Добыча и переработка платиновых руд

Платиновые металлы – элементы восьмой группы Периодической системы Д.И. Менделеева. Добыча платиновых руд. Их применение в технике, медицине и ювелирном деле. Возможности металлов платиновой группы и перспективы в России. Их внутреннее потребление.

Федеральное агентство по образованию

Самарский государственный экономический университет

Кафедра Промышленных технологий

Реферат

по теоретическим основам производства и методам оптимизации

на тему: «Добыча и переработка платиновых руд»

Выполнила: студентка

4 курса группы

Экономика труда, ПЭФ

Липей Елена

Проверил: к.т.н., доцент

Нестеренко Е.С.

Самара 2009 г.

История возникновения

Платиновые металлы – это элементы восьмой группы Периодической системы Д. И. Менделеева. Их шесть: рутений, палладий, родий, осмий, иридий и платина. Они вместе с золотом и серебром образуют семейство благородных металлов – благородных потому, что они отличаются низкой химической активностью, высокой коррозийной стойкостью, а изделия из них имеют красивый, благородный вид.

Платина известна человечеству с незапамятных времён: следы платины обнаруживаются ещё в древнеегипетских инкрустациях. Но первое упоминание о ней в архивах относится к 1735 году, а первое описание выполнил испанский офицер, физик и математик – Дон Антонио де Ульоа в 1748 году. К этому же периоду относится начало исследований доставленных из Южной Америки, с территории нынешней Колумбии, в Европу образцов платиновой руды.

В России еще в 1819 году в россыпном золоте, добытом на Урале был обнаружен «новый сибирский металл». Сначала его 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 ее добыча.

Название платине было дано испанскими конкистадорами, которые в середине XVI в. впервые познакомились в Южной Америке (на территории современной Колумбии) с новым металлом, внешне похожим на серебро (исп. plata ). Слово исп. Platina 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. Но когда ювелиры обнаружили, что платина хорошо сплавляется с золотом, некоторые из них стали подмешивать сравнительно дешевый металл к золотым изделиям. Обнаружить подделку по плотности было невозможно: платина тяжелее золота, и с помощью более легкого серебра нетрудно было в точности подогнать плотность слитка к плотности золота. Кончилось это тем, что испанский король приказал прекратить ввоз платины, а все ее запасы утопить в море. Закон этот был отменен только в 1778 г.

В середине 18 в. химики изучили свойства платины и признали ее новым элементом. Благодаря исключительной химической стойкости платину начали использовать для изготовления химического оборудования. Так, в 1784 был изготовлен первый платиновый тигель, а в 1809 – платиновая реторта массой 13 кг; такие реторты использовали для концентрирования серной кислоты. Изделия из платины делали путем ковки или горячего прессования, поскольку электропечей, дающих достаточно высокую температуру, тогда не было. Со временем научились расплавлять платину в пламени гремучего газа, и на Лондонской выставке 1862 можно было видеть отливки из платины массой до 200 кг.

В России впервые обнаружили платину близ Екатеринбурга на Урале в 1819, а спустя 5 лет в Нижнетагильском округе были открыты платиновые россыпи. Разведанные запасы платины были столь велики, что Россия почти сразу заняла первое место в мире по добыче этого метала. Только в 1828 году в России было добыто 1,5 т платины — больше, чем за 100 лет в Южной Америке. К концу XIX века в России добывалось платины в 40 раз больше чем во всех остальных странах мира. Причем, представлена она была и весьма увесистыми самородками. Например, один из найденных на Урале самородков весил 9,6 кг.

К середине 19 в. во Франции и Англии были проведены обширные исследования по очистке платины от других металлов. Промышленный способ получения слитков чистой платины впервые осуществил в 1859 году французский химик А.Сент-Клер Девиль. С этого времени, почти вся добываемая на Урале платина скупалась английскими и французскими фирмами, в частности, «Джонсон, Маттей и К°». Позже к закупкам платины у России подключились американские и немецкие компании.

