Немного о будущем

В мире каждый год теперь выдается несколько сотен патентов на новые применения платиновых металлов (и значительно меньше на замену их иными, не столь дорогими). Надо отметить, что патенты отображают, так сказать, лишь видимую часть айсберга: о применениях, имеющих военное значение, информация почти не поступает.

По заключению американских экспертов, приведенному в обзоре "Минеральные ресурсы промышленно развитых капиталистических и развивающихся стран" (Москва, 1978), мировое потребление платиновых металлов достигнет к 1985 году 260 тонн, а к 2000-му превысит 400 тонн. Суммарно до конца нашего века будет израсходовано около 8000 тонн платины и членов ее семейства. Между прочим, за всю историю человечества было добыто не более половины этого!

Для характеристики - в широком плане - возможности обеспечить будущие потребности отметим, что из всех природных образований наиболее богаты платиноидами железоникелевые метеориты. В них до 80 граммов на тонну, в том числе платины - 30. Среднее содержание в метеоритах всех типов с учетом их распространенности примерно в 10 раз ниже и составляет (в граммах на тонну): платины - 2,3, осмия - 1,7, рутения - 1,6, палладия - 1,4, иридия - 0,7, родия - 0,6.

В породах земной коры соотношение иное, в них платина и палладий развиты почти одинаково, а их среднее содержание (кларк) составляет около 5 миллиграммов на тонну.

Предполагается, что метеориты отображают состав глубин планеты. Если это так, то проникновение в глубины могло бы решить все проблемы обеспечения человечества платиноидами. Но еще очень долго этот путь будет доступен, вероятно, только фантастам...

По современным представлениям формирование планеты началось с "протооблака" - скопления метеоритных частиц и космической пыли (ее незримое накопление продолжается, составляет миллионы тонн в год и компенсирует потери планеты из-за утечки газов из ионосферы в космос).

По скорости распространения сейсмических волн и другим признакам установлено, что дифференциация вещества "протооблака" зашла очень далеко и земной шар имеет теперь зональное строение.

Моделировать процесс дифференциации для значительных глубин пока не удалось, и еще не завершен спор, является ли ядро планеты железоникелевым (в пользу этого говорит сильное магнитное поле Земли, состав некоторых метеоритов и другие признаки) или оно состоит из того же "метеоритного" вещества, что и более высокие зоны, но "металлизированного"; атомы силикатов там "раздавлены", и часть их электронов находится в свободном состоянии, как у металлов (возможность существования "настоящих" металлов при сверхвысоком давлении не доказана).

Для относительно малых глубин (до 1000 километров) процесс дифференциации удалось воссоздать на основе гипотезы А. П. Виноградова о том, что первоначальная неоднородность распределения радиоактивных элементов и другие причины обусловили неравномерное разогревание вещества планеты, возникновение и перемещение локальных зон плавления. В них легкоплавные компоненты переходят в жидкую фазу, поднимаются вверх, способствуя дальнейшему расплавлению кровли, а тугоплавкие вещества кристаллизуются, накапливаются в нижней части зоны.

Реальность такой схемы проверена при плавке каменных метеоритов с перемещением зоны нагрева. При этом в нижней части обособляется вещество, по составу отвечающее дуниту, а выше - базальт. Эксперименты подтвердили построенные на иных данных выводы геологов и геофизиков о том, что верхняя зона мантии- дунитовая, а над нею в земной коре - базальтовый слой. Их разделяет таинственная поверхность Мохоровичича, где резко меняются скорость сейсмических волн и другие показатели. На то, что базальтовая магма образуется ниже этой границы, указывают землетрясения, предшествующие излияниям ее из вулканов, например на Гавайях. Их очаги расположены на глубине 50-70 километров, там, где в мантии по снижению скорости распространения сейсмических колебаний выделена зона "базальтической жидкости". Ее внедрения происходили во все этапы геологической истории, и в составе земной коры базальты главенствуют. Благодаря высокой подвижности эта "жидкость" обычно достигала поверхности, образуя базальтовые покровы. Лишь малая ее часть застывала на глубине, превращалась в габбро - породу, которая отличается от базальта своей полнокристаллической структурой.

В отличие от "базальтической жидкости" расплав, порождающий дуниты, - "каша оливиновых кристаллов", как его иногда называют, - покидал свою родину редко.

