2. Группа железа-платины [1951 Бетехтин А.Г.

Здесь объединяются самородные металлы VIII группы менделеевской таблицы (за исключением рутения и осмия, о которых речь будет итти ниже): Fe, Со, Ni, Rh, Pd , Ir и Pt. В этой таблице, построенной по длинным периодам, эти элементы примыкают слева к элементам выше рассмотренной группы (Сu, Ag и Аu).

Рассматриваемая здесь группа минералов по условиям нахождения в природе и кристаллохимическим данным делится на две подгруппы:

Среди минералов подгруппы самородного железа, встречающихся в земной коре, по своему происхождению следует различать:

Минералы, входящие в подгруппу самородной платины, представлены довольно большим числом минеральных видов и их разновидностей, представляющих твердые растворы металлов Pt, Fe, Ir, Pd, Rh, иногда Ni, Сu, изредка Au, Os, Sn (иногда в существенных количествах), а также Pb, Zn, Ag, Со, Мn, Мо (до 0,006%) и Re (до 0,00008- 0,002%).

Из всех этих минеральных видов наибольшим распространением в земной коре пользуются поликсен и палладистая платина. То, что обычно называют собирательным термином "самородная платина", в большинстве случаев относится к поликсену.

Рис.70. Триады металлов платиновой группы

Характерной особенностью минералов подгруппы самородной платины является то, что в их составе Ru и Os в виде изоморфных примесей не участвуют совершенно. Несмотря на то что все шесть элементов платиновой группы (рис. 70) обладают многими общими признаками как в физическом, так и химическом отношениях, поведение их в природных условиях все же не совсем одинаково. Элементы с максимальным атомным весом в триадах - Pd и Pt, занимающие правую часть приведенной таблички, ведут себя резко отлично от Ru и Os, т. е. от элементов, располагающихся в крайнем левом столбце. До сих пор не удавалось установить, чтобы эти две крайние пары элементов могли изоморфно замещать друг друга, хотя минералы, их содержащие, бывают парагенетически тесно связаны, нередко образуя непосредственные срастания. Элементы Rh и Ir, занимающие промежуточное положение (рис. 70), играют двойственную роль: они, с одной стороны, образуют химические соединения переменного состава с элементами Ru и Os, а с другой - входят в состав твердых растворов с Pd и Pt, нередко вместе с Fe, Ni, Сu и др. Характерно также, что правые и левые пары элементов платиновой группы способны образовывать, правда редкие, природные химические соединения с S, As, Sb и отчасти с Те, тогда как для Rh и Ir мы подобных соединений еще не знаем. Не менее показательно то, что минералы, обнимаемые рядом Pd-Pt, как правило, кристаллизуются в кубической сингонии (с кристаллической решеткой типа меди), тогда как минералы ряда Ru-Os явно индивидуализированы в виде соединений переменного состава, кристаллизующихся в гексагональной сингонии (в кристаллических решетках типа осмия).

Все это и заставляет минералы, образуемые химическими элементами платиновой группы, разбить на две части. Одну из них рационально объединить с группой железа, а другую (осмия-рутения) выделить в самостоятельную группу.

Химический состав. Согласно имеющимся данным химических анализов, теллурическое железо является почти чистым железом с незначительными примесями: Ni до 0,6, иногда до 2%, редко больше; Со до 0,3%; Сu до 0,4%; Pt до 0,1%.

Сингония кубическая. В кристаллах, и притом очень мелких, встречается крайне редко. Обычно наблюдается в виде мельчайших неправильной формы зерен, реже образует более крупные скопления. Кристаллическая структура. Для железа установлено несколько полиморфных модификаций, из которых высокотемпературная модификация - γ-Fe(выше 906°) образует решетку гранецентрированного куба типа Сu (а₀ = 3,63), а низкотемпературная - α-Fe-решетку центрированного куба типа α-Fe (a₀ = 2,86).