Даже после значительных зарубежных закупок, большая часть добываемой Россией платины не находила достойного применения. Поэтому, начиная с 1828 года, по предложению министра финансов Егора Канкрина, в России начали выпускать платиновые монеты номиналом 3,6 и 12 рублей. При этом 12-рублевая платиновая монета имела массу 41,41 г, а в рублевой серебряной монете было 18 г чистого серебра. То есть по стоимости металла платиновые монеты были дороже серебряных в 5,2 раза. С 1828 по 1845 гг. было выпущено 1 372 000 трехрублевых монет, 17 582 шестирублевых и 3 303 двенадцатирублевых общей массой 14,7 т. Основную выгоду от добычи получали владельцы рудников — Демидовы. Оцените, — только в 1840 было добыто 3,4 т платины. В 1845 году, по настоянию министра финансов Фёдора Вронченко выпуск платиновых монет был прекращён и все они были срочно изъяты из обращения. Основной версией столь поспешного шага считается повышение Европейских цен на платину, в результате которого монеты стали дороже номинала. После прекращения чеканки монет производство платины в России упало в 20 раз и к 1915 году на долю России приходилось лишь 95 % от мирового производства платины. Оставшиеся 5 % производила Колумбия. Причем, почти вся российская платина поступала на экспорт. Например, в 1867 году Англия скупила весь запас российской платины — более 16 т.

К концу 19 в. добыча платины в России достигла 4,5 тонн в год, а в настоящее время во всем мире ее добывается примерно 100 тонн в год. Кроме России, платина добывается в Южной Африке, Канаде, США.

Добыча платиновых руд

Самородную платину добывают на приисках. Производство платины в виде порошка началось в 1805 английским ученым У. Х. Волластоном из южноамериканской руды. Содержание платиновых металлов в земной коре оценивается на уровне 0,000001 %. Собственно минералы платиновых металлов не образуют месторождений, перспективных для промышленной разработки. Эти минералы преимущественно вкраплены в основные рудообразующие сульфидные минералы меди, никеля, железа. Поэтому платиновые металлы являются не только редкоземельными, но и рассеянными.

Платиновые металлы распределены в пределах месторождений Платиновых руд неравномерно. Их концентрации колеблются: в коренных собственно платиновых месторождениях от 2—5 г/т до единиц кг/т, в коренных комплексных — от десятых долей до сотен (изредка тысяч) г/т; в россыпных месторождениях — от десятков мг/м3 до сотен г/м3 . Основная форма нахождения платиновых металлов в руде — их собственные минералы, которых известно около 90. Чаще других встречаются поликсен, ферроплатина, платинистый иридий, невьянскит, сысертскит, звягинцевит, паоловит, фрудит, соболевскит, плюмбопалладинит, сперрилит. Подчинённое значение имеет рассеянная форма нахождения платиновых металлов в Платиновых рудах в виде ничтожно малой примеси, заключённой в кристаллической решётке рудных и породообразующих минералов.

Коренные месторождения Платиновых руд представлены различными по форме телами платиноносных комплексных сульфидных и собственно платиновых хромитовых руд с массивной и вкрапленной текстурой. Эти рудные тела, генетически и пространственно тесно связанные с интрузивами основных и ультраосновных пород, имеют преимущественно магматическое происхождение. Коренные месторождения Платиновых руд встречаются в платформенных и складчатых областях и всегда тяготеют к крупным разломам земной коры. Образование этих месторождений происходило на разных глубинах (от 0,5—1 до 3—5 км от дневной поверхности) и в разные геологические эпохи (от докембрия до мезозоя). Комплексные месторождения медно-никелевых сульфидных Платиновых руд занимают ведущее положение среди сырьевых источников платиновых металлов. Площадь этих месторождений достигает десятки км2 при мощности промышленных рудных зон — многие десятки м.

