Metales nobles

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Metales nobles  : metales que son ligeramente susceptibles a la corrosión y oxidación , y que no reaccionan con el ácido clorhídrico , lo que los distingue de la mayoría de los metales " básicos ". En una serie de potenciales electroquímicos , todos los metales a la derecha del hidrógeno corresponden a este . En la tradición rusa, esta lista es la mitad de corta: no incluye, por ejemplo, cobre . Otro nombre - metales preciosos  - debido a su rareza. Los principales metales nobles  son el oro , la plata , así como el platino y los otros 5 metales del grupo del platino  : rutenio , rodio , paladio , osmio e iridio .

Historia

Recibieron el nombre de "metales nobles" debido a su alta resistencia química (prácticamente no se oxidan en el aire) y brillo en los productos. El oro, la plata, el platino puro y el paladio tienen una alta ductilidad, y el resto de los metales nobles, además, tienen una refractariedad muy alta .

Tiempos antiguos

El oro y la plata nativos son conocidos por la humanidad desde hace varios milenios; esto se evidencia por los productos encontrados en antiguos entierros y trabajos mineros primitivos que han sobrevivido hasta el día de hoy. En la antigüedad, los principales centros de extracción de metales preciosos eran el Alto Egipto , Nubia , España , Cólquida ( Cáucaso ); hay evidencia de minería en América Central, del Sur , Asia ( India , Altai , Kazajstán , China ). En el territorio de Rusia, el oro ya se extrajo en el segundo y tercer milenio antes de Cristo. mi. Los metales se extraían de los placeres lavando arena sobre pieles de animales con lana recortada (para atrapar granos de oro), así como utilizando canales, bandejas y cucharones primitivos . De los minerales, los metales se extraían calentando la roca hasta que se rompiera, seguido de trituración de bloques en morteros de piedra , abrasión con piedras de molino y lavado. La separación por finura se llevó a cabo en tamices. En el antiguo Egipto se conocía un método para separar aleaciones de oro y plata con ácidos , separar oro y plata de una aleación de plomo por copelación, extraer oro por amalgama con mercurio o recolectar partículas usando una superficie grasa ( Antigua Grecia ). La cupelación se realizaba en crisoles de arcilla, a los que se añadía plomo [1] y salitre [2] .

En los siglos XI-VI a. mi. La plata se extraía en España en los valles de los ríos Tajo , Duero , Miño y Guadyaro. En los siglos VI-IV a.C. mi. el desarrollo de depósitos de oro primario y aluvial comenzó en Transilvania y los Cárpatos Occidentales .

La minería en la Edad Media

En la Edad Media (hasta el siglo XVIII ), la plata se extraía principalmente , la extracción de oro disminuyó debido al agotamiento de los yacimientos disponibles. A partir del siglo XVI, los españoles comenzaron a desarrollar los metales preciosos en América del Sur : a partir de 1532, en Perú y Chile , y a partir de 1537, en Nueva Granada (actual Colombia ). En Bolivia , la minería comenzó en 1545 en la "montaña de plata" de Potosí . En 1577, se descubrieron placeres de oro en Brasil . A mediados del siglo XVI, se extraía cinco veces más oro y plata en América que en Europa antes del descubrimiento del Nuevo Mundo .

Descubrimiento del platino

En la primera mitad del siglo XVI, los colonialistas españoles llamaron la atención sobre el metal blanco pesado infusible, que se encontró junto con el oro en los placeres de la Nueva Granada . De acuerdo con su parecido con la plata ( plata española  ), le dieron el nombre diminutivo de " platino " ( platina española ), literalmente - "plata". El platino era conocido en la antigüedad, las pepitas de este metal se encontraban junto con el oro y las llamaban "oro blanco" ( Antiguo Egipto , España , Abisinia ), "oro de rana" (la isla de Borneo ). Debido a que el platino se usaba para fraudes (sustitución de oro en monedas y joyas), se publicó [ ¿por quién? ] decreto del gobierno ordenando que sea arrojado al mar . La primera descripción científica del platino fue realizada por William Watson en 1741 en relación con el inicio de su extracción a escala industrial en Colombia (1735).

