Мир минералов

Все выявленные в первой половине XIX века платиновые минералы как бы подсказывали вывод о том, что в природе эти металлы образуют только сплавы между собой, с железом и в малой мере с золотом. Однако дальнейшие исследования показали, что мир платиновых минералов этим не ограничен.

На о. Борнео в 1886 году Веллер обнаружил лаурит - минерал, состоящий из рутения и серы - RuS₂, черный, образующий изометрические кристаллы, очень твердый, хрупкий и химически стойкий, нерастворимый в кислотах. Долго не могли поверить, что его удельный вес всего-навсего 6,2 г/см³. После этого главный отличительный признак - уникальная тяжесть платиновых минералов - перестал быть абсолютной истиной! Возникло опасение, что во многих россыпях этот единственный рутениевый минерал прозевали, и он уходит при промывке в отвалы вместе с другими, ценности не представляющими.

Вслед за лауритом на медно-никелевых месторождениях Канады обнаружили хорошо кристаллизованный минерал, названный сперрилитом (в честь известного геолога Сперра), состоящий из платины и мышьяка - PtAs₂, оловянно-белый, непрозрачный, легкоплавкий, но очень стойкий, сохраняющийся в россыпях.

Позднее, в 20-х годах нынешнего века, в платиновой руде Южной Африки обнаружили куперит PtS, бреггит (Pt, Pd, Ni)S, потарит PdHg, стибиопалладинит Pd₃Sb, а на Урале - купроплатину (Pt, Fe, Сu), никелистую платину (Pt, Fe, Ni), ауроосмид (Ir, Os, Au).

В дальнейшем изучению платиноидов уделялось все больше внимания, но минералогических открытий это не приносило. Все сущее в природе уже было проверено на содержание этих элементов, и надеяться на новые открытия, казалось, нет оснований.

"Мертвый" период завершился во второй половине нашего века, когда достигли блестящих результатов в усовершенствовании традиционных способов анализа и создали множество новых, таких, как спектральный, спектрохимический и особенно микрорентгеноспектральный, позволяющие определять химический состав мельчайших - доли кубического микрометра! - зерен минералов непосредственно в руде. На выбранный под микроскопом участок поверхности шлифа направляют электронный зонд - сфокусированный поток электронов, возбуждающий рентгеновское излучение. Его характеристику запечатлевают на спектограммах и по ним безошибочно определяют элементы, содержащиеся в облучаемом веществе.

Применение микрорентгеноспектрального анализа привело за последние два десятилетия к открытию примерно вдвое большего числа минералов, чем за всю предшествующую 150-летнюю историю их изучения. Если к 1950 году было известно 30 минералов группы платины, то теперь их насчитывают свыше 90.

Число известных минералов, в которых платина главный компонент, за этот период удвоилось - с 11 до 22, а рекордистом оказался палладий: до 1951 года было известно всего 6 его минералов, а теперь - 30!

Почти все открытые за последний период минералы представляют собой соединения платиновых металлов с мышьяком, висмутом, теллуром, сурьмой, свинцом, оловом. При сложном составе, характерном для новых минералов, сохранить традицию - давать им названия по главным элементам - оказалось затруднительным, и распространение получили имена, имеющие географическую или мемориальную основу. Например, мончеит (Pt, Pd) (Те, Bi)₂ назван по месту находки в Мончетундре, а звягинцевит (Pd, Pt)₃(Pb, Sn), высоцкит (Pd, Ni)S, котульскит Pd(Te, Bi) - в честь исследователей О. Е. Звягинцева, Н. К. Высоцкого и В. С. Котульского.

Минералов, в которых главное место занимает родий, до наших дней вовсе не было известно, теперь таких два - холлингвортит RhAsS и рутениевый холлингвортит (Rh, Ru, Pt)AsS.

К трем ранее известным минералам осмия, сплавам его с иридием и рутением, за последнее время добавилось еще два - химические соединения с мышьяком и серой - осарсит OsAsS и эрликманит OsS₂.

Список иридиевых минералов, их было известно 8, пополнился лишь одним - это ирарсит IrAsS.

Рутениевый минерал лаурит RuS2, открытый в прошлом столетии на о. Борнео, оставался единственным до 1971 года, когда был открыт осрутин RuOs.

Почти все выявленные за последние десятилетия платиновые минералы представлены мельчайшими зернами, вкрапленными в другие минералы, преобладающие в составе руды, такие, как поликсен, ферроплатина, невьянскит, хромит, магнетит и различные сульфиды. Это очень затрудняет изучение, а для того чтобы новый минерал был признан, необходимо дать точную физико-химическую характеристику, доказать, что он имеет качественные отличия от сходных минералов. Когда же дело касается минералов ценных, а все платиновые минералы таковы, ясное представление о свойствах, размере зерен, особенностях их срастания и многом другом приобретает еще и важное практическое значение. Поэтому не только "погоня" за новыми, но и углубленное изучение уже давно известных минералов не прекращается.