Промышленные россыпи обнажаются на поверхности (открытые россыпи) или скрыты под 10—30 м осадочной толщей (погребённые россыпи). Наиболее крупные из них прослежены на десятки км в длину, ширина их достигает сотен м, а мощность продуктивных металлоносных пластов до нескольких м; образовались они в результате выветривания и разрушения платиноносных клинопироксенит-дунитовых и серпентин-гарцбургитовых массивов. Промышленные россыпи известны как на платформах (Сибирской и Африканской), так и в эвгеосинклиналях на Урале, в Колумбии (область Чоко), на Аляске (залив Гудньюс) и др. Минералы платиновых металлов в россыпях нередко находятся в срастании друг с другом, а также с хромитами, оливинами и серпентинами.

Добыча Платиновых руд ведётся открытым и подземным способами. Открытым способом разрабатывается большинство россыпных и часть коренных месторождений. При разработке россыпей широко используются драги и средства гидромеханизации. Подземный способ добычи является основным при разработке коренных месторождений; иногда он используется для отработки богатых погребённых россыпей.

В результате мокрого обогащения металлоносных песков и хромитовых Платиновых руд получают шлих «сырой» платины — платиновый концентрат с 70—90% минералов платиновых металлов, а в остальном состоящий из хромитов, форстеритов, серпентинов и др. Такой платиновый концентрат отправляется на аффинаж. Обогащение комплексных сульфидных Платиновых руд осуществляется флотацией с последующей многооперационной пирометаллургической, электрохимической и химической переработкой.

Металлы платиновой группы добываются, как правило, из двух типов месторождений - собственно платинометальных малосульфидных, где платиноиды - главная полезная компонента, и комплексные сульфидные медно-никелевые. Из месторождений первого типа добываются платиноиды в ЮАР и США, второго типа - в России и Канаде. Небольшое значение имеют платиновые россыпи, а также колче-данно-полиметаллические, медно-порфировые и другие месторождения, из которых платиноиды добываются попутно.

В заметном количестве (140-300 кг в год) платину начали добывать с 1735 г. из россыпей Колумбии. Там добыча продолжается до сих пор. Первые 200 лет именно россыпные месторождения были основным источником добычи платины. Со второй половины XIX века платину попутно с золотом стали добывать в США и Канаде. В начале XX века металлы платиновой группы в Канаде научились извлекать из сульфидных медно-никелевых руд месторождения Садбери. Начиная с 30-х годов XX века медно-никелевые месторождения на несколько десятилетий стали главным источником производства платиноидов. В рудах этих месторождений палладий преобладает над платиной, в небольшом количестве содержатся родий и другие платиноиды.

В ЮАР в 1924 г. было сделано открытие, изменившее всю дальнейшую историю платинодобывающей промышленности. Геолог Ганс Меренский обнаружил в Бушвельдском массиве породы, богатые минералами платиновой группы. При мощности рудного тела около 1 м оно тянется на несколько сотен километров. Содержание платиноидов в рудах достигало 10 г/т, при этом платины было больше, чем палладия. Выявленный платиноносный горизонт получил название «риф Меренского». Добыча платиноидов началась здесь в 30-х годах и до сих пор увеличивается в объемах.

Долгое время считалось, что месторождения Бушвельд-ского 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...

По запасам их Россия занимает второе место в мира после ЮАР (всего в мире 56 тыс.т). Основная добыча сейчас ведётся на полуострове Таймыр. При переработке медно-никелевых руд металлы платиновой группы следуют за никелем и медью по всем технологическим цепочкам, концентрируясь в черновом никеле и черновой меди. На заключительном этапе – в процессе электролиза чернового металла – платиновые металлы, а также золото и серебро, не переходят в электролит. Они оседают на дно электролитной ванны в виде осадка – шлама. Именно он служит основным источником платиновых металлов. Из шлама получают богатые концентраты, а затем (на аффинажных заводах) путём сложных химических реакций и сами металлы. Производство платиновых металлов измеряется в тройских унциях, что равно 31,1г., цены – в долларах. Платина всегда дороже золота.