Цвет железа стально-серый, в полированных шлифах металлически-белый. Черта блестящая стально-серая. Блеск в свежем изломе типичный металлический.

Твердость 4-5. Обладает ковкостью. Спайность наблюдается по {100}.Уд. вес 7-7,8. Прочие свойства. Обладает резко выраженной магнитностью.

Рис. 71. Видманштеттовы фигуры на полированной поверхности железного метеорита

Диагностические признаки. От самородной платины отличается растворимостью в HNO₃, меньшим удельным весом, сильной магнитностью и легкой окисляемостью на воздухе. Бедные никелем разности из раствора медного купороса высаживают на поверхности металлическую медь. Метеоритное железо на полированных поверхностях после травления (рис. 71) обычно обнаруживает крупнорешетчатое строение (видманштеттовы фигуры), чего никогда не наблюдается в теллурическом железе.

Происхождение и месторождения. Редкие находки теллурического самородного железа приурочены к основным и ультраосновным изверженным породам. Более крупные выделения были встречены в базальтах в Уифаке (на о. Диско, у западного берега Гренландии) и вблизи г. Касселя (Германия). В обоих пунктах с ним ассоциируют пирротин (FeS) и когенит (Fe₃C - карбид железа). В микроскопических зернах оно не раз устанавливалось в измененных (серпентинизированных) ультраосновных породах также в парагенезисе с пирротином, иногда с магнетитом, за счет которых оно и возникает при восстановительных реакциях.

Имеются указания также на образование его экзогенным путем в виде вкраплений в кремнистых сланцах (о. Борнео), в продуктах каменноугольных пожаров и в торфяниках.

Практического значения все эти находки не имеют.

Поликсен - (Pt, Fe). Название дано по обилию изоморфных примесей: "поли" по-гречески - много, "ксенос" - чужой. Поликсен является наиболее распространенным в земной коре из минералов платиновой подгруппы.

Химический состав. Pt 80-88%; Fe 9-11%, иногда снижается до 4-5% или бывает выше 11% (соответственно меняется и содержание Pt). Из изоморфных примесей устанавливаются: Ir до 7% - иридистая платина; Pd 0,1 - 1,0, иногда до 7% и выше - палладистая платина; Rh 0,1 - 0,5%, иногда до 4-5% - родистая платина; Сu до 0,8%; Ni следы до десятых долей процента, иногда в весьма существенных количествах - никелистая платина.

Рис. 72. Кубический кристалл поликсена

Сингония кубическая. Кристаллическая структура. Гранецентрированный куб (тип Сu). Облик кристаллов. Обычно наблюдается в виде неправильной формы зерен. Редко встречающиеся мелкие кристаллы большей частью имеют кубическую форму (рис. 72). В комбинациях граней, кроме господствующей формы {100}, наблюдаются {110}, {210}, {310} и некоторые другие. Из двойников преимущественно развиты двойники прорастания по (100) и срастания по (111). Агрегаты. Отдельные зерна самородной платины, встречающиеся в рудах, часто группируются в мелкие кучки, иногда образуя сплошные массы - самородки (рис. 73). Самый крупный самородок, встреченный в коренных месторождениях Урала, весил 427,5 г. Самородки, находимые в россыпях, достигали размеров 10x18 см и веса 8-9 кг.

Рис. 73. Половина распиленного и пришлифованного самородка из коренного месторождения. Взаимоотношения между поликсеном (белое) и хромшпинелидами (серое). Увелич в 3 раза

Цвет поликсена от серебряно-белого до стально-черного. Черта металлическая стально-серая. Блеск типичный металлический. Отражательная способность в полированных шлифах высокая - 65-70.

Твердость 4-4,5, у богатых иридием разностей - до 6-7. Обладает ковкостью. Излом крючковатый. Спайность обычно отсутствует. Уд. вес-15-19. Подмечена связь пониженного удельного веса с наличием пустот, занятых природными газами, а также включениями посторонних минералов. Прочие свойства. Обладает магнитностью. Хорошо проводит электричество.

