Платина — очень редкий на Земле металл, считающийся драгоценным и податливым для обработки. Его название пришло из испанского языка, дословно переводится как мелкое серебро. В таблице Менделеева фигурирует под обозначением Pt. Элемент встречается в самородках, различных сплавах и соединениях.
Температура плавления платины, тяжелый вес, твердость и устойчивость в условиях агрессивной среды делают металл незаменимым в различных областях жизни.
Общая характеристика металла
Платина относится к благородным металлам, с высокой плотностью. Узнать ее можно по беловато-серому оттенку и характерному блеску. Она не реагирует на кислоту, щелочи и другие элементы, что делает ее устойчивой к окислению и образованию коррозии. Ближайшими соседями платины в таблице Менделеева выступают иридий, осмий, палладий, родий и рутений.
Первооткрывателями платины стали испанские мореплаватели. Хотя ранее исследователями были найдены артефакты, датированные временами Древнего Египта.
Когда было обнаружено свойство драгметалла сплавляться с золотом, в Европе стали изготавливать поддельные монеты и ювелирные изделия. Желтый металл также является благородным и ценится достаточно высоко, но не так как платина.
В природе платина встречается в примесях к железу, марганцу, никелю и другим рудам. Может находиться в виде отдельной жила или россыпями вокруг рудника. Месторождений металла не так уж и много в мире. Основные из них находятся в ЮАР и России. Также встречаются залежи в Зимбабве, Канаде, США и Китае.
Используют драгметалл в химической и промышленной сферах, в автомобилестроении и космонавтике. В медицине из металла делают инструменты, детали для оборудования. Кроме этого, платиновые молекулы хорошо зарекомендовали себя в химиотерапии при лечении онкологических недугов.
Слитки платины
Характеристики и свойства платины
Платина обладает очень высокой плотностью. Среди самых тяжелых металлов она занимает особое место и в весе уступает только не менее редким иридию и осмию.
В сравнении с золотом и серебром, имеет большую твердость. Именно это свойство позволяет платине быть устойчивой к механическим воздействиям.
Металл способен поглощать газы — водород и кислород. В некоторых состояниях эта способность усиливается. Особенно хорошо кислород абсорбируется платиновой чернью, которая получается в результате реакции солевых растворов на восстановители.
Характеристики:
- металл белого (иногда с оттенками серого) цвета, блестящий;
- кристаллическая решетка при 20 °C, нм а = 0,392;
- твердость равна МПа 390-420;
- удельное электросопротивление при 0 °C, мкОм•см 9,85;
- температура плавления, °С — 1773,5;
- температура кипения, °С — 4410;
- радиус атома, нм — 0,138;
- удельная теплоемкость, Дж/(моль/К) — 25,9;
- модуль упругости, ГПа — 173;
- теплопроводность при 25 °C, Вт/(м•К) — 74,1;
- плотность при 20 °C, кг/дм3 — 21,45.
Нюансы переработки платинового сырья
От примесей металл очищается сначала механическим способом, затем с применением химических веществ. Последний позволяет улучшить качество сплава и повысить его свойства.
Платиновые слитки нагреваются в специальных емкостях. Туда же добавляется царская водка. Таким образом, отделяются и растворяются ненужные неблагородные металлы и осадок с содержанием других элементов, который не поддается растворению.
Осадки необходимо отфильтровать и обработать царской водкой. Такие вещества как осмий и иридий идут на промышленные нужды, поэтому их после обработки сплава извлекают из котлов.
Образовавшиеся в процессе обработки осмий, палладий и иридий необходимо преобразовать. Это необходимо для того чтобы хлористый аммоний, добавляемый в состав, не мог на них влиять, и они не выпали в осадок. Для этого раствор изменяется прогревом с серной и щавелевой кислотами.
После ввода хлор-аммония платина выпадет в осадок в виде золотистых гранул. Ее извлекают и очищают нашатырем. Готовый продукт просушивают и используют по назначению.
