил людям трудности жизни и обмен продуктами, сердца люде прониклись любовью к этим металлам, а души склонились в их сторону так же, как оба они (золото и серебро) склонны переходить из рук в руки. И усилилась страсть к накоплению и умножению их и возвысился их почет и блестящее положение. Но это явилось следствием установления, а не от их природы, по условному сговору между людьми, а не на основании естественного закона, ибо оба они камни, неспособные по сути своей ни насытить, ни утолить жажду, ни отразить насилие или предохранить от зла».

Став средством товарного обмена (деньгами), символом богатства и власти, золото оказалось в центре серьезнейших противоречий. Жажда золота ожесточила в свое время всю Западную Европу, деньги подорвали устои феодализма. В поисках золота люди проникали в самые отдаленные и труднодоступные районы, в преодолении трудностей, в отношениях к золоту и между собой раскрывались их характеры и нравы, что нашло отражение во многих произведениях художественной литературы. Относительно короткий срок белых пятен на карте Земли почти не осталось, а потребность в золоте все возрастала.

В последние годы интерес к золоту еще более возрос в связи с использованием его в космических исследованиях, в медицине, в электронике и других отраслях промышленности. О золоте написано много книг и брошюр но все они стали библиографической редкостью.

При раскопках захоронений египетской знати обнаруживают большое количество различных изделий из золота. Из египетских папирусов сегодня известно, что 2150 лет назад в Египте добывалось как минимум 50 тонн золота в год! Это почти столько же, сколько добывалось во всей царской России в годы наибольшего расцвета золотодобычи (1913г. ) или позднее в середине ХХ в. в таких богатых золотом странах как США и Канада. Затем, еще до нашей эры, уровень добычи египетского золота резко упал. Происхождение слова«золото»стерлось из памяти человечества вследствие его древности, но вероятно, все же оно имеет общее происхождение с корнем«сол» - Солнце.

В периодической системе элементов Д. И. Менделеева золото занимает 79-ю клетку. Это значит, что атом золота имеет 79 вращающихся вокруг ядра электронов, несущих отрицательный заряд.

    Основные свойства

Начинать разговор о золоте лучше всего со свойств этого металла и только потом переходить к тому, как эти свойства используются человеком. Золото интересно тем, что в его характеристиках весьма часто употребляется слово «очень», но редко «самый», так как до «самого» этому металлу почти всегда немного не хватает.

Оно очень тяжелое, но платина все-таки тяжелее. Плотность золота 19, 32 г/см3 . Это значит, что золотой шар диаметром всего лишь 46 мм будет иметь массу, равную 1 кг. Здесь мы указали плотность химически чистого золота, но, поскольку в природе такое не встречается, его «естественная» плотность в зависимости от количества примесей может составлять от 15-16 до 18-19 г/см3. Литровая бутыль заполненная золотым песком имеет массу около 16 кг. Тяжесть золота - весьма благоприятное свойство для его добычи. Самые простые технологические процессы, такие, как, например, промывка на шлюзах, могут обеспечить весьма высокую степень извлечения золота из промываемой породы. По плотности самые тяжелые металлы располагаются в следующем порядке: платина – 21, 5 г/см3 ; золото – 19, 3 г/см3 ; ртуть – 13, 6 г/см3 ; свинец – 11, 4 г/см3; серебро – 10, 5 г/см3 . Золото очень мягкий металл (и опять-таки не самый мягкий, свинец и олово, например, еще мягче). Чистое золото царапается ногтем. Мягкость всегда делала золото очень удобным для обработки материалом.

Но в тоже время она никогда не доставляла радости владельцам золотых украшений, которые легко царапаются, теряют свой блеск и привлекательность. Поэтому при изготовлении ювелирных изделий в золото добавляют для крепости другие металлы, обычно медь или серебро.

Золото очень легко истирается, превращаясь в тончайшую пыль. Благодаря этому свойству оно рассеяно везде, и таким образом, широко распространено в природе. Хорошо известны случаи, когда вокруг тех мест, где обрабатывали золото, оседала мельчайшая золотая пыль и на этом некоторые ловкачи сумели составить целые состояния.