Применение

В технике:

Платина применяется как катализатор (чаще всего в сплаве с родием, а также в виде платиновой черни — тонкого порошка платины, получаемой восстановлением ее соединений).

Платина применяется в ювелирном и зубоврачебном деле, а также в медицине.

Изготовление стойкой химически и к нагреванию лабораторной посуды.

Изготовление миниатюрных магнитов огромной силы (сплав платина-кобальт, ПлК-78).

Специальные зеркала для лазерной техники.

Чрезвычайно долговечные и стабильные электроконтакты и сплавы для радиотехники (ПлИ-10, ПлИ-20, ПлИ-30 (платина-иридий).

Гальванические покрытия.

Перегонные реторты для производства плавиковой кислоты.

Электроды для получения перхлоратов, перборатов, перкарбонатов, пероксодвусерной кислоты (фактически на платине держится все мировое производство перекиси водорода: электролиз серной кислоты — пероксодвусерная кислота — гидролиз — отгонка перекиси водорода).

Нерастворимые аноды в гальванотехнике.

Анодные штанги для защиты от коррозии корпусов подводных лодок.

Нагревательные элементы печей сопротивления.

В медицине

Соединения платины (преимущественно, тетрахлорплатинаты) применяются, как цитостатики («цис-платина»). Однако в настоящее время имеются более эффективные противораковые лекарственные средства.

В ювелирном деле

Платина и её сплавы широко используются для производства ювелирных изделий. Ежегодно мировая ювелирная промышленность потребляет около 50 тонн платины. До 2001 года большая часть ювелирных изделий из платины потреблялась в Японии. С 2001 года на долю Китая приходится примерно 50 % мировых продаж. В 1980 г. Китай потреблял около 1 % ювелирных изделий из платины. В настоящее время в Китае ежегодно продаётся около 10 млн изделий из платины общей массой около 25 тонн. Российский спрос на ювелирную платину составляет 0,1 % от мирового уровня.

Монетарная функция

Платиновая монета 1835 года номиналом 12 рублей.

Платина, золото и серебро — основные металлы, выполняющие монетарную функцию. Однако платину стали использовать для изготовления монет на несколько тысячелетий позже золота и серебра.

Первые в мире платиновые монеты были выпущены и находились в обращении в Российской империи с 1828 по 1845 год. Чеканка началась с трехрублевиков. В 1829 г. «были учреждены платиновые дуплоны» (шестирублевики), а в 1830 г.— «квадрупли» (двенадцати-рублевики). Были отчеканены следующие номиналы монет: достоинством 3, 6 и 12 рублей. Трехрублевиков было отчеканено 1 371 691 шт., шестирубле-виков — 14 847 шт. и двенадцатирублевиков — 3474 шт.

В 1846 г. чеканка платиновой монеты была прекращена, хотя к этому году добыча уральской платины составила около 2000 пудов или 32 000 кг, из которых в монету было перечеканено 14 669 кг. Громадное количество платины, скопившейся на Петербургском монетном дворе частью в виде монеты, а частью в необработанном виде (по разным данным от 720 до 2000 пудов), было продано английской фирме Джонсон, Маттэ и Ко. В результате Англия, которая не добывала ни одного грамма платины, долго была в этой отрасли монополистом.

После 1846 года ни одна страна не позволяла себе «роскоши» вводить в обращение платиновые монеты. Выпускаемые разными странами в настоящее время платиновые монеты являются инвестиционными монетами. В период с 1992 по 1995 год инвестиционные платиновые монеты номиналами 25, 50 и 150 рублей выпускал Банк России.

Интересные факты

Самым крупным существующим в настоящий момент платиновым самородком является «Уральский гигант» весом 7 кг 860,5 г. Хранится в Алмазном фонде Московского Кремля.

