Анализ данных о платине позволяет сделать достаточно оптимистический вывод. С учетом того, что мировое производство платины составляет более 130 т в год и в ближайшее время по прогнозу может достигнуть 200 т в год, объем производства осмия также может в принципе вырасти до 2 т и более в год.
Определенные надежды связывают и с производством монохромата; как сказано выше, этот источник может дать значительное количество осмия.
Обзор конъюнктуры рынка платиновых металлов и, в частности, осмиевого рынка показал, что наиболее востребованными в мире формами осмия являются металлический осмий, осмат калия и тетраоксид осмия. Ниже приведены характеристики некоторых соединений осмия.
В институте «Гипроникель» разработаны технологии получения этих аффинированных товарных форм осмиевой продукции непосредственно из полупродуктов комбината «Североникель». Таким образом, значительное увеличение выпуска осмия и стабилизация его поставок возможны без существенных капитальных вложений в рамках применяемой в России технологии за счет использования внутренних ресурсов. Одновременно целесообразно организовать исследования по изучению наиболее рационального использования осмия, изысканию новых областей его применения и наладить выпуск наиболее перспективных в настоящее время форм осмиевой продукции.
Иридий – яркий представитель МПГ
Краткая история второго английского дубля
Иридий и в природе, и в истории соседствует с героем предыдущей главы – осмием.
Оба металла примерно в одно время (около 1804 г.) открыл английский химик Смитсон Теннант.
Исследуя черный порошок, остающийся после растворения самородной платины в «царской водке», он сначала выделил из него осмий, соли которого отличались резким запахом. Затем ученый занялся песчинками, запах которых был еле уловим, и определил, что в них осмий, так же как железо и платина, оказался лишь примесью, а что было главным-это предстояло выяснить.
После множества опытов Теннант получил хлорид неизвестного вещества, а из него металл, который по некоторым физическим свойствам был похож на осмий, но отличался от него хрупкостью, а главное – своими химическими свойствами. Наиболее приметным было то, что соли этого металла имели яркую многоцветную окраску. Это и определило выбор названия – иридий (от греческого iris – радуга, радужный).
Так получилось, что открытие Теннантом нового металла привело к отмене другого элемента, над которым в тот же период работали видные французские химики А. Фуркруа и Л. Вокелен. В отличие от Уильяма Волластона, Теннант не был сторонником засекречивания своих достижений или, тем более, превращения их в шутку. Он открыто и, главное, очень убедительно продемонстрировал новые металлы и процессы их получения, и французские ученые его поддержали. Для них это было морально нелегко, но по-научному честно. Они сообщили, что тоже изучали нерастворимый остаток платиновой руды и сделали вывод о содержании в нем неизвестного элемента. Ему даже дали имя «птен» – крылатый, но до конца исследование не довели из-за странностей в поведении нового элемента. Теперь стало ясно, что птен в этих странностях не виноват, потому что его вообще нет: французские исследователи самокритично признали, что приняли за птен смесь двух элементов – иридия и осмия.
Так, открыв осмий и иридий, Теннант, вслед за своим соотечественником Волластоном, тоже совершил «дубль» в науке-семейство платиноидов пополнилось еще двумя металлами.
Свойства, запасы и применение иридия
Иридий относится к тяжелым платиноидам, по основным характеристикам (плотность, температура плавления и др.) он лишь немного уступает признанному уникальным осмию.
Атомная масса иридия 192,2.
Плотность 22,42 г/см3.
Скрытая теплота плавления при 2300 °C составляет 109,25 Дж/г.
Твердость иридия по шкале Мооса 6,0–6,5. Температура кипения выше 4400 °C. Температура плавления 2450 °C.
Металлический иридий плавится в кислородно-водородном пламени в обычной известковой печи, В пламени светильного газа и кислорода не плавится.
Коэффициент линейного расширения иридия при повышении температуры на 1 °C в интервале температур от 0 до 100 °C составляет 0,0000067.
Природа бедна иридием: земные запасы его не превышают миллионных долей процента. Один из основных источников его получения – осмистый иридий.