Промышленная плавка платины
Способы плавления
При плавке благородных металлов и сплавов необходимо создать такие условия, при которых минимизируются их потери.
Плавят платину и ее сплавы в тигельных индукционных печах из оксида кальция, магнезита или оксида циркония. Емкости для плавки изготовляют из огнеупорных материалов. Если нужно получить изделие без примесей кальция или магния, можно использовать тигли из оксидов тория или циркония.
В качестве сырья для плавления используют разную платину: губчатую, спрессованную и в брикетах. Можно использовать также скрап. Дополнительные компоненты вводят в расплавленную платину при температуре 1850-1900 градусов по Цельсию. Несмотря на слабое взаимодействие платины с печными газами, плавку нужно вести очень быстро, не допуская раскисления металла.
Плавление платины в домашних условиях
Где используют?
Благодаря своим уникальным характеристикам платина сегодня используется в следующих отраслях:
Ювелирная промышленность
Из этого металла изготавливают различные украшения, он отлично сочетается со многим камнями (бриллианты, самоцветы и т. д.). Платина позволяет надежно защитить драгоценные камни, поэтому они не изнашиваются и длительно сохраняют свой изящный облик. Кроме того, этот элемент не отражает свет на камень, поэтому у него всегда глубокий и насыщенный цвет. Наиболее подходящим вариантом будет ограненный алмаз.
Из этого благородного металла делают также серьги, кольца, браслеты и т. д.
Все украшения из платины 950 пробы отличаются долгим сроком эксплуатации. Износоустойчивость – это не единственное достоинство этого материала, так как у него изумительный и очень привлекательный цвет.
Цвет данного металла не темнеет и не тускнеет даже через десятки лет, поэтому он существенно отличается от золота, которое со временем тускнеет и становится желтым.
Благодаря своему уникальному составу платина является гипоаллергенным металлом, и поэтому украшения из неё могут носить люди с очень чувствительной кожей.
Такие украшения можно найти в числе семейных реликвий, потому что они способны пережить не одно поколение.
Медицина
Платина востребована в медицине, к примеру, из неё производят медицинские инструменты, которые не окисляются, а стерилизуются в процессе прокаливания, что часто требуется в экстремальных полевых условиях. Из нее изготавливают электроды кардиостимуляторов, а также она нашла применение в зубопротезировании и слухопротезировании.
К тому же наночастицам элемента удается проникать в клетки организма человека, при этом они оказывают противовоспалительное и регенерирующее действие, а также они позволяют улучшить питание клеток полезными микроэлементами. Поэтому соединения платины сегодня являются компонентами многих лекарств, которые предназначены для больных раком.
Автомобилестроение
Благодаря прекрасным каталитическим свойствам металла, из него сегодня изготавливают каталитические нейтрализаторы для систем выхлопа отработанных газов автотранспорта, которые позволяют полностью дожигать выхлопные газы и в итоге от них остается двуокись углерода и водяной пар.
Электротехника
Стабильные электрические и термоэлектрические свойства металла, а также антикоррозионная стойкость делают его практически незаменимым материалом для электротехники и радиоэлектроники.
Этот металл необходим для производства высокоточных приборов. Из нее изготавливают трудно плавящиеся катоды, антикатодные рентгеновские трубки, а также проволоку для термометров сопротивления, которые позволяют точно измерять температуру в большом диапазоне.
Платиной покрывают контакты и сопротивления, потому что у неё большая температура плавления. Из сплава Pt и Co делают мощные магниты. Этот материал необходим для жидкокристаллических дисплеев, жестких дисков и других деталей компьютерной техники.
Нефтехимическая промышленность
В нефтехимической промышленности сегодня востребована платиновая сетка, с помощью которой производят серную кислоту. Из этого металла делают емкости реакторов и посуду.
Катализаторы из этого элемента позволяют получать:
- высокооктановый бензин;
- ароматические углеводороды;
- технический водород.