В Южной Америке в XVII веке платину считали «поддельным серебром» и однажды её запасы для предотвращения фальшивомонетничества утопили в океане.

Первые в мире монеты из платины были выпущены в России.

В цикле рассказов Айзека Азимова «Я, робот» и других его произведениях позитронный мозг роботов сделан из губчатой платины (точнее — сплава платины и иридия).

Перспективы в России

В России практически все запасы месторождений платиновых руд сосредоточены в комплексных медно-никелевых месторождениях Норильского рудного района (Таймырский АО). Менее 1% приходится на долю месторождений в Мурманской области. В россыпях Урала, Корякского АО, Хабаровского края и Якутии содержится менее 1%, преимущественно это платина. Роль других комплексных месторождений в общем балансе также невелика.

Внутреннее потребление металлов платиновой группы в ближайшие годы должно вырасти: расширятся или появятся новые мощности в отраслях, соответствующих пятому технологическому укладу, возрастут экологические требования. Желательно сохранить позиции и на мировом рынке. Но теперь, когда государственные запасы в основном исчерпаны, следует рассчитывать на увеличение добычи металлов.

На вопрос, за счет чего стабилизировать и увеличивать добычу платиноидов в России, специалисты отвечают следующее.

Во-первых, за счет совершенствования технологий производства на Норильском комбинате. Использование традиционной технологии обогащения медно-никелевых руд с попутным извлечением металлов платиновой группы приводит к таким потерям последних, которые сравнимы с добычей платины из всех россыпных месторождений страны. На комбинате разрабатывается новая технология обогащения, близкая к технологиям переработки платиновых руд на зарубежных месторождениях и позволяющая значительно повысить извлекаемость платиноидов из руд. Это даст возможность перейти от отработки в основном богатых руд, запасы которых не безграничны, к добыче и переработке более бедных вкрапленных руд. А их значительно больше.

Во-вторых, необходимо перейти к геолого-экономической переоценке ряда разведанных ранее в районе Норильска месторождений («Черногорское», «Норильск-2», гора Зуб-Маркшейдерская). Там низкое содержание цветных металлов, а суммарное содержание платиноидов довольно высоко - от 4 до 8 г/т. При оценке по меди, никелю и кобальту руды этих месторождений относили к забалансовым, непригодным для промышленной отработки. Однако при современных ценах на платиноиды эти руды можно рассматривать как собственно платиновые с попутными цветными металлами. К тому же значительную часть этих запасов можно отрабатывать дешевым открытым способом.

В-третьих, надо выходить за пределы Норильска. Обнаружены и предварительно изучены на уровне оценки прогнозных ресурсов месторождения малосульфидных платинометальных руд в Мурманской области (месторождения Федорово-Панского массива и др.), в Карелии (Бураковский массив) и Бурятии (Йоко-Довыренский массив).

Несомненный интерес представляют медно-палладиевые руды Волковского месторождения на Урале и Чинейского в Читинской области, а также ванадий-уранпалладиевые руды Карелии (район месторождения Средняя Падма). Не исчерпаны перспективы обнаружения новых россыпных месторождений платины и платиноидов на Урале, в Западной и Центральной Сибири, Якутии, Хабаровском крае и Корякин. Но там еще предстоит провести геологоразведочные работы и специализированные исследования.

Заключение

Возможности платиновых металлов безграничны и неисчерпаемы. Потенциальной областью использования платины является производство топливных элементов, где она используется в качестве катализатора. Принцип, использованный при конструировании топливных элементов, известен более 150 лет назад и основан на получении электрического тока в результате реакции между газообразным водородом и кислородом с образованием воды. На основе указанного метода в США работают топливные ячейки для космических кораблей. Бесшумные, не загрязняющие воздух электростанции на топливных элементах имеют огромную перспективу. И в 21 веке платиновые металлы ждёт большое будущее.