Золото очень ковко и тягуче, что, конечно, является результатом его мягкости. Однако ковкость и тягучесть золота принято рассматривать отдельно, поскольку благодаря этим свойствам оно обладает такими возможностями для его обработки, которые могут поразить даже весьма осведомленного человека. Золото можно расковать до такой малой толщены, что оно станет на просвет зеленого цвета. Толщина такого золотого листка составляет 1 мкм (0, 001 мм). 1 г золота можно превратить в проволоку длиной более 300 м, а одним килограммом золотой фольги можно покрыть поверхность площадью 530 м2.

Золото - хороший проводник тепла и электрического тока, опять-таки очень хороший но не самый. По этим качествам оно уступает четырем металлам, в частности серебру. Температура плавления золота 1063ОС, оно обладает большой летучестью, которая возрастает при повышении температуры.

Модуль упругости золота 79 х 103 Па, а предел прочности при разрыве в зависимости от способа его предварительной обработки (отожженное, литое и т. д. ) колеблется от 100 до 140 Па. Наибольшей прочностью при разрыве обладает золотая проволока, протянутая в холодном состоянии.

В природе золото встречается чаще всего в самородном виде. Реже оно входит в состав некоторых минералов, часть из которых приведена ниже Табл. 1.

    Таблица 1.
    МИНЕРАЛ
    ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ, %
    Золото
    Au (70 - 100), Ag (следы - 30), Fe (0 - 1), Cu (0 - 1, 4)
    Электрум
    Au (57 - 70), Ag (30 - 43), Fe (0 -1), Cu (0 - 1, 4)
    Кюстелит
    Au (20 - 28), Ag (72 – 80)
    Серебро

Au (0-0, 8), Ag (98 - 100), Fe (0 - 0, 1), Cu (0 -0, 01), Hg (0 – 1, 1)

    Медистое золото

Au (74, 3 – 80, 1), Ag (2, 3 - 20), Cu (9 – 20, 4), Bi (0 – 0, 26)

    Порпецит
    Au (85, 98), Ag (4, 17), Cu (0, 1), Pb (8, 2 – 11, 6)
    Мольдонит
    Au (64, 5), Bi (35, 5)
    Золотые амальгамы

Au (34, 2 – 41, 6), Ag (0 - 5), Hg (57, 4 – 61), Pt (0 – 0, 1)

    Платинистое золото
    Au (86), Ag (3), Pt (10, 5)
    Иридистое золото

Au (62, 1), Ag (2, 1), Fe (0, 6), Cu (0, 6), Pb (следы), Pt (3, 8), Ir (30)

    Родистое золото
    Au (88, 4), Rh (11, 6)

Кроме выше указанных встречаются также минералы, в которых золото соединео с теллуром, - петцит, калаверит, креннерит, сильванит, нагиягит. Самородное золото, имеющее примеси серебра и меди, существенно отличается от искусственных сплавов с этими же металлами. Сплав имеет однородную структуру, которая образуется в результате затвердевания расплавленной смеси металлов. Самородный металл появляется в результате кристаллизации из водных растворов. В чистом виде золото имеет красивый соломенно-желтый цвет с сильным металлическим блеском. В данном случае можно сказать что золото–самый желтый из всех металлов. В свое время его желтый цвет вводил в заблуждение алхимиков, которые именно в этом усматривали родство золота и серы.

В природе золото в чистом виде не встречается, а металлы-примеси (прежде всего медь и серебро) придают ему различные цвета и оттенки–от бледно-желтого (даже зеленоватого) до ярко желто-красного. Примесь палладия окрашивает золото в белый цвет («белое» золото).

Цвет золота также зависит от толщены куска металла и его агрегатного состояния. Так, очень тонкая золотая пластинка имеет на просвет, как говорилось выше, зеленый цвет. Такого же цвета и расплавленное золото, а его пары–зеленовато-желтого. В депрессионном состоянии золото обычно рубинового или темно-фиолетового цвета. К цвету золота мы еще вернемся, когда будем говорить о его применении.