Descubrimiento de paladio, rodio, iridio, osmio y rutenio

En 1803, el científico inglés William Wollaston descubrió el paladio y el rodio , y en 1804, el científico inglés S. Tennant descubrió el iridio y el osmio . En 1808, el científico polaco Andrzej Snyadetsky , mientras exploraba el mineral de platino de América del Sur, extrajo un nuevo elemento químico , al que llamó mensaje . En 1844, Karl Klaus , profesor de la Universidad de Kazan , estudió exhaustivamente este elemento y lo nombró rutenio en honor a Rusia .

Distribución en la naturaleza y presas

La extracción de metales preciosos en Rusia comenzó en el siglo XVII en Transbaikalia con el desarrollo de minerales de plata , que se llevó a cabo por un método subterráneo. La primera mención escrita de la extracción de oro de los placeres de los Urales se remonta a 1669 (crónica del Monasterio Dolmatovsky). Uno de los primeros yacimientos de oro en Rusia fue descubierto en Karelia en 1737; su desarrollo se remonta a 1745. Se considera que el comienzo de la extracción de oro en los Urales es 1745, cuando E. Markov descubrió el depósito de mineral Berezovsky. En 1819, se descubrió un “nuevo metal siberiano” (platino) en depósitos de oro aluvial en los Urales. En 1824, se encontró un rico placer de platino con oro en la ladera oriental de los Montes Urales y se colocó la primera mina de platino en Rusia y Europa . Más tarde, K. P. Golyakhovsky y otros descubrieron el sistema Isovskaya de placeres de oro y platino, que se hizo mundialmente famoso. En 1828, el científico ruso VV Lyubarsky publicó trabajos sobre el primer depósito primario de platino del mundo, descubierto cerca de la Cordillera de los Urales Principales . Hasta 1915, el 95% del platino se extraía principalmente de placeres, el resto se obtenía mediante refinación electrolítica de cobre y oro.

Para extraer metales preciosos de depósitos aluviales en el siglo XIX , se crearon numerosos diseños de máquinas de recuperación de oro (por ejemplo, butara , cuna ). El desarrollo de Butor fue ampliamente utilizado en las minas de los Urales desde la primera mitad del siglo XIX. En los años 30. En el siglo XIX, en las minas se suministraba agua a presión para erosionar las rocas de placer. La mejora adicional de este método condujo a la creación de rompedores de agua  , prototipos del hidromonitor . En 1867, A.P. Chausov, cerca del lago Baikal , realizó por primera vez la extracción hidráulica de placeres; más tarde ( 1888 ) este método fue aplicado por E. A. Cherkasov en el valle del río Chebalsuk en la taiga de Abakan . A principios del siglo XIX, se utilizaron dragas para extraer oro y platino de placeres inundados , y en 1870 en Nueva Zelanda , se utilizó una draga para este fin .

Desde la segunda mitad del siglo XIX, los placeres profundos en Rusia se han extraído utilizando un método subterráneo, y en la década de 1990. Siglo XIX, se están introduciendo excavadoras y raspadores .

En 1767, F. Bakunin en Rusia fue el primero en aplicar la fundición de minerales de plata utilizando escorias como fundentes . Los trabajos del químico sueco K. V. Scheele (1772) contenían una indicación de la transición del oro a la solución bajo la acción de compuestos de cianuro . En 1843, el científico ruso P. R. Bagration publicó un trabajo sobre la disolución de oro y plata en soluciones acuosas de sales de cianuro en presencia de oxígeno y agentes oxidantes, sentando las bases de la hidrometalurgia del oro .

