Добыча и переработка платиновых руд

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 видеплатиновой 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.