Аркадий Локерман - Рассказ о самых стойких
Число известных минералов, в которых платина главный компонент, за этот период удвоилось — с 11 до 22, а рекордистом оказался палладий: до 1951 года было известно всего 6 его минералов, а теперь-30!
Почти все открытые за последний период минералы представляют собой соединения платиновых металлов с мышьяком, висмутом, теллуром, сурьмой, свинцом, оловом. При сложном составе, характерном для новых минералов, сохранить традицию-давать им названия по главным элементам-оказалось затруднительным, и распространение получили имена, имеющие географическую или мемориальную основу. Например, мончеит (Pt, Pd) (Те, Bi)2 назван по месту находки в Мончетундре, а звягинцевит (Pd, Pt)3(Pb, Sn), высоцкит (Pd, Ni)S, котульскит Pd(Te, Bi) — в честь исследователей О. Е. Звягинцева, Н. К. Высоцкого и В. С. Котульского.
Минералов, в которых главное место занимает родий, до наших дней вовсе не было известно, теперь таких два — холлингвортит RhAsS и рутениевый холлингвортит (Rh, Ru, Pt)AsS.
К трем ранее известным минералам осмия, сплавам его с иридием и рутением, за последнее время добавилось еще два — химические соединения с мышьяком и серой — осарсит OsAsS и эрликманит OsS2.
Список иридиевых минералов, их было известно 8, пополнился лишь одним-это ирарсит IrAsS.
Рутениевый минерал лаурит RuS2, открытый в прошлом столетии на о. Борнео, оставался единственным до 1971 года, когда был открыт осрутин RuOs.
Почти все выявленные за последние десятилетия платиновые минералы представлены мельчайшими зернами, вкрапленными в другие минералы, преобладающие в составе руды, такие, как поликсен, ферроплатина, невьянскит, хромит, магнетит и различные сульфиды. Это очень затрудняет изучение, а для того чтобы новый минерал был признан, необходимо дать точную физико-химическую характеристику, доказать, что он имеет качественные отличия от сходных минералов. Когда же дело касается минералов ценных, а все платиновые минералы таковы, ясное представление о свойствах, размере зерен, особенностях их срастания и многом другом приобретает еще и важное практическое значение. Поэтому не только «погоня» за новыми, но и углубленное изучение уже давно известных минералов не прекращается.
Структура минерала является одной из важных его характеристик. Зерна платиновых минералов, даже наиболее распространенных в россыпях, обычно мелки и укатаны. Поэтому лишь в результате многолетнего упорного труда П. В. Еремееву в 1878 году удалось охарактеризовать формы кристаллов поликсена, осмистого иридия и иридистого осмия. В дальнейшем его выводы были подтверждены.
В наше время рентгеноструктурный анализ открыл возможность определения структуры минералов даже в мельчайших зернах. Установлено, что в кубической сингонии кристаллизованы самородная платина, поликсен, платинистый иридий, сперрилит и многие другие. Тетрагональное строение характерно для ферроплатины, куперита, высоцкита и других, а минералы иридия и осмия невьянскит, сысерскит и родственные им являются гексагональными.
Твердость платиновых минералов, даже не образующих крупных выделений, теперь определена не только по весьма схематичной шкале Мооса, но и в абсолютных величинах с помощью микротвердомера, путем вдавливания алмазной иглы под определенной нагрузкой. Самым твердым оказался самый легкий минерал лаурит-3150 кгс/мм2 (или 7,8 по шкале Мооса). Немногим ему уступает по твердости и другой рутениевый минерал-осрутин. А самый мягкий (110 кгс/мм2) — меренскит PdTe2, названный в честь Меренского. Другие природные соединения палладия с теллуром, висмутом, свинцом тоже отличаются малой твердостью. Таким образом, рутений и палладий занимают крайние позиции по этому показателю, а в промежутке расположены остальные члены семейства. Для наиболее распространенных минералов характерны такие средние значения твердости (в кгс/мм2): ферроплатина — 290, поликсен — 400, невьянскит-620 (для сравнения отметим, что твердость природного золота — известно более 20 его минералов-находится в пределах 50-140 кгс/мм2).
