История металлов

История металлов

Категории металлов

Драгоценный металл

К драгоценным или благородным металлам относится ряд веществ, которые обладают повышенной износостойкостью, не подвержены влиянию коррозии и окисления. Кроме того, их драгоценность обуславливается редкостью. Всего насчитывается 8 видов и выделяют:

  • Золото. Пластичное, не подвергается коррозии, ρ (плотность) = 19320 кг/м3, t плавления – 1064 Сᵒ.
  • Серебро. Обладает тягучестью и ковкостью, обладает высокой отражающей способностью, электрической проводимостью, ρ = 10500 кг/ м3, t плавления – 961,9 Сᵒ.
  • Платина. Тягучий, тугоплавкий, ковкий элемент, ρ = 21450 кг/ м3, t плавления – 1772 Сᵒ.
  • Палладий. Обладает мягкостью и ковкостью, имеет серебристо-белый цвет, наиболее легкий, плавкий, пластичный элемент, не поддается коррозии, ρ =12020 кг/ м3, t плавления – 1552 Сᵒ
  • Иридий. Твердость и тугоплавкость выше среднего, отличается своей хрупкостью, не поддается воздействию щелочей, кислот и их смесей, ρ = 22420 кг/ м3, t плавления – 2450 Сᵒ
  • Рутений. Внешне схож с платиной, однако, имеет большую твердость, хрупкость и тугоплавкость, ρ = 12370 кг/ м3, t плавления – 2950 Сᵒ.
  • Родий. Твердость выше среднего, тугоплавкий, хрупкий, имеет высокую отражательную способность, не подвергается воздействию кислот, ρ = 12420 кг/ см3, t плавления – 1960 Сᵒ
  • Осмий. Тяжелый, имеет повышенную тугоплавкость, твердость выше среднего, хрупкий, не поддается воздействию кислот, ρ = 22480 кг/ м3, t плавления – 3047 Сᵒ.

Драгоценный металл

Редкоземельный металл

Схожие по своему химическому строению и по цвету(серебристо-белый) элементы. Насчитывается 17 видов этих металлов. Они были обнаружены в 1794 году в Финляндии, химиком Юханом Гадолином. К 1907 году этих элементов стало уже 14. Современное же название «редкоземельный» было присвоено данной группе к концу 18 века. Долгое время ученые предполагали, что элементы, относящиеся к этой группе, редко встречаются. Известны такие редкоземельные металлы:

Что касается химических свойств, то металлы образуют тугоплавкие и не растворимые в воде оксиды.

Редкоземельный металл

Первое освоение металлов

IV тысячелетие до нашей эры принесло человечеству судьбоносные изменения. Наиболее важным процессом стало освоение металлов. В это время человек обнаруживает такие металлы как медь, золото, серебро, свинец и олово. Наиболее быстро была освоена медь.

Изначально металл добывался из руды методом обжига на открытом огне. Эта техника была освоена примерно в VI-V тысячелетии до нашей эры на территории Индии, Египта и Западной Азии. Наиболее широко медь применялась для изготовления орудий труда и оружия. Придя на смену каменным орудиям, медь значительно облегчила труд человека. Изготавливали предметы труда при помощи глиняных форм и расплавленной меди, ее заливали в формы и ждали пока она остынет.

Кроме того, освоение меди дало новый виток в развитии общественного строя. Это положило начало расслоению общества по благосостоянию. Медь стала признаком богатства и благополучия.

К V тысячелетию человек знакомится с драгоценными металлами, а именно с серебром и золотом. Ученые предполагают, что первым был медно серебряный сплав, он назывался биллон.

Бронзовый век

Изделия из данных металлов являются находками древних захоронений. В древние времена эти элементы добывали в Египте, Испании, Нубии, на Кавказе. В России также происходила добыча, во II-III тысячелетии до нашей эры. Если металлы добывались из россыпей, то их промывали песком на подстриженных шкурах животных. Чтобы добыть металл из руды, ее нагревали, она трескалась, затем ее дробили, истирали и промывали.