Минералы группы осмистого иридия генетически связаны главным образом с ультраосновными изверженными породами (дунитами и перидотитами), в которых они встречаются в тесной ассоциации с минералами группы платины, хромшпинелидами, изредка с сульфидами меди. Известны находки осмистого иридия также в гидротермальных кварцевых золотоносных жилах (встречались сростки невьянскита с золотом).
При выветривании руд осмистый иридий вследствие химической устойчивости вместе с минералами группы платины и золотом переходит в россыпи. Он широко распространен в платиноносных россыпях Свердловской области (Невьянский, Сысертский и другие районы). В незначительных количествах осмистый иридий присутствует во многих золотоносных россыпях Урала, Сибири, а также в россыпях штатов Калифорния и Орегон (США), Британской Колумбии (Канада), Бразилии и в других местах. На о-ве Тасмания (Австралия) известны россыпи, в которых минералы группы осмистого иридия преобладают над платиновыми минералами. Попутно с золотом они добываются в месторождении Витватерсранд (Южная Африка).
В наше время чистый иридий выделяют из самородного осмиридия и остатков платиновых руд, но прежде из них, действуя различными реагентами, извлекают платину, осмий, палладий и рутений и лишь после этого наступает очередь иридия. Полученный при этом порошок либо прессуют в полуфабрикаты и сплавляют, либо переплавляют в электрических печах в атмосфере аргона. При обычной температуре иридий хрупок и не поддается никакой обработке, но в горячем состоянии может подвергаться ковке.
Во всем мире производится около 1 т этого металла в год. Это обстоятельство сдерживает спрос и сужает сферы использования иридия. Другим фактором, который осложняет применение иридия, является упомянутая хрупкость. Склонность к хрупкому межзеренному разрушению (ХМР) – одна из главных причин плохой обрабатываемости иридия.
В иридии технической чистоты снижение пластичности происходит за счет сегрегации примесей по границам зерен, что делает такой металл практически необрабатываемым. В высокочистом поликристаллическом иридии ХМР также вызывает снижение пластичности по сравнению с монокристаллом, но сегрегация примесей наблюдается далеко не на всех границах зерен. Иными словами, в таких случаях границы зерен в металле сами по себе являются «опасными» местами. В качестве причины склонности к хрупкости рассматривается торможение дислокаций на границах зерен из-за их специфической структуры.
Существуют два способа подавления межзеренной хрупкости или повышения обрабатываемости иридия. Первый-путем микролегирования повысить «прозрачность» границ для дислокаций. Второй – вывести границы зерен из материала, т. е. вырастить массивный монокристалл, и не допускать рекристаллизации металла при термомеханической обработке. Последний способ применяется, например, на Екатеринбургском заводе ОЦМ, что позволяет получать изделия из иридия любых требуемых размеров и форм.
Поэтому, несмотря на значительные, но преодолимые трудности, иридий используется в целом ряде сфер. И надо сказать, что ему находили применение еще в XIX в.
Если вспомнить о выпуске в России в 1828 г. первой платиновой монеты, то следует отметить, что тот белый червонец не был чисто платиновым, хотя на нем и была надпись: «2 зол. 41 дол, чистой уральской платины». На деле же монета содержала около 97 % платины и 1,2 % иридия (остальное составляли палладий, родий, медь и железо). Это было, если так можно сказать, анонимное применение иридия. Но в том же веке для него было найдено официальное и важное назначение – материал для эталонов мер и весов.
Известно, что такие эталоны должны обладать неизменяемыми с течением времени объемом и длиной, иметь достаточную механическую прочность и не иметь на поверхности даже легких следов окислов. Этим требованиям наилучшим образом отвечал сплав платины и иридия.
Еще в 1872 г. Международная метрическая комиссия постановила изготовить 31 эталон длины – «архивный метр» в виде брусков из сплава платины с 10 % иридия, а через 17 лет в качестве прототипа килограмма была утверждена гиря, выполненная из того же платиноиридиевого сплава, а международными эталонами стали 40 ее точных копий, которые поступили в хранилища разных городов.
В XX в, «архивный метр» был отменен (в 1960 г эталоном метра стала длина, равная 1650763,73 длины волны оранжевого излучения атома изотопа крилтона-86), но платиноиридиевая гиря в форме цилиндра диаметром и высотой 39 мм до конца столетия оставалась международным эталоном килограмма.