Иногда самородное золото бывает покрыто пленкой оксидов железа. В этом случае цвет его может быть самым заурядным–грязно-бурым, коричневым, а то и почти черным. При добыче такое золото очень трудно отличить от вмещающей пустой породы, и поэтому нужен весьма тщательный контроль, чтобы избежать потерь. О таком золоте говорят что оно «в рубашке», которая может состоять не только из оксидов железа. В некоторых случаях это могут быть мельчайшие частицы пустой породы, вдавленные в поверхность золотины. Надо сказать, что такая «рубашка» не только мешает различать золото, но и затрудняет его обработку–амальгамацию или цианирование. Сплавы золота с серебром, медью, платиной, палладием и другими металлами не являются химическими соединениями, а представляют собой твердые растворы (атомные смеси). Атомы сплавленных металлов не обмениваются электронами. Именно это и является признаком отсутствия между ними химического взаимодействия. Способность ряда металлов образовывать сплавы с золотом объясняется тем, что их атомные радиусы очень близки к атомному радиусу золота. Если атомный радиус золота равен 1, 46 х 10-10 м, то висмута 1, 46 х 10-10 м, серебра - 1, 44 х 10-10 м, а платины - 1, 39 х 10-10 м. Характерно то, что все металлы в сплаве с золотом имеют меньшую температуру плавления чем в чистом виде.

Золото хорошо поглощает рентгеновские лучи. Дробность атомной массы природного золота (196, 9) говорит о том, что оно состоит из смеси различных изотопов. Как и положено «благородному» металлу, золото в химические реакции вступает очень не охотно (опять «очень»), но с некоторыми элементами оно все-таки взаимодействует, в частности с галоидами (хлором, бромом, йодом), образуя соединения типа AuCl, AuCl3. Взаимодействует оно также с цианидами, ртутью и теллуром. Существуют соединения полученные искусственным путем, в том числе и так называемое гремучее золото– Au(NH)3, (CH)3, которое легко взрывается при ударе или просто при нагреве. В некоторых жидкостях, хотя и очень трудно, золото растворяется. В воде, содержащей хлор, серную кислоту или гумусовые кислоты, можно растворить небольшое количество золота; в смеси азотной (одна часть) и соляной (три части) кислот, называемой«ЦАРСКОЙ ВОДКОЙ», а также в цианидах (в слабых растворах) растворимость золота значительно выше, и этим широко пользуются в практике золотодобычи. Извлечение золота из руд, песков и концентратов, основанное на его растворении в цианидах, - один из основных процессов при его гидрометаллургической переработке. Золото кристаллизуется в кубической системе. Форма кристаллов может быть удлиненной или октаэдрической. При затвердевании после плавки кристаллы золота выглядят неправильными многоугольниками. Чем медленнее идет охлаждение, тем больше размеры кристаллов. При отжиге или медленном охлаждении образуются кристаллы с прямыми ребрами.

    ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРОНЕНИЯ ЗОЛОТА В ПРИРОДЕ

В ничтожно малых концентрациях золото присутствует во многих горных породах, слагающих земную кору. В абсолютном большинстве эти концентрации настолько малы, что о промышленной добыче золота не может быть и речи, так как издержки на нее были бы очень велики. Считается, что на 1 т горных пород земной коры приходится 5 мг золота, но вместе с тем отдельные породы могут отличаться и более высоким его содержанием. Например, в гранитном массиве американского штата Невада установлено содержание золота, превышающее 1, 1 г/т, в некоторых диабазах оно достигает 0, 76 г/т, в базальтах– 0, 26 г/т.

Чаще всего золото концентрируется в кварцевых жилах. Именно этими жилами и представлено наибольшее число месторождений. Но даже в промышленных месторождениях концентрация золота по сравнению с промышленными концентрациями других полезных ископаемых весьма мала. Поэтому золото–один из самых трудоемких (но опять таки не самый) по добыче металлов. В этом отношении он уступает, например платине, промышленные концентрации еще меньше. Среднее содержание того или иного элемента в земной коре принято называть его кларком (в честь американского геохимика Ф. В. Кларка). Кларк золота, исходя из указанного выше содержания, равного 5 мг, составляет 107 % (В. И. Соболевский называет цифру 106 %, в других работах встречается показатель 7 х 107 %). Для сравнения можно указать, что кларк самого распространенного в земной коре элемента - кислорода равен 49, 13%. Зная кларк, очень просто определить абсолютное количество данного элемента в заданном объеме земной коры. В частности, в 1 км3 горных пород содержится 14 т золота, а в 20 – километровом слое земной коры –почти 100 млрд. т. Конечно эти расчеты весьма приблизительны, однако они дают приставление об общем количестве золота в природе.