В Средневековье добывалось по большей части серебро. Большая часть добычи производилась в Южной Америке (Перу, Чили, Новая Гранада), Боливии, Бразилии.
В начале ХVI века жители Испании обнаружили платину, которая очень напоминала серебро и поэтому его уменьшительно-ласкательной версией испанского слова «plata» – «platina», что в переводе значит — маленькое серебро или серебришко.  С научной точки зрения платина рассмотрена в 1741 году Уильямом Уотсоном.

1803 год – открытие палладия и родия. В 1804 —  иридия и осмия. Еще через четыре года открыт вестий, в последствии переименованный в рутений.

Что касается редкоземельных металлов, то до 60-х годов ХХ века они не были интересны в научных сообществах. Однако, именно в это время возникает технология выделения чистых металлов. Тогда же выяснились мощные магнитные свойства этих металлов. Со временем стало возможным выращивание монокристаллов этих металлов. Сегодня редкоземельные металлы позволяют производить множество предметов быта, без которых человек не представляет свое существование, например, энергосберегающие лампы. А также военную и автомобильную технику.

Первые печи для плавки металлов

Современная добыча драгоценных металлов

В современное время наиболее ценным металлом считается золото. Именно его добыче уделяется наибольшее количество ресурсов. Первые «золотые жилы» были освоены на территории Африки, Азии и Америки.

Сегодня золото добывается в Южной Америке, Австралии и Китае. Россия является одной из наиболее масштабных золотодобывающих стран и занимает четвертое место в мире. Добыча ведется 16 компаниями в Магадане, Амурской области, Хабаровской области, в Красноярском крае, в Иркутской области и на Чукотке.

Методы добычи

До тех пор, пока не была придумана современная технология добычи драгоценных металлов, они добывались вручную. И сказать, что это крайне трудоемкий процесс, значит, ничего не сказать.

Огромный экскаватор

Итак, современные процессы золотодобычи:

  • Просеивание. Такой вид добычи золота был популярен во времена «золотой лихорадки» в Америке. Этот метод требовал больших усилий, терпения и навыков. Основными инструментами были сита, ведра с решетками на дне или мешки. Для того, чтобы найти хоть каплю золота человек заходил в реку по пояс, зачерпывал воду и выливал ее на сито и в ведро с решетчатым дном. Таким образом, на его поверхности оставались крупные камни и золотые частицы. При этом сито или решетчатое дно нужно было постоянно удерживать на поверхности, чтобы вымыть ненужные камни, песок и воду и оставить лишь частицы драгоценного металла. Сегодня данный метод редко используется.
  • Добыча из золотоносной руды. Это также ручной способ добычи. Здесь инструментами служили лопата, молоток для раздробления руды и кирка. Данный способ предполагает лазанье по горам, рытье грунта, траншей и шахт. Такая добыча велась преимущественно на территории России.
  • Промышленный метод. Благодаря развитию науки и открытию определенных химических соединений, скорость добычи значительно увеличилась, а также стала применяться мелкая и крупная техника. Этот процесс ведется автоматически и практически не требует человеческого внедрения.

Промышленная добыча в свою очередь делится на:

  1. Альмагальмирование. Смысл данного метода заключается во взаимодействии ртути и золота. Ртуть имеет свойство притягивать и обволакивать драгоценный металл. Для обнаружения металла, руду засыпают в бочки, на дне которых находится ртуть. Золото притягивалось к ртути, а остальная, опустошенная руда отбрасывается. Этот метод пользовался спросом и был эффективен в середине 20 века. Он считался достаточно дешевым и простым. Однако, ртуть все же является токсичным элементом и поэтому от метода отказались. Прилипшие частицы драгоценного металла не всегда до конца удавалось отделить от ртути, что не является практичным и приводит к потере части добытого металла.
  2. Выщелачивание. Этот метод производится при помощи цианида натрия. При помощи этого элемента частицы драгоценного металла переходят в состояние водорастворимых цианистых соединений. После этого при помощи химических реагентов их снова возвращают в твердое состояние.
  3. Флотация. Существуют такие разновидности золотоносных частиц, которые не поддаются воздействию воды и не промокают. Они плавают на поверхности, как воздушные пузырьки. Такую разновидность породы дробят, затем заливают жидкостью или маслом сосны и перемешивают. Необходимые золотые частицы всплывают подобно воздушным пузырькам, их очищают и получают конечный результат. Если речь идет о промышленных масштабах, то сосновое масло заменяется воздухом.