Долгое время дунитовые массивы были известны только в горноскладчатых областях, где их формирование происходило в различные эпохи, но всегда в сходных геологических условиях, на ранних стадиях геосинклинального развития, при великих катаклизмах, когда наиболее интенсивно растрескивалась земная кора. Такие же условия характерны и для проникновения дунитов на платформы.

Дунитов в земной коре мало, и надеяться при современном уровне изученности на отыскание новых значительных массивов нет оснований.

Из всех пород земной коры дуниты самые богатые платиной, среднее содержание ее близко к 0,052, а в пироксенитах - 0,038 грамма на тонну. При кристаллизации этих пород обособления платиноидов почти не происходило, практическое значение этого типа месторождений невелико, гортинолитовые дуниты составляют исключение, но ослаблять внимание к их поискам все-таки нельзя.

В основных породах среднее содержание платиноидов в 5-10 раз ниже, чем в дунитах, но условия для их локализации - вместе с сульфидами меди и никеля - были благоприятны. Этот источник наиболее перспективный.

Средние породы (диориты) и кислые (гранитоиды) беднее основных в десятки и сотни раз, и никаких надежд на отыскание платиноидов с ними не связывают. Осадочные породы еще беднее, но с оговоркой, что возможны существенные исключения. Они обусловлены тем, что разрушение дунитовых массивов и образование россыпей происходило не только в современный период, но и в далеком прошлом. Некоторые россыпи были погребены и сохранились в пластах осадочных пород. Повышенное содержание платины известно, например, в древних толщах Аляски, в силурийских сланцах Тюрингии, в девонских песчаниках Вестфалии, в пермских отложениях Приуралья и в более молодых толщах Бразилии, Англии, Центральной Африки. Но нигде в них пока не выявлено серьезных концентраций.

Предполагается, что и в дальнейшем основное и возрастающее значение будет иметь "попутное" извлечение платиновых металлов из медно-никелевых руд. Да и собственно платиновые месторождения, коренные и россыпные, еще долго будут использоваться. Не исчезла надежда обнаружить платиновое месторождение, подобное золотому Витватерсранду. Как известно, эта древняя россыпь, по-видимому обогащенная в дальнейшем за счет проникновения в нее горячих рудоносных растворов, дает почти половину мирового золота, а также немало осмия и иридия (окатанные зерна, содержащие эти металлы, распространены там довольно широко). Но это пока лишь надежда...

По данным Горного бюро США, обеспечение потребности человечества на ближайшие два десятилетия реально. Достоверные, разведанные запасы платиноидов в капиталистических странах к началу 1977 года оценивались так (по сумме платиновых металлов, в тоннах): ЮАР - 12400, Канада - 310, США - 30, Колумбия - 30. В этих запасах из общей суммы на платину падает 62 процента (8000 тонн), на палладий - 25 процентов (примерно 3200 тонн), на родий - 3 процента (около 450 тонн) и 10 процентов приходится на долю всех остальных платиноидов.

Запасы недостоверные, то есть требующие разведки, подтверждения, оцениваются примерно втрое большими значениями.

Специалисты предвидят, что стоимость добычи и извлечения платиноидов, несмотря на прогресс техники, будет возрастать, потому что в старых рудных районах "сливки" в основном сняты.

И не только это определяет необходимость выявления новых месторождений. Приведенный выше прогноз является минимальным, он исходит только из плавного

увеличения существующих потребностей, без учета новых сфер применения, которые еще не запатентованы, но уже, можно сказать, стучатся в двери. Так, все реальнее становятся идеи "биологизирования" техники. Одна из них - совершенствование ЭВМ, замена существующих (их уже называют динозаврами) на более совершенные, построенные на иных принципах, например "фунгоидные". ФВМ - так назвали свое творение английские исследователи Г. Паск и С. Бир, от латинского "фунгус" - плесень. И это название точно отображает суть идеи, потому что главной частью такой вычислительной машины является платиновая чаша, заполненная коллоидальным раствором - плесенью. По платиновым электродам подается "команда", и под воздействием слабых токов реализуется способность коллоидов выделять в осадок намагниченные частицы. Они растут, образуют "деревья", конфигурация которых изменяется в зависимости от поступающих команд и электромагнитных преобразований. Поступающие на выходные клеммы сигналы дают возможность, как утверждают изобретатели ФВМ, производить гигантские по объему расчеты.

