История открытия и добыча платины на урале

Введение

Платина получила свое название от испанского слова platina, уменьшительного от plata - серебро. Так пренебрежительно светло-серый металл, изредка попадавшийся среди золотых самородков, назвали испанские конкистадоры - колонизаторы Южной Америки около 500 лет назад. Никто не мог тогда предположить, что в наше время платина (Pt) и элементы платиновой группы (ЭПГ): иридий (Ir), осмий (Os), рутений (Ru), родий (Rh) и палладий (Pd) - получат широкое применение в разных отраслях науки и техники, а по своей стоимости будут превосходить золото.

Но в будущем, когда человечество перейдет к водородной энергетике, мы можем столкнуться с ситуацией, что запасов мировой платины просто не хватит для того, чтобы все авто сделать электромобилями. Для изготовления ювелирных изделий платина применяется с давних времен. Высокопробный платиновый сплав считается классическим ювелирным материалом для изготовления изделий с драгоценными камнями. Но использование ее в ювелирных изделиях значительно сократилось. Широкое применение платина нашла в различных областях промышленности. Например, для Японии и Швейцарии характерна узкая специализация - использование платины главным образом для ювелирных изделий и приборостроения, то для США, ФРГ, Франции и некоторых других стран характерен широкий и весьма изменчивый спектр применений

Физико-химические свойства платины

Платина является одним из самых инертных металлов. Она нерастворима в кислотах и щелочах, за исключением царской водки. При комнатной температуре платина медленно окисляется кислородом воздуха, давая прочную оксидную плёнку. Платина 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 +8, из которых наиболее устойчивы +2 и +4. Для платины характерно образование многочисленных комплексных соединений, которых известно много сотен. Многие из них носят имена изучавших их химиков (соли Косса, Магнуса, Пейроне, Цейзе, Чугаева и т.д.). Большой вклад в изучение таких соединений внес русский химик Л.А. Чугаев (1873−1922), первый директор созданного в 1918 году Института по изучению платины.

Гексафторид платины PtF₆ является одним из сильнейших окислителей среди всех известных химических соединений. С помощью него, в частности, канадский химик Нейл Бартлетт в 1962 году получил первое настоящее химическое соединение ксенона XePtF₆.

Платина, особенно в мелкодисперсном состоянии, является очень активным катализатором многих химических реакций, в том числе используемых в промышленных масштабах. Например, платина катализирует реакцию присоединения водорода к ароматическим соединениям даже при комнатной температуре и атмосферном давлении водорода. Еще в 1821 немецкий химик И.В. Дёберейнер обнаружил, что платиновая чернь способствует протеканию ряда химических реакций; при этом сама платина не претерпевала изменений. Так, платиновая чернь окисляла пары винного спирта до уксусной кислоты уже при обычной температуре. Через два года Дёберейнер открыл способность губчатой платины при комнатной температуре воспламенять водород. Если смесь водорода и кислорода (гремучий газ) ввести в соприкосновение с платиновой чернью или с губчатой платиной, то сначала идет сравнительно спокойная реакция горения. Но так как эта реакция сопровождается выделением большого количества теплоты, платиновая губка раскаляется, и гремучий газ взрывается. На основании своего открытия Дёберейнер сконструировал "водородное огниво" - прибор, широко применявшийся для получения огня до изобретения спичек. [1]

Платиновые руды

Платиновые руды - природные минеральные образования, содержащие платиновые металлы (Pt, Pd, Ir, Rh, Os, Ru) в таких концентрациях, при которых их промышленное использование технически возможно и экономически целесообразно. Значит, скопления платиновой руды в виде месторождений встречаются очень редко. Месторождения платиновой руды бывают коренные и россыпные, а по составу - собственно платиновые и комплексные (многие коренные месторождения медных и медно-никелевых сульфидных руд, россыпные месторождения золота с платиной, а также золота с осмистым иридием).

Платиновые металлы распределены в пределах месторождений платиновой руды 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/m; 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, плюмбопалла-динит, сперрилйт. Подчинённое значение имеет рассеянная форма нахождения платиновых металлов в платиновой руде в виде ничтожно малой примеси, заключённой в кристаллической решетке рудных и породообразующих минералов.