Tecnología de metal platino

La purificación y el procesamiento del platino se vieron obstaculizados por su alto punto de fusión (1773,5 °C). En la primera mitad del siglo XIX , A. A. Musin-Pushkin obtuvo platino maleable calcinando su amalgama (el platino no se amalgama). En 1827, los científicos rusos P. G. Sobolevsky y V. V. Lyubarsky propusieron un nuevo método para limpiar el platino en bruto, que marcó el comienzo de la pulvimetalurgia . Durante el año, por primera vez en el mundo, se purificaron alrededor de 800 kg de platino por este método, es decir, se procesó platino a gran escala. En 1859, los científicos franceses A. E. St. Clair Deville y A. Debré fundieron platino por primera vez en un horno con una llama de oxígeno e hidrógeno. El primer trabajo sobre la electrólisis del oro data de 1863, este método se introdujo en la producción en los años 80. siglo XIX.

El proceso del cianuro

Además de la fusión, en 1886, por primera vez en Rusia, se extrajo oro de los minerales mediante cloración (mina Kochkarsky en los Urales ). En 1896, se inauguró en la misma mina la primera planta en Rusia para la extracción de oro por cianuración (la primera planta de este tipo se construyó en Johannesburgo ( Sudáfrica ) en 1890). Pronto se utilizó el proceso de cianuro para extraer plata de los minerales.

En 1887-1888. en Inglaterra, J. S. MacArthur y los hermanos R. y W. Forrest recibieron patentes sobre métodos para extraer oro de minerales tratándolos con soluciones diluidas de cianuro alcalino y precipitando el oro de estas soluciones con virutas de zinc . En 1893 se depositó oro por electrólisis y en 1894 por polvo de zinc. En la URSS, el oro se extrae principalmente de placeres; en el extranjero, alrededor del 90% del oro proviene de depósitos de mineral.

En cuanto a la eficiencia de la extracción de metales preciosos de los placeres, el método de dragado es el mejor, el raspador-bulldozer y los métodos hidráulicos son menos económicos. La extracción subterránea de placeres es casi 1,5 veces más costosa que el método de dragado; en la URSS se usa en placeres profundos en los valles del río. Lena y Kolima . La plata se extrae principalmente de depósitos de mineral. Se encuentra principalmente en yacimientos de plomo-zinc, que dan anualmente alrededor del 50% de toda la plata extraída; de los minerales de cobre reciben el 15%, del oro el 10% de plata; alrededor del 25% de la producción de plata proviene de depósitos de vetas de plata. Una parte significativa de los metales de platino se extrae de los minerales de cobre y níquel. El platino y los metales de su grupo se funden junto con el cobre y el níquel , y cuando estos últimos se purifican por electrólisis, quedan en los lodos .

Hidrometalurgia

Para extraer metales preciosos, los métodos hidrometalúrgicos son ampliamente utilizados , a menudo combinados con enriquecimiento. El enriquecimiento gravitatorio de los metales preciosos permite aislar partículas metálicas de gran tamaño. Se complementa con la cianuración y la amalgamación, cuya primera justificación teórica la dio el científico soviético I. N. Plaksin en 1927. Para la cianuración, el cloruro de plata es el más favorable; Los minerales de sulfuro de plata a menudo se cianuran después de un tostado de cloración preliminar. El oro y la plata de las soluciones de cianuro generalmente se precipitan con zinc metálico, con menos frecuencia con carbón y resinas (intercambiadores de iones). Extraer oro y plata de minerales por flotación selectiva . Alrededor del 80% de la plata se obtiene principalmente por pirometalurgia, el resto por amalgamación y cianuración.

Refinación

Los metales nobles de gran pureza se obtienen por refinación . La pérdida de oro en este caso (incluida la fusión) no supera el 0,06%, el contenido de oro en el metal refinado no suele ser inferior a 999,9 muestras; la pérdida de metales de platino no es superior al 0,1%. Se trabaja en intensificar el proceso de cianuración (cianuración a presión o por purga de oxígeno), se buscan solventes no tóxicos para la extracción de metales preciosos, se desarrollan métodos combinados (por ejemplo, flotación-hidrometalúrgico), se utilizan reactivos orgánicos , etc . La precipitación de metales preciosos a partir de soluciones y pulpas de cianuro se lleva a cabo de manera efectiva utilizando resinas de intercambio iónico . Los metales preciosos se extraen con éxito de los depósitos con la ayuda de bacterias (ver Lixiviación bacteriana ).