Эксперименты с ФВМ продолжаются, и отмечено, что лучшие результаты и оптимальные условия для жизни плесени обеспечивает только платина. Если эти "биологизированные" машины оправдывают надежды и начнут вытеснять ЭВМ, расход платины резко возрастет.

Несравненно больший рост потребности в платине сулит энергетика. С одной стороны, растут потребности в энергии, а с другой - растет и опасность катастрофического истощения источников ископаемого топлива и загрязнения окружающей среды. Многие специалисты считают, что одно из решений проблемы - переход на водородную энергетику, то есть на использование водорода в качестве горючего, обыкновенного и вместе с тем необычайного, потому что оно дает тепла в три раза больше, чем нефть, и экологически безвредно, так как образует при сгорании только воду. Водород легок, текуч, удобен для перекачки по трубам. Его использование позволит покончить с нелепостью, ставшей привычной, - сейчас тепло затрачивают на получение электроэнергии с тем, чтобы две трети ее снова превратить в тепло, необходимое для технологических процессов и обогрева помещений (лишь одна треть используется по прямому назначению - в электродвигателях и для освещения).

Водородная энергетика значительно улучшит использование тепла, избавит от дыма.

Мировое производство водорода за последние десять лет удвоилось и уже превысило 30 миллионов тонн в год, но этого количества едва-едва хватает лишь для технологических целей.

Применяемые сейчас способы (электролиз воды, разложение метана и другие) не могут обеспечить получение водорода в масштабах, необходимых для его использования в энергетике, да и стоимость "водородной" калории пока выше "бензиновой" в полтора-два раза. Водород уже добавляют к бензину, что увеличивает мощность и резко снижает токсичность двигателей. И уже проводятся испытания различных конструкций автомобилей, работающих на водороде. Успехи здесь так значительны, что по заключению Международной конференции по водородной энергетике, состоявшейся в 1976 году, водородные автомобили еще при жизни нашего поколения станут повседневностью. Параллельно с этим будут утрачивать свое значение каталитические нейтрализаторы, но это отнюдь не уменьшит потребность в платиновых металлах. В проектах "моста в водородное будущее" им отводится важная роль.

Возможности получения водорода из воды безграничны, но для того чтобы заменить им иные виды топлива, нужна подлинная революция в технике его получения.

Из многих разрабатываемых уже способов самым перспективным считается разложение воды солнечным светом с помощью энергоаккумулирующих кремнистых веществ и катализаторов, среди которых ведущая роль будет принадлежать, вероятно, платине, палладию, титану.

Подсчеты показывают: потребность в платиновых металлах резко возрастет, а удовлетворять ее станет все труднее и труднее. Можно предполагать, что в "неблизком" будущем решение проблемы принесет не только использование платиновых металлов земных глубин, но и их "рукотворных" родственников. Один уже получен. Сбылась мечта алхимиков о преобразовании неблагородного металла в благородный. В атомных реакторах при расщеплении урана в больших количествах образуется рутений, живут его радиоактивные изотопы до одного года, создавая труднейшую проблему: как от них избавляться! Однако существует перспектива получения "алхимическим путем" иных - полезных - "родичей" и платиновых металлов. Физики утверждают, что граница периодической системы элементов находится значительно выше ныне установленной, ограничивающей известный нам "архипелаг стабильности", и возможно существование элементов с порядковыми номерами до 170-180.

В подтверждении приведем цитату из книги Г. Н. Флерова и А. С. Ильинова "На пути к сверхэлементам" (Москва, 1977): "В стремлении найти границу периодической таблицы Менделеева ученые ушли далеко за уран, последний естественный элемент. За 35 лет было создано 14 синтетических элементов... Открылись реальные перспективы создания второй половины таблицы Менделеева из устойчивых сверхтяжелых элементов".

Изучение свойств новых элементов от №93 до №107 подтверждает сохранение закономерностей периодической системы и позволяет предполагать, что элемент № 108 будет по своим свойствам близок к осмию, №109 - к иридию, а элемент №110 - к платине.

Сохраняя терминологию Д. И. Менделеева, эти элементы, пока синтез их еще не стал реальностью, называют "экаосмием", "экаиридием" и "экаплатиной".

Когда эти "рукотворные" элементы "войдут в строй", вероятно, к ним перейдет титул самых стойких. А пока - и еще долго - привычные нам земные платиновые металлы будут его сохранять и верно служить человечеству.