Предполагают, что в земном ядре концентрация золота значительно выше. Основанием для этого предположения стали железные метеориты, довольно часто падающие на землю. Концентрация золота в метеоритном веществе достигает иногда 5-10 г на тонну. Исходя из этого предположения многие исследователи пришли прямо-таки к астрономическим результатам: количество золота, находящегося в земном ядре исчисляется 6 840 000 000 000– 8 000 000 000 000 т !

В 1953 году Ф. Фриденсбург, исходя из предельной глубины разработки 3000 м, определил, что земная кора содержит 4 470 000 000 т золота. В настоящее время золотые рудники ЮАР вплотную подошли к 4-километровой глубине. Результаты расчетов для этой глубины еще более впечатляющие.

Находки золота в метеоритах являются неопровержимым доказательством того, что золото распространено не только на Земле, но и на других космических телах. Об этом, к тати, спектральные линии золота обнаруженные на Солнце. Но золото встречается не только в горных породах. Весьма много его в морях и океанах, хотя концентрация его и общее количество не установлены. Раннее считалось, что в тонне морской воды находится от 5 до 10 мг золота. В настоя время можно считать установленным, что в действительности его немного меньше–от 0, 001 до 0, 4 мг. Но если принять даже содержание золота в тонне воды равным 0, 02 мг, то и в этом случае в Мировом океане должно быть около 27 млн. т желтого металла. Вполне закономерно, что человек уже неоднократно задумывался над тем, как извлечь золото из морской воды. В этом направлении работали многие специалисты, но результаты пока неутешительны. При существующем уровне технологий, золото из морской воды добывать можно, но издержки производства при этом будут столь велики, что сама добыча теряет всякий смысл. Весьма любопытно, что концентрации золота в разных районах Мирового океана далеко не одинаковы. Если в среднем по океану мы оценили содержание драгоценного металла в тоне воды равным 0, 02 мг, то в Карибском море оно достигает 15-18 мг. Джон Густафон сообщает, что профессор Тюбингенского университета Байер из 100 л воды, взятой в неаполитанском заливе, извлек 1, 4 мг золота. Это необычно высокая концентрация. В прибрежных водах США в 1901 году Вагнером было установлено содержание золота в тоне воды, равное 16 мг. В 1923 году исследования Хабера и Аррениуса в Атлантическом океане у берегов Северной Европы показали содержание золота на тонну воды равным 0, 014-0, 4 мг. У берегов Австралии были обнаружены сравнительно высокие концентрации– от 3, 65 до 65 мг/т. В морской воде содержится не только раствореное золото. Недавно в Красном море обнаружены так называемые «придонные илы», которые, кроме золота, в значительных количествах содержат во взвешенном состоянии многие другие полезные материалы.

Предполагают, что «придонные илы» образовались в результате деятельности природных источников термальных вод. Золото здесь представлено настолько малыми частицами, что его извлечение пока не может быть осуществлено. И все-таки золота «придонных илов» заставляет многих исследователей искать пути его получения, поскольку колоссальное количество драгоценного металла, наличие которого предполагается в земном ядре, добыть еще труднее.

Золото попадает в воды морей самыми различными путями. Прежде всего этому способствуют реки, которые на своем пути размывают золотосодержащие породы, растворяют некоторое количество освободившегося золота и несут в своих струях мельчайшие золотые пылинки.

Согласно расчетам река Амур ежегодно выбрасывает в Татарский пролив более 8 т золота, что превышает годовую добычу ряда золотодобывающих стран. Часть золота попадает в море из метеоритного вещества. В своей книге Л. В. Фирсов указывает, что ежегодно в атмосфере земли распыляется около 3500т метеоритного вещества, в котором находится примерно 18 кг золота. Следовательно, только за последний миллион лет в земной атмосфере было распылено 18 тыс. т золота, большая часть которого в конечном итоге попала в Мировой океан. По наблюдениям французских ученых вулкан Этна на острове Сицилия ежедневно вместе с пеплом выбрасывает в атмосферу в виде мельчайших частиц 2, 5 кг золота.

Страницы: 1, 2