Aplicación

Moneda metales

Conserva las funciones de moneda de los metales, principalmente el oro (ver Dinero ). Anteriormente, la plata se usaba activamente como dinero, pero luego, después de una saturación excesiva del mercado, perdió esta función.

Actualmente, la plata se mantiene como parte de las reservas de divisas de algunos bancos centrales , pero en volúmenes bastante pequeños.

La plata, como algunos otros metales preciosos, puede ser utilizada por individuos y empresas como ahorro. Los comerciantes utilizan activamente los futuros de plata en la bolsa de metales preciosos, así como en el mercado Forex.

Aplicación en ingeniería

En la industria eléctrica, los contactos están hechos de metales preciosos con un alto grado de confiabilidad ( resistencia a la corrosión , resistencia a la acción de un arco eléctrico de corta duración formado en los contactos ). Por ejemplo, una pequeña adición de rutenio (0,1 %) aumenta la resistencia a la corrosión del titanio , y los contactos eléctricos extremadamente resistentes al desgaste están hechos de una aleación con platino . Alrededor del 50% del rutenio extraído se consume en la producción de resistencias de película gruesa.

La aleación "osram" (osmio con tungsteno ) se utilizó para fabricar filamentos para lámparas incandescentes . La aleación de osmio con aluminio tiene una ductilidad inusualmente alta y se puede estirar sin romperse 2 veces [3] .

En la técnica de corrientes bajas a voltajes bajos en circuitos, se utilizan contactos hechos de aleaciones de oro con plata, oro con platino, oro con plata y platino. Para equipos de comunicación de baja corriente y carga media, las aleaciones de paladio-plata (del 60 al 5% de paladio) son ampliamente utilizadas. Son de interés los contactos cermet fabricados a base de plata como componente conductor. Las aleaciones magnéticas de metales nobles con una alta fuerza coercitiva se utilizan en la fabricación de electrodomésticos de pequeño tamaño. Las resistencias ( potenciómetros ) para instrumentos automáticos y galgas extensiométricas están hechas de aleaciones de metales nobles (principalmente paladio con plata, con menor frecuencia con otros metales). Tienen un coeficiente de resistencia eléctrica de baja temperatura , baja fuerza termoelectromotriz emparejada con cobre, alta resistencia al desgaste , alto punto de fusión, no se oxidan.

Aplicaciones en ingeniería química y tecnología de laboratorio

El tetróxido de osmio se utiliza en microscopía electrónica para fijar objetos biológicos.

Los metales resistentes se utilizan para fabricar piezas que operan en ambientes agresivos: aparatos tecnológicos, reactores, calentadores eléctricos, hornos de alta temperatura, equipos para la producción de vidrio óptico y fibra de vidrio, termopares, patrones de resistencia , etc.

Se utilizan en forma pura, como bimetal y en aleaciones (ver aleaciones de platino). Los reactores químicos y sus partes están hechos completamente de metales nobles o solo están cubiertos con láminas de metales nobles. Los dispositivos recubiertos de platino se utilizan en la fabricación de productos químicos puros y en la industria alimentaria. Cuando la resistencia química y refractariedad del platino o paladio no es suficiente, se sustituyen por aleaciones de platino con metales que aumentan estas propiedades: iridio (5-25%), rodio (3-10%) y rutenio (2-10% ). ). Un ejemplo del uso de metales nobles en estas áreas de la tecnología es la fabricación de calderas y cubas para la fusión de álcalis o el trabajo con ácidos clorhídrico, acético y benzoico; autoclaves , destiladores , matraces , agitadores, etc.

Aplicaciones médicas

En medicina, los metales nobles se utilizan para fabricar herramientas, piezas de instrumentos, prótesis , así como diversas preparaciones, principalmente a base de plata.

Una aleación de platino (90%) y osmio (10%) se utiliza en implantes quirúrgicos , como marcapasos , y en el reemplazo de válvulas pulmonares [ 3 ] .