Стекольная промышленность
Из этого металла делают фильтры, которые необходимы для протяжки стекольных сплавов. В таких тиглях плавится оптическое стекло в случае, если необходимо выдержать требуемую рецептуру. Кроме того, этот металл используют в зеркалах лазеров.
Банковская сфера
Из платины и её сплавов чеканят монеты. Первые монеты чеканили в России в 1828 г. Сегодня такие монеты принято считать инвестиционными.
Кроме того, из этого благородного металла льют слитки, которые используют для капиталовложений.
Востребованность среди банкиров, ученых, ювелиров и техников в платине с каждым днем увеличивается, и поэтому растет стоимость металла, что делает его очень привлекательным для инвесторов. Дальнейшее изучение металла еще больше расширит область его применения.
Температура плавления
Платина, как отдельные элемент, имеет температуру плавления 1774 градуса. Но этот показатель может меняться в зависимости от содержания лигатур в сплаве. Например:
- сплав платины с иридием 850/900/950 пробы — 1800-1820/1780-1800/1780-1790 градусов;
- сплав платины с палладием 850/900/950 пробы — 1730-1750/1740-1755/1755-1765 градусов;
- сплав с кобальтом 950 пробы — 1765-1780 градусов;
- сплав платины с рутением 950 пробы — 1780-1795 градусов.
Температура плавления платины и другие ее физические характеристики позволяют использовать металл при производстве вискозного волокна. Из сплава изготавливают специальные высокопрочные формы, через которые продавливают пластичный материал.
Температуру плавления драгметалла необходимо учитывать при введении в его состав лигатурных компонентов в процессе формирования ювелирных материалов.
История про фальшивомонетчиков и уральских охотников
Дешевое «серебришко» натолкнуло фальшивомонетчиков на отличную идею. Надоедливый металл добавляли в золото: цвет сплава не менялся, подделки были высокого качества.
Испанская корона, узнав о проделках мошенников, приказала топить «вредный металл». Натурально топить, в водах Атлантики — в Колумбии и Испании. Позже испанский двор решил сам подзаработать на «гнилом серебре» и добавлять его в монеты.
Печальная история «металлической Золушки» закончилась к XIX веку.
Ученые заинтересовались платиной, и обнаружили, что у нее есть «семья». Вместе с «главой» членов семьи пять. Это родий, иридий, рутений, палладий, осмий. Классификацию проводили ученые разных стран.
Интересно: уральские охотники, встречая платиновые россыпи, использовали зернышки металла вместо дроби. Это была самая дорогая дробь в мире.
Плавление платины в домашних условиях
Если возникла такая ситуация, когда нужно переплавить платину в домашних условиях, предварительно нужно ознакомиться с данным процессом. Перед процедурой подготавливают необходимые инструменты и материалы. Плавить платину можно с помощью самодельных газовых горелок с использованием кислородных баллонов. Также используют для этих целей сварочный аппарат. В качестве емкости берут фарфоровый тигель.
Лабораторный фарфоровый тигель
Подготавливают шихту таким же образом, как и в промышленных условиях. Сам процесс плавки выполняется следующим образом.
- Платиновый сплав помещается в тигель и нагревается газовой горелкой или другими самодельными приспособлениями до достижения необходимой температуры.
- Вид отлитого металла зависит от созданной формы и личных предпочтений.
- После плавления платина должна полностью остыть.
- Готовое изделие вынимается из формы с помощью инструментов и с соблюдением необходимых мер осторожности.
Как видите, плавить платину самостоятельно можно, хотя конечный результат во многом зависит от умений мастера, качества материалов и знания технологии. Получить чистый продукт без примесей без специального оборудования практически невозможно, т.к. все способы плавки не идеальны. Если нужен чистый металл, лучше обратиться к специалистам.
История открытия
В национальной американской лаборатории Сандиа создали самый прочный и износостойкий материал. Его проектировали на атомарном уровне с помощью компьютера. Соединенные в сплаве золото и платина усилили технические характеристики друг друга и добавили очень высокую износостойкость, в 100 раз превышающую показатели высоколегированных сталей.
