Состав палладия. Применение палладия в электронной промышленности. История открытия палладия и его нахождение в природе, биологические, химические и физические свойства палладия, применение палладия в ювелирной промышленности, инвестиции в палладий, произ
Палладий является представителем металлов платиновой группы и одновременно считается благородным и редким элементом. Этот драгметалл существует в природе в виде соединений: по данным ученых Pd входит в состав примерно 30 минералов. В самородном виде элемент также встречается, но очень редко. Металл во многом схож с платиной, внешне отличить их друг от друга проблематично. Самородки драгметалла содержат в себе иридий, серебро, платину и золото. Физические и химические свойства элемента позволяют широко использовать его в химической промышленности и электронике, а принадлежность к числу драгоценных материалов – в качестве ювелирного сырья.
Нахождение в природе и добыча
Добыча платины и палладия осуществляется на коренных и россыпных месторождениях. Чем они отличаются друг от друга? В коренных месторождениях металл