Las aleaciones de platino con iridio, paladio y oro son casi indispensables en la fabricación de agujas de jeringa. De los medicamentos que contienen metales nobles, los más comunes son el lapislázuli , el protargol , etc. Los metales nobles se utilizan en radioterapia (agujas de oro radiactivas para destruir tumores malignos), así como en fármacos que aumentan las propiedades protectoras del organismo.

En electrónica

En tecnología electrónica, el oro dopado con germanio , indio, galio, silicio, estaño, selenio se utiliza para hacer contactos en diodos semiconductores y transistores . El oro y la plata se depositan en la superficie de las guías de ondas para reducir las pérdidas (ver efecto piel ).

En la industria del cine fotográfico

Antes de la era de la fotografía digital , las sales de plata eran la principal materia prima en la fabricación de materiales fotosensibles ( cloruros , bromuros o yoduros ). En los primeros días de la fotografía, se usaban sales de oro y platino, en particular, al escanear una imagen.

En la industria de la joyería

En joyería y artes y oficios, se utilizan aleaciones de metales preciosos (ver Aleaciones de joyería).

Recubrimientos protectores

Como recubrimientos, los metales nobles protegen a los metales base de la corrosión o dan a la superficie de estos metales las propiedades inherentes a los metales nobles (por ejemplo, reflectividad, color, brillo , etc. ). El oro refleja eficazmente el calor y la luz de la superficie de los cohetes y las naves espaciales. Para reflejar la radiación infrarroja en el espacio es suficiente una fina capa de oro de 1/60 micras. Para proteger contra las influencias externas, así como para mejorar la observación de los satélites, se aplica una capa de oro a su capa exterior. Algunas partes internas de los satélites están recubiertas de oro, así como las salas de los equipos para protegerlos contra el sobrecalentamiento y la corrosión. Los metales nobles también se utilizan en la fabricación de espejos (vidrio plateado con soluciones o recubrimiento de plata por pulverización al vacío). La película más delgada de metales nobles se aplica por dentro y por fuera en las carcasas de los motores de los aviones de gran altura. Los metales nobles cubren reflectores en secadores infrarrojos, contactos eléctricos y partes conductoras, así como equipos de radio y equipos de rayos x y radioterapia. Como recubrimiento anticorrosivo, los metales nobles se utilizan en la fabricación de tuberías, válvulas y recipientes para fines especiales. Se ha desarrollado una amplia gama de pigmentos que contienen oro para recubrir metales, cerámica y madera.

Soldaduras y aleaciones antifricción

Las soldaduras con plata son significativamente superiores en resistencia a las de cobre-zinc , plomo y estaño , se utilizan para soldar radiadores , carburadores , filtros , etc.

Nudos resistentes al desgaste

Las aleaciones de iridio con osmio , así como oro con platino y paladio , se utilizan para fabricar agujas de brújula , soldando plumas "eternas". La alta dureza y la refractariedad excepcional hacen posible el uso de osmio como recubrimiento en unidades de fricción.

Industria química: catalizadores

Las altas propiedades catalíticas de algunos metales nobles hacen posible su uso como catalizadores : platino - en la producción de ácidos sulfúrico y nítrico ; plata  - en la fabricación de formalina . El oro está reemplazando al platino más caro como catalizador en las industrias química y petrolera. El rodio y el iridio catalizan la reacción durante la producción de ácido acético [4] . El osmio se utiliza como catalizador para la síntesis de amoníaco , la hidrogenación de compuestos orgánicos y en catalizadores de celdas de combustible de metanol . El platino, el paladio y el rodio se utilizan en catalizadores de oxidación de gases de escape de automóviles . Archivado el 20 de abril de 2021 en Wayback Machine .

Los metales nobles (plata y rutenio) también se utilizan para la purificación del agua .