Коренные месторождения платиновой руды 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 преим. 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. Их платиновое оруденение ассоциирует с телами сплошных и вкрапленных медно-никелевых сульфидных руд сложнодифференцированных интрузивов габбро-долеритов (месторождения Норильского рудного района в России, Инсизва в ЮАР), стратиформных интрузий габбро-норитов с гипербазитами (месторождения горизонта Меренского в Бушвелдском комплексе ЮАР и Мончегорское в СНГ), расслоенных массивов норитов и гранодиоритов (Садбери медно-никелевые месторождения в Канаде). Основными рудными минералами платиновой руды являются пирротин, халькопирит, пентландит, кубанит. Главные металлы платиновой группы медно-никелевых платиновых руд - платина и превалирующий над ней палладий (Pd: Pt от 3: 1 и выше). Содержание в руде остальных платиновых металлов (Rh, Ir, Ru, Os) в десятки и сотни раз меньше количества Pd и Pt. В медно-никелевых сульфидных рудах находятся многочисленные минералы платиновых металлов, главным образом это - интерметаллические соединения Pd и Pt с Bi, Sn, Те, As, Pb, Sb, твёрдые растворы Sn и Pb в Pd и Pt, а также Fe в Pt, apсениды и сульфиды Pd и Pt.

Россыпные месторождения платиновой руды представлены главным образом мезозойскими и кайнозойскими элювиально-аллювиальными и аллювиальными россыпями платины и осмистого иридия. Промышленные россыпи обнажаются на дневной 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. [2,5,10]

Рисунок 1. "Самородная платина"

История открытия и добыча платины на урале

На Урале первые сведения о находке платины и осмистого иридия как спутников золота в россыпях Верх-Исетского округа (Верх-Нейвинская дача) появились в 1819 г. Несколько лет спустя, в 1822 г. ее обнаружили в дачах Невьянского и Билимбаевского заводов, а в 1823 г. в Миасских золотых россыпях. Собранные отсюда шлихи “белого металла" анализировались Варвинским, Любарским, Гельмом и Соколовым. Первая, собственно платиновая россыпь открыта в 1824 г. по р. Орулихе, левому притоку р. Баранчи к северу от Нижнго Тагила. В том же году открыты платиновые россыпи по притокам р. Ис и Тура. И, наконец, в 1825 г. уникальные по богатству платиновые россыпи были обнаружены по Сухому Висисму и другим рекам в 50 км к западу от Нижнего Тагила. На карте Урала появились целые платинодобывающие районы, наибольшую известность среди которых получили Качканарско-Исовской, Кытлымский и Павдинский. В это время ежегодная добыча платины из россыпей достигала 2-3 тонны.

Однако первое время после открытия уральских россыпей платина еще не имела широкого промышленного применения. Только в 1827 г. Соболев и В. Любарский независимо друг от друга предложили способ обработки платины. В том же году инженер Архипов приготовил из платины кольцо и чайную ложку, а из сплава с медью - дарохранительницу. В 1828 г. правительство, в лице графа Канкрина, желая дать сбыт уральской платине, организовало чеканку из нее монет, а вывоз металла за границу был запрещен. На изготовление монет, выпущенных с 1828 по 1839 гг., пошло около 1250 пудов (около 20 тонн) сырой платины. Это первое крупное применение платины вызвало быстрый рост добычи. Однако в 1839 г. чеканка монет была прекращена из-за неустойчивого курса на платину и ввоза в Россию поддельных монет. Это вызвало кризис, и в 1846-1851 гг. добыча металла практически прекратилась.

Новый период начался в 1867 г., когда специальным указом было разрешено частным лицам добывать, очищать и перерабатывать платину, а также допускалось свободное обращение сырой платины в стране и вывоз ее за границу. В это время главным центром по добыче россыпной платины на Урале становятся районы в бассейне рек Ис и Тура. Значительные размеры исовской россыпи, протянувшейся на расстояние более 100 км, позволило применять на ней более дешевые механизированные способы добычи, включая, появившиеся уже в конце XIX века драги.