Магнитная сепарация — один из важнейших способов обогащения руд, поэтому выяснению магнитности платиновых минералов уделяется значительное внимание. Установлено, что наиболее магнитны минералы, богатые железом, в основном — ферроплатина, ее зерна притягиваются обыкновенным магнитом, но некоторые из них почему-то не магнитны, становятся ими при значительном давлении и снова утрачивают это свойство после прокаливания. Обнаруживают магнитность и минералы, не содержащие железа, например сысерскит, полярно магнитна купроплатина. Эти особенности магнитных свойств, как и многих иных, еще ждут своего объяснения.
Исследования последних десятилетий показали ошибочность долго господствовавшего представления о том, что в условиях земной коры платиновые металлы способны образовывать в сколько-нибудь значительном масштабе лишь сплавы между собой и с железом.
Теперь установлено значительное распространение интерметаллическнх образований — металлидов. Они занимают как бы промежуточное положение между изменчивыми по составу сплавами и химическими соединениями, с характерным для них постоянным целочисленным соотношением элементов, отвечающим представлениям о валентности.
К металлидам относятся, например, минералы, состоящие из платины, палладия, олова и свинца.
Замечательный итог последнего периода изучения платинидов — это доказанное широкое распространение и практическое значение минералов-невидимок: арсенидов, антимонидов, висмутидов, сульфоарсенидов, сульфидов, селенидов, теллуридов — химических соединений платиноидов с серой и ее аналогами.
Зерна, которые еще недавно считали мономинеральными, оказались сложными сростками. Мир платиновых минералов расширился, и вместе с этим выяснилось, что для платиновых металлов характерна и «безминеральная» форма существования, в тончайше распыленном, вероятно атомарном, состоянии, что позволяет им прятаться в кристаллических решетках многих минералов.
Познание форм существования платиновых металлов в природе содействовало успехам технологии.
Правда, она еще очень сложна, насчитывает свыше 60 трудоемких операций (дробление, растворение, магнитная сепарация, флотация, плавка, термическая обработка, электролиз и т. д.), но уровень извлечения все же повысился настолько, что в наши дни сульфидные месторождения платформ стали основным источником платиновых металлов. Доля россыпей теперь составляет лишь несколько процентов.
Попутное получение платиновых металлов (вместе никелем и медью) не привело пока к их удешевлению. Более того, стоимость их растет (о причинах этого будет идти речь дальше), и рациональное использование становится все более актуальной проблемой. Для решения ее необходимо ясное представление о свойствах и строении этих металлов. Что же удалось узнать?
МИР АТОМОВ
В истории науки открытие платины оставило яркий след, подорвав веру в самое святое — неподдельность золота и непогрешимость Библии, развенчав алхимию. Такими негативными результатами дело не ограничилось. Дальнейшее изучение платиновых металлов не только расширило возможности их практического применения, но и привело к нескольким поистине великим открытиям.
В 1823 году, когда свойства платины уже считали хорошо изученными, немецкий химик И. Дёберейнер продемонстрировал опыт, который выглядел как фокус и вызвал общее недоверие. Дёберейнер, выпуская из сосуда струю водорода, помещал на ее пути тонкодисперсную (губчатую) платину, и тотчас же водород загорался сам собой при комнатной температуре и даже на морозе.
Опыт повторяли многие и убедились — подвоха нет. Сколько бы раз ни воспламеняли струю, сколько бы времени ни горел водород, платина у контакта с ним остается неизменной, сохраняя свой вес, вид, свойства. Следовательно, она не участвует в реакции, так почему же тогда, соприкасаясь с ней, загорается водород? Почему нагревается платина?
Объяснить это не смог тогда никто, за исключением, как иронически отметил автор открытия, сторонников старой версии о том, что платина творение бесовское. Не пытаясь их опровергнуть, Дёберейнер сосредоточил усилия на практическом использовании замечательного свойства, создав водородное (или дёберейнерово) огниво — свинцовый сосуд, в котором серная кислота, реагируя с цинком, образует водород. Его струя, при выходе из крана, соприкоснувшись с платиновой пластинкой, загоралась. Горение прекращали, закрыв кран. При этом давление газа в сосуде возрастало, оттесняя кислоту от цинка, и образование водорода прекращалось, пока кран вновь не будет открыт.
Такой быстрый и безопасный способ получения огня до изобретения спичек пользовался широким распространением. Огниво сумели «миниатюризировать» почти до размера современной зажигалки.