Исследования с помощью электронного микроскопа показали, что при смешивании компонентов, уникальный металлический сплав образует на своей поверхности тонкий слой алмазной смазки. Благодаря ей стойкость к стиранию увеличивается в несколько раз и превосходит высоколегированные металлы и бронзы.
Сплав назвали белым золотом, поскольку он имеет ослепительный стальной блеск с легким, еле различимым оттенком желтизны. Основным компонентом сплава является платина, процентное содержание которой достигает 90%. И только десятую часть составляет золото.
Зачем золото плавят и смешивают с менее драгоценными металлами
Золото-это твердый тугоплавкий металл, который часто смешивают с другими металлами, такими как: медь, серебро, железо, алюминий, платина. При этом оно часто меняется цвет (оно становится белым, коричневым, красным). Цели сплавов:
- Увеличение прочности. Чистое золото легко поддается деформации. Поэтому его сплавляют с более прочными элементами — так можно получить более твердый материал.
- Экономия средств. Чистое золото — чрезвычайно дорогой металл. Для экономии денежных средств его можно сплавить с более дешевыми компонентами — цена конечного изделия будет ниже.
- Придание золоту уникального цвета (розовый, белый, зеленый, синий, фиолетовый и др сплавы). Лигатуры различных металлов отвечают за соответствующий оттенок.
Чтобы смешать металлы, их нужно нагреть до определенной температуры, при которой оно из твердого состояния перейдет в жидкое (явление расплавления). Этот показатель называют температурой плавления. При необходимости материал можно нагревать и после его расплавления.
При достижении определенной температуры золото может начать испаряться (эту отметку называют температурой кипения).
Процесс производства золотых слитков
Оборудование и материалы для домашней плавки металла
Перечень необходимого оборудования зависит от метода переплавки металла:
- Расплав с помощью горелки. Для проведения работ Вам понадобится баллон с газом и горелка (автоген). Плавление золота рекомендуется проводить на огнеупорном кирпиче, который не начнет крошиться при нагреве. Тигель можно сделать из огнеупорной глины. Также рекомендуется прихватить тугоплавкие щипцы для помещения материала в тигель.
- Расплав с применением плавильной печи. Большинство плавильных печей, которые продаются в интернет-магазинах, относятся к ювелирной категории. Они являются полностью автономными (конструкция содержит свой тигель). Поэтому Вам понадобятся только золотые частички.
- Расплав с помощью микроволновки. Для расплавления следует применять микроволновую печь мощностью от 1200 ватт. Также Вам понадобится два кирпича – в них следует сделать две выемки (кирпичи ставятся в печь выемками друг к другу, чтобы образовалось свободное пространство). Тигель рекомендуется сделать из графита (микроволновое излучение может расплавить глину).
Как ухаживать за изделиями из белого золота
Сплав драгоценных металлов не окисляется. Но на изделия из белого золота ложится пыль. Соединяясь с влагой воздуха, она прочно удерживается на поверхности, забивается в отверстия. Раз в месяц ювелирные изделия следует чистить.
- Сделать раствор обычного мыла с минимальным количеством добавок. Лучше всего подходит «Детское» и «Хозяйственное».
- Положить в него ювелирные украшения на несколько минут.
- Достать и протереть мягкой салфеткой или бумажным полотенцем.
- Рельефную поверхность проще всего очистить зубной щеткой с мягкой щетиной.
Ювелирные изделия при изготовлении покрывают тонким слоем родия. Он усиливает блеск драгоценных металлов. Твердый родий создает прочную защиту от царапин и стирания. Постепенно защитное покрытие местами вытирается и его следует обновить. Самостоятельно сделать это не получится. Следует отдать драгоценности на чистку ювелиру.
Микросхемы протираются влажной салфеткой, когда оборудование отключено. После этого высушиваются.