Диагностические признаки. По внешнему виду поликсен ближе всего напоминает самородное серебро и самородное железо. От первого отличается повышенной твердостью и удельным весом и тем, что не плавится п. п. тр. и не растворяется в кислотах (кроме царской водки). Нерастворимость в кислотах отличает его и от самородного железа, которое, растворяясь в HNO₃, легко окисляется и буреет.

Происхождение. Минералы платиновой группы в большинстве случаев встречаются в типичных магматических месторождениях, генетически связанных с ультраосновными изверженными породами. Эти минералы в рудных телах выделяются в числе последних (после силикатов и окислов), в моменты, отвечающие гидротермальной стадии магматического процесса.

Минералы платины, бедные палладием (поликсен, иридистая платина и др.), встречаются в месторождениях среди дунитов - оливиновых бесполевошпатовых пород, богатых магнезией и бедных кремнеземом. При этом парагенетически они чрезвычайно тесно связаны с хромшпинелидами - окислами сложного состава: (Fe,Mg)(Cr,Al,Fe)₂O₄.

Палладистая и никеле-палладистая платина преимущественно распространены в основных изверженных горных породах (норитах, габбро-диабазах) и ассоциируют обычно с сульфидами, пирротином-FeS, халькопиритом-CuFeS₂ и пентландитом - (Fe,Ni)₉S₈.

В экзогенных условиях в процессе разрушения коренных месторождений и пород образуются платиноносные россыпи (рис. 56). Большинство минералов подгруппы в этих условиях химически стойко.

Практическое значение. В первые моменты добычи самородная платина не находила себе надлежащего применения и считалась даже вредной примесью к россыпному золоту, с которым она улавливалась попутно. Вначале ее просто выбрасывали в отвал при промывке золота или применяли вместо дроби при стрельбе. Затем производились попытки фальсификации ее путем золочения и сдачи в таком виде скупщикам. В числе самых первых изделий из уральской самородной платины, хранившихся в Ленинградском горном музее, были цепи, кольца, обручи для бочек и пр. Замечательные свойства металлов платиновой группы были открыты несколько позднее.

Главнейшими ценными свойствами платиновых металлов являются: трудноплавкость, электропроводность и химическая стойкость. Эти свойства обусловливают их использование в химической промышленности (для изготовления лабораторной посуды, в производстве серной кислоты и пр.), электротехнике и других отраслях промышленности. Значительные количества платины расходуются в ювелирном и зубоврачебном деле.

Добываемая "сырая" платина поступает на аффинажные заводы, где производятся сложные химические процессы разделения ее на составляющие чистые металлы.

Месторождения. Платина несомненно, наряду с золотом, была известна человеку еще в глубокой древности. В Европе платина привлекла к себе внимание лишь в половине XVIII в., после того как испанский математик Антонио де-Ульоа, путешествовавший по Южной Америке, в 1735 г. привез из Колумбии металлические зерна, по цвету похожие на серебро, но сильно отличавшиеся от него по другим свойствам.

На Урале первые находки самородной платины, обратившие на себя внимание, относятся к 1819 г. Там она так же была открыта в виде примеси к россыпному золоту. Самостоятельные богатейшие платиноносные россыпи, пользующиеся мировой известностью, открыты были позднее. Они распространены на Среднем и Северном Урале и все пространственно приурочены к выходам массивов ультраосновных пород (дунитов и пироксенитов). Многочисленные небольшие коренные месторождения были установлены в Нижне-Тагильском дунитовом массиве. Скопления самородной платины (поликсена) приурочены главным образом к хромитовым рудным телам, состоящим преимущественно из хромшпинелидов.

В настоящее время крупное значение в платиновой промышленности играет известное месторождение Сэдбери в Канаде, из медно-никелевых руд которого платиновые металлы добываются попутно с никелем, медью и кобальтом.