Producción mundial y precios

La minería de oro en el mundo en su conjunto está creciendo. En 2019 se extrajeron 3.533,7 toneladas de oro. China ocupa el primer lugar: en 2019 se extrajeron 383,2 toneladas, en segundo lugar se encuentra la Federación Rusa con 329,5 toneladas de producción. En tercer lugar está Australia: 325,1 toneladas El precio de la onza troy de oro en el mercado spot el 14 de diciembre de 2020 es de $1.829.

El paladio fue, con diferencia, el metal industrial más caro en 2020, y la LSE alcanzó un máximo histórico de 2.841 dólares la onza el 19 de febrero. Solo desde principios de 2020, ha subido de precio un 45%, en 2019, un 54%, en los últimos tres años, cuatro veces. Esto fue posible gracias a un fuerte aumento en la demanda del metal como catalizador en los motores de gasolina. Pero, contrariamente a las leyes del mercado, el déficit estructural de paladio no desaparecerá en los próximos años: casi no hay nuevos grandes proyectos para su extracción en el mundo, y las automotrices siguen aumentando las compras [5] . El precio del paladio en diciembre de 2020 es $2376.

Las reservas mundiales de rutenio se estiman en 5000 toneladas [6] . El precio de una onza troy de rutenio el 10 de diciembre de 2020 es de $270.

El osmio tiene la mayor gravedad específica de todos los metales nobles: 22,61 g/cm 3 [7] . Las mayores reservas de osmio del mundo, que ascienden a 127.000 toneladas, se encuentran en Turquía. También se encuentran importantes reservas de osmio en Bulgaria [8] . El precio del osmio en el mercado mundial a lo largo de 2020 se mantuvo estable: 400 dólares la onza troy .

El mayor productor mundial de platinoides en 2005: RAO Norilsk Nickel .

La tabla fue compilada de acuerdo con los datos de la revista "Expert" (para 2005) [9] .

Metal Producción primaria (toneladas) Precio promedio ($/kg) Volumen (millones de dólares)
Plata 20 300 236 4792
Oro 2450 14 369 35 205
Paladio 214 6839 1463
Platino 206 30 290 6240
Rutenio 24 2401 871
Rodio 23 66 137 1323
iridio cuatro 5477 5
Osmio una 12 903 una

Véase también

Notas

  1. ↑ Doctorado. TI Mayakova. Análisis de ensayo: desde el mundo antiguo hasta nuestros días. Descripción general  // Minería de oro: Diario. - 2007. - Diciembre ( N° 97 ). Archivado desde el original el 21 de abril de 2021.
  2. ↑ Historia de la química  // Wikipedia. — 2020-11-04.
  3. ↑ 1 2 Osmio  // Wikipedia. — 2020-11-01.
  4. ↑ ÁCIDO ACÉTICO: propiedades y tecnología de producción . nuevaquímica.ru . Consultado el 15 de diciembre de 2020. Archivado desde el original el 19 de abril de 2021.
  5. ↑ Catalizador para el crecimiento  // Kommersant. Archivado el 1 de noviembre de 2020.
  6. ↑ Emsley, John. Bloques de construcción de la naturaleza: una guía de la A a la Z de los elementos . - Oxford: Oxford University Press, 2001. - viii, 538 páginas p. — ISBN 0-19-850341-5 , 978-0-19-850341-5, 978-0-19-850340-8, 0-19-850340-7, 0-19-286215-4, 978-0- 19-286215-0. Archivado el 15 de diciembre de 2020 en Wayback Machine .
  7. ↑ Tabla periódica de WebElements » Osmio » los elementos esenciales . www.webelements.com . Consultado el 15 de diciembre de 2020. Archivado desde el original el 26 de noviembre de 2020.
  8. ↑ Osmio-187: Revisión del mercado mundial 2020 . marketpublishers.ru (15 de enero de 2020). Consultado el 15 de diciembre de 2020. Archivado desde el original el 18 de abril de 2021.
  9. ↑ Producción mundial y precios de los metales preciosos en 2005 (enlace inaccesible) . experto.ru. Consultado el 13 de octubre de 2016. Archivado desde el original el 13 de octubre de 2016. 

Literatura

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