Метод промывания металлической руды

Современные технологии обработки

Существует два способа обработки драгоценных металлов.

Литье

Этот способ является относительно простым. И действительно, все что потребуется, это залить расплавленный металл в заранее заготовленную форму, которая изготовлена из меди, свинца, дерева или воска. После полного остывания, изделие извлекается из формы, полируется.

Для размягчения металла используются специальные плавильные печи. Они бывают индукционные и муфельные.

Индукционная печь считается наиболее популярным и функциональным видом плавления. В ней нагрев происходит благодаря воздействию вихревых токов.
Муфельная печь позволяет нагревать определенные материалы до заданной температуры.

Муфельные печи делятся на различные виды в зависимости от типа нагревательного элемента (электрические, газовые), от защитного режима обработки (воздушные, с газовой атмосферой, вакуумные), от типа конструкции (вертикальная загрузка, колпаковые, горизонтальная загрузка, трубчатые).

Литьё металлов в бронзовом веке

Литьё металлов

Чеканка

Этот способ считается более сложным. Здесь металл не плавят, а разогревают до необходимого для дальнейшей работы состояния. Далее, при помощи молотков, на свинцовой подложке размягченное сырье превращают в тонкий пласт. Далее, будущему изделию придают необходимую форму.

Чиканка и ковка

Применение и виды изделий

Первое, что приходит на ум, если речь идет о применении драгоценных металлов – ювелирная промышленность. Сегодня мы видим изобилие различных ювелирных украшений и изделий на любой вкус. Это, как украшения, так и предметы быта, например, изделия для сервировки стола, посуда. Каждое ювелирное изделие имеет клеймо, которое соответствует подлинности и определенной пробе. Однако, это лишь малая часть сферы использования драгоценных металлов.

Их использование востребовано в автомобильной сфере.

Без платины, иридия, палладия, золота не обойтись в медицинской сфере. Медицинские иглы яркий тому пример. Также на основе белого металла изготавливаются протезы, различные инструменты, детали, препараты.

Кроме того, при помощи ценных металлов изготавливаются высокопрочные и устойчивые аппараты в электротехнической сфере. Например, антикоррозийные приборы и константные к образованию электрической дуги приборы. Каталитические свойства платины используются при производстве серной и азотной кислоты. Формалин изготавливается при помощи химических свойств аргентума. Без золота трудно представить нефтеперерабатывающую сферу.

Более прочные металлы используются для выплавления деталей, задействованных в более агрессивных условиях. Например, когда речь идет о работе с высокими температурами, агрессивными химическими реакциями, электричеством и прочим.

Также напыления этих металлов используют для покрытия других. Это помогает избавиться от коррозий, наделяет защитными свойствами присущими драгоценным металлам.

медицинские металлы

Ценообразование

Цену на драгоценные металлы предопределяют множество процессов, среди которых технические, фундаментальные и спекулятивные. Однако, наиболее важным фактором является спрос и предложение. Именно от этого фактора отталкиваются при формировании цен на драгоценности. Спрос формируют покупатели. Они используют металлы в различных промышленностях – медицинской, машиностроительной, радиотехнической, ювелирной. Также наличие изделий из драгоценных металлов зачастую определяет принадлежность человека к определённому статусу. Наиболее популярным среди прочих является золото. Это связано также с тем, что каждое государство имеет свой золотой запас, и его масштаб частично определяет весомость государства на мировой арене.

Согласно данным Центрального Банка Российской Федерации стоимость одного грамма золота составляет – 2686,17 руб., серебро – 31,78 руб./ грамм, платина – 1775, 04 руб./ грамм, палладий – 2179, 99 руб./ грамм.