За неполные сто лет с момента открытия месторождений платины (с 1924 по 1922 г), на Урале, по официальным данным, было добыто около 250 тонн металла, и еще 70-80 тонн добыто незаконно хищническим образом. Уральские россыпи до сих пор являются уникальными по количеству и весу добытых здесь самородков.

На рубеже двадцатого века Нижнетагильские и Исовские прииски давали до 80% мировой добычи платины, а вклад Урала в целом составлял по оценкам специалистов от 92 до 95% мирового производства платины.

В 1892 году, спустя 65 лет после начала разработки россыпей в Нижнетагильском массиве было обнаружено первое коренное проявление платины - Серебряковская жила в Крутом логу. Первое описание этого месторождения было сделано А.А. Иностранцевым, а затем академиком А.П. Карпинским. Самый крупный самородок платины, извлеченный из коренного месторождения, весил около 427 г.

В 1900 г. Геологическим Комитетом по поручению Горного Департамента и по ходатайству нескольких съездов платинопромышленников на Урал направляется Н.К. Высоцкий для составления геологических карт Исовского и Тагильского платиноносных районов, являющихся наиболее важными в промышленном отношении. Военным топографом Главного штаба Хрусталевым была проведена сплошная топографическая и мензульная съемка районов развития россыпей. На этой основе Н.К. Высоцким были составлены кондиционные геологические карты не потерявшие своего значения и по сей день. Итогом этой работы стала монография “Месторождения платины Исовского и Нижне-Тагильского районов на Урале", изданная в 1913 г. (Высоцкий, 1913). В советское время она была переработана и издана в 1923 г. под названием “Платина и районы ее добычи".

Примерно в это же время с 1901 по 1914 гг. на средства платинопромышленных компаний для изучения и составления карт более северных районов Урала (бывшая Николае-Павдинская дача) был приглашен профессор Женевского университета Луи Дюпарк с сотрудниками. Данные, полученные исследователями из группы Л. Дюпарка были положены в основу широкомасштабных съемочных и поисковых работ, проведенных на Северном Урале уже в советский период.

В двадцатые годы нашего столетия коренные месторождения Нижнетагильского массива интенсивно разведуются и изучаются. Здесь начал свою трудовую деятельность в качестве участкового геолога будущий академик, крупнейший специалист в области геологии рудных месторождений А.Г. Бетехтин. Из под его пера вышли многие научные труды, но монография “Платина и другие минералы платиновой группы", написанная на уральском материале и опубликованная в 1935 году, занимает особое место. А.Г. Бетехтин один из первых обосновал позднемагматический генезис уральских платиновых месторождений, наглядно показал широкое участие флюидов в процессе рудообразования, выделил типы хромит-платиновых руд и дал им вещественную и структурно-морфологическую характеристику. Огромный вклад в разведку Нижнетагильских месторождений платины и изучение вмещающих пород внес академик А.Н. Заварицкий, активно работавший на Урале в первой половине двадцатого века.

Уже к середине прошлого столетия коренные платиновые месторождения на Нижнетагильском массиве полностью вырабатываются, а новых проявлений не обнаружено, несмотря на активные поиски, проведенные с 40 по 60-е годы. В настоящее время продолжается эксплуатация только россыпных месторождений, причем работы ведутся преимущественно небольшими старательскими артелями в пределах старых горных отводов т.е. перемываются отвалы некогда знаменитых на весь мир платиновых приисков. Во второй половине двадцатого века крупнейшие в России платиновые россыпи были открыты в Хабаровском крае, Корякии и Приморье, но коренных месторождений, аналогичных тем, которые разрабатывались на Урале до сих пор не найдено. Абсолютно справедливо, что данный тип месторождений получил в специальной геологической литературе собственное название - “уральский” или “нижнетагильский” тип месторождений. [2,5,12]

Добыча. Методы добычи

Добыча платиновой руды ведётся открытым и подземным способами. Открытым способом разрабатывается большинство россыпных и часть коренных месторождении. 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, электрохимеской и химимической переработкой. [4,9]

Рисунок 2. "Драга для промывки платиноносного песка" [14]

Рисунок 3. "Рабочие у промывочного

Рисунок 4. "Старательницы с лотками" желоба" [14] [14]