В отличие от платины осмий не образует крупных месторождений, его кларки в 10-100 раз меньше кларков платины и палладия, что подтверждается соотношением платины и осмия в рудах различных платиноносных месторождений (табл. 3.2).
Месторождения наиболее известных типов осмистого иридия подразделяют на несколько видов.
1. Магматические, связанные:
с платиноносными дунитовыми массивами;
с перидотитовыми массивами;
с норитовым комплексом.
2. Гидротермальные – кварцевые золотоносные жилы.
3. Россыпные: элювиально-делювиальные; аллювиальные.
4. Метаморфизованные, связанные с норитовым комплексом (расположены в ЮАР).
Разнообразие типов месторождений осмистого иридия обусловливает различный состав этого минерала.
Таблица 3.2 Содержание платины и осмия в рудах различных месторождений
Месторождения сульфидных медно-никелевых руд, содержащие металлы платиновой группы, находятся в Садбери (Канада), Бушвельде (ЮАР), в районе Норильска и т. д. Первое детальное описание платиновой минерализации в медно-никелевых сульфидных рудах дано А.Д, Генкиным. Однако формы нахождения осмия в рудах этого типа до настоящего времени изучены недостаточно. Есть основания считать, что осмий, наряду с другими металлами платиновой группы, входит в кристаллические решетки сульфидов.
Установлено, что одним из основных концентратов платиновых металлов является пирротин. Различные разновидности этого минерала содержат значительную часть платины и палладия, изоморфно замещающих в них железо и никель, и, главным образом, редкие платиновые металлы – рутений, родий, иридий и осмий. Высокое содержание пирротина в перерабатываемых медно-никелевых сульфидных рудах свидетельствует о том, что абсолютное содержание в них такого ценного компонента, как осмий, довольно значительно.
Природные объекты, содержащие осмий в заметных количествах, не исчерпываются перечисленными породами и рудами.
Установлено, что изотоп рений-187, содержание которого в природном рении составляет 62,93 %, является радиоактивным и в результате р-распада превращается в изотоп осмий-187. Вследствие этого природные материалы, обогащенные рением, должны содержать повышенное количество осмия. В результате применения оригинальной методики это предположение подтверждено учеными на примере руд Джезказганского месторождения.
Заметные количества осмия определяются и в метеоритах: в каменных – 5-10 -5 и 0,91–10-4 %, в железных – 0,2-10-3 %.
Производство осмия
Итак, несмотря на то, что кларк осмия в земной коре примерно равен кларку платины, объем производства этого редкого платинового металла в мире невелик и составляет без учета запасов бывшего СССР немногим более 100 кг в год. Это объясняется весьма ограниченными и быстро истощающимися запасами осмистого иридия во всем мире, В то же время переработку сульфидных медно-никелевых руд – крупного источника получения осмия – осуществляют по различным технологическим схемам получения меди и никеля. В процессе переработки такого сырья осмий как бы «размазывается» по различным полупродуктам, отвальным шлакам, сбросным и оборотным растворам, пылям и газам. Извлечь осмий из множества указанных продуктов – сложная задача, которая стоит в настоящее время перед химиками и металлургами,
Определение основных продуктов концентрирования осмия на различных переделах металлургического производства и изучение форм нахождения его в каждом агрегатном состоянии представляют значительный интерес в связи с тем, что повышенные концентрации этого металла обусловливают необходимость разработки технологических схем извлечения осмия из того или иного продукта.
Основным источником получения металлов платиновой группы являются сульфидные медно-никелевые руды. Технологические схемы переработки таких руд включают операцию обогащения. Процесс ведут, как правило, способом коллективной флотации с последующим получением селективных никелевого и медного концентратов, а также отвальных хвостов обогащения. Осмий содержится во всех рудных и нерудных минералах, а также в пирротине и магнетите, которые в значительных количествах имеются в медно-никелевых сульфидных рудах.
В процессе обогащения наряду с нерудными минералами пирротин и магнетит частично переходят в отвальные продукты, в которых концентрируются значительные количества осмия и других редких платиновых металлов.
С целью извлечения никеля, меди и снижения потерь платиновых металлов с хвостами обогащения разработана автоклавно-окислительная технология переработки пирротиновых концентратов. Новая технологическая схема предусматривает выделение основной массы железа на головных операциях обогащения руд и получение сульфидного медно-никелевого концентрата, пригодного для пирометаллургической переработки по имеющейся технологии. Химические формы нахождения осмия и поведение их на каждой операции при окислительном выщелачивании концентратов, содержащих пирротин, чрезвычайно сложны.
Интересной особенностью осмия является то, что в технологии производства меди и никеля он распределяется по многочисленным продуктам – растворам, осадкам, шламам, газам и др. С целью концентрирования и последующего извлечения этого металла могут быть применены различные способы – экстракция, сорбция, осаждение, дистилляция.
Наиболее широкое применение экстракционного способа извлечения платиновых металлов обусловлено особыми свойствами платиноидов: склонностью их к комплексообразованию; легкостью перехода из одного валентного состояния в другое, что изменяет экстракционные свойства металлов и дает возможность разделить их; возможностью получения комплексов с разнообразными лигандами, что позволяет изменять знак заряда и, следовательно, применять все основные виды экстракции.
Наряду с экстракцией широко используются сорбционные методы разделения, очистки и выделения редких и благородных металлов. Применение ионного обмена для концентрирования металлов платиновой группы из растворов с большим содержанием примесей ограничивается в основном сорбцией примесей с оставлением платиноидов в растворе. Имеются способы отделения микрограммовых количеств осмия и рутения от меди, железа и никеля с использованием анионного обмена, осмия от рения, галогенокомплексов осмия от других платиновых металлов. Разработан способ извлечения осмия и других благородных металлов сорбцией их на модифицированном целлюлозном волокне. Способ позволяет отделять осмий от неблагородных металлов – никеля, меди, железа, кобальта и др., концентрация которых на три порядка превышает содержание благородных металлов, при извлечении из солянокислых и сульфатных растворов.
Что касается способа осаждения, то с помощью ряда неорганических и органических реагентов, выбор которых зависит от природы раствора, можно количественно осадить осмий из кислых и щелочных сред. Путем обработки щелочного раствора OsО4 избытком сульфида аммония и подкисления смеси соляной кислотой осмий осаждают в виде OsS2 Выделение осмия из раствора в форме его дисульфида можно осуществить также осаждением его сероводородом из кислых растворов, содержащих осмий.
В технологической и аналитической практике для выделения осмия из сложных смесей применяют способ дистилляции. Он основан на способности осмия образовывать летучую четырехокись при окислении твердых и жидких продуктов, содержащих этот металл. Способ дистилляции позволяет отделять осмий от основной массы сопутствующих платиновых и неблагородных металлов. Необходимо учитывать, что образование летучей четырехокиси свойственно не только осмию, но и рутению, Однако применение таких окислителей, как серная кислота – перекись водорода или азотная кислота, позволяет избирательно окислить и отделить осмий и от ближайшего аналога – рутения.
При переработке сульфидных медно-никелевых руд осмий с высокими показателями извлечения концентрируется в файнштейнах. Дальнейшее поведение осмия зависит от технологии переработки файнштейна.
При п и ро металлурги чес кой переработке продуктов флотации файнштейна осмий возгоняется на стадии обжига никелевого концентрата флотации файнштейна и в конце процесса конвертирования медных штейнов частично осаждается в оборотные пыли. При утилизации газов осмий концентрируется в промывной кислоте СКЦ, откуда успешно извлекается в течение многих лет на комбинате «Североникель». На Норильском ГМК газы не подвергаются мокрой очистке, и основная часть осмия теряется безвозвратно.
Гидрометаллургические методы переработки файнштейнов (Falkonbridge, Sumitomo и др.) с использованием гидрохлорирования или автоклавного окислительного выщелачивания создают предпосылки для обеспечения попутного высокого извлечения осмия.