Белым золотом называют различные сплавы, в которых к драгоценному металлу добавляют лигатуры, отбеливающие его и улучшающие технические характеристики. Износостойкость металла оправдывает его высокую стоимость.
Состав и структура
При создании сплава золото и платина проходят 2 стадии образования раствора. Сначала расплавленные металлы растворяются друг в друге на молекулярном уровне. При охлаждении образуется твердый раствор, когда смешиваются кристаллы чистого вещества в аналогичных затвердевших образованиях другого компонента.
К белому золоту новички часто относят:
- серебро;
- платину;
- отдельный сорт золота белого цвета.
На самом деле ювелиры еще в начале 20 столетия начали смешивать 9 частей золота с 1 частью палладия. Такого количества лигатуры достаточно, чтобы материал приобрел белый цвет и яркий стальной блеск. Это делалось для того чтобы выдать его за платину, которая из-за высокой температуры плавления производилась в малых количествах и стоила очень дорого. В настоящее время оба драгоценных металла имеют одинаковую стоимость.
Постепенно стали производить и другие составы «белого золота». Самым дешевым оказался сплав золота с никелем. Состав обладал высокой твердостью, хорошо полировался. Недостаток материала обнаружился позже. Содержание никеля в сплаве, даже в пределах 10%, у некоторых людей вызывает аллергию при соприкосновении с кожей, особенно потной или покрытой кремами.
Серебро в качестве лигатуры окрашивает золото в белый цвет, но поверхность матовая.
В ювелирной промышленности используют лигатуру из других материалов:
- кадмия;
- платины;
- цинка;
- меди.
Из них делают двухкомпонентный и сложный сплав. Достаточно добавить 8,4% платины, чтобы золото стало белого цвета. Медь, наоборот, делает его красным. Кадмий снижает температуру плавления смеси из благородных металлов, увеличивает пластичность и ковкость.
Цинк повышает жидкотекучесть золота, позволяя ему хорошо заполнять форму сложной конфигурации. В небольших количествах цинк отбеливает благородный металл. Если он превышает 5%, появляется зеленоватый оттенок и хрупкость.
Слитки никеля
Достоинства и недостатки
Достаточно посмотреть на украшения с бриллиантами, чтобы убедиться, что белое золото служит для них великолепным обрамлением. Украшения можно надевать днем и вечером.
Желтое золото быстрее теряет свой блеск. Оно более мягкое, постоянно царапается и со временем окисляется. В изделиях с бриллиантами желтый металл передает им свой оттенок, изменяя игру света в камне. Оно превосходит сплав при изготовлении литьем, поскольку имеет относительно низкую температуру плавления и высокую пластичность.
Стоимость платины и золота примерно одинаковая. Поэтому драгоценные металлы в чистом виде и сплаве одинаково дорогие. При ударе твердым предметом мелодично звенят. Звук затухает волнами.
Клеймо на 585 пробе
Подлинность желтого металла всегда должна быть подтверждена клеймом с указанием его пробы. В России эта процедура носит обязательный характер и контролируется государством. Клеймо позволяет покупателю быть уверенным в качестве и подлинности драгметалла.
Современный лазерный способ позволяет поставить клеймо с высокой степенью читабельности. Но изображение достаточно быстро может стереться, особенно если место клеймения постоянно соприкасается с другой поверхностью. Самым долговечным признан все-таки механический способ.
Пример клейма на изделии и его расшифровка.
Само клеймо состоит от трех частей: буквы (шифр пробирной инспекции), рисунка (женская голова с кокошником, смотрящая влево), и цифры «585» (самой пробы). Кроме этих символов ювелирное изделие может иметь еще одно клеймо – именник производителя.
Изделия, которые ввозятся на территорию России, также проходят пробирование. В Италии и США государственного стандарта не существует и вся ответственность за подлинность ювелирного украшения лежит только на производителе. Клеймо на зарубежных изделиях обычно состоит из символов «14 К» (14 карат, соответствующие отечественной 585 пробе) и букв, обозначающих изготовителя.