Структура минерала является одной из важных его характеристик. Зерна платиновых минералов, даже наиболее распространенных в россыпях, обычно мелки и окатаны. Поэтому лишь в результате многолетнего упорного труда П. В. Еремееву в 1878 году удалось охарактеризовать формы кристаллов поликсена, осмистого иридия и иридистого осмия. В дальнейшем его выводы были подтверждены.

В наше время рентгеноструктурный анализ открыл возможность определения структуры минералов даже в мельчайших зернах. Установлено, что в кубической сингонии кристаллизованы самородная платина, поликсен, платинистый иридий, сперрилит и многие другие. Тетрагональное строение характерно для ферронлатины, куперита, высоцкита и других, а минералы иридия и осмия - невьянскит, сысерскит и родственные им - являются гексагональными.

Твердость платиновых минералов, даже не образующих крупных выделений, теперь определена не только по весьма схематичной шкале Мооса, но и в абсолютных величинах с помощью микротвердомера, путем вдавливания алмазной иглы под определенной нагрузкой. Самым твердым оказался самый легкий минерал лаурит - 3150 кгс/мм² (или 7,8 по шкале Мооса). Немногим ему уступает по твердости и другой рутениевый минерал - осрутин. А самый мягкий (110 кгс/мм²) - меренскит PdTe₂, названный в честь Меренского. Другие природные соединения палладия с теллуром, висмутом, свинцом тоже отличаются малой твердостью. Таким образом, рутений и палладий занимают крайние позиции по этому показателю, а в промежутке расположены остальные члены семейства. Для наиболее распространенных минералов характерны такие средние значения твердости (в кгс/мм²): ферроплатина - 290, поликсен - 400, невьянскит - 620 (для сравнения отметим, что твердость природного золота - известно более 20 его минералов - находится в пределах 50-140 кгс/мм²).

Магнитная сепарация - один из важнейших способов обогащения руд, поэтому выяснению магнитности платиновых минералов уделяется значительное внимание. Установлено, что наиболее магнитны минералы, богатые железом, в основном - ферроплатина, ее зерна притягиваются обыкновенным магнитом, но некоторые из них почему-то не магнитны, становятся ими при значительном давлении и снова утрачивают это свойство после прокаливания. Обнаруживают магнитность и минералы, не содержащие железа, например сысерскит, полярно магнитна купроплатина. Эти особенности магнитных свойств, как и многих иных, еще ждут своего объяснения.

Исследования последних десятилетий показали ошибочность долго господствовавшего представления о том, что в условиях земной коры платиновые металлы способны образовывать в сколько-нибудь значительном масштабе лишь сплавы между собой и с железом.

Теперь установлено значительное распространение интерметаллических образований - металлидов. Они занимают как бы промежуточное положение между изменчивыми по составу сплавами и химическими соединениями, с характерным для них постоянным целочисленным соотношением элементов, отвечающим представлениям о валентности.

К металлидам относятся, например, минералы, состоящие из платины, палладия, олова и свинца.

Замечательный итог последнего периода изучения платинидов - это доказанное широкое распространение и практическое значение минералов-невидимок: арсенидов, антимонидов, висмутидов, сульфоарсенидов, сульфидов, селенидов, теллуридов - химических соединений платиноидов с серой и ее аналогами.

Зерна, которые еще недавно считали мономинеральными, оказались сложными сростками. Мир платиновых минералов расширился, и вместе с этим выяснилось, что для платиновых металлов характерна и "безминеральная" форма существования, в тончайше распыленном, вероятно атомарном, состоянии, что позволяет им прятаться в кристаллических решетках многих минералов.

Познание форм существования платиновых металлов в природе содействовало успехам технологии.

Правда, она еще очень сложна, насчитывает свыше 60 трудоемких операций (дробление, растворение, магнитная сепарация, флотация, плавка, термическая обработка, электролиз и т. д.), но уровень извлечения все же повысился настолько, что в наши дни сульфидные месторождения платформ стали основным источником платиновых металлов. Доля россыпей теперь составляет лишь несколько процентов.

Попутное получение платиновых металлов (вместе с никелем и медью) не привело пока к их удешевлению. Более того, стоимость их растет (о причинах этого будет идти речь дальше), и рациональное использование становится все более актуальной проблемой. Для решения ее необходимо ясное представление о свойствах и строении этих металлов. Что же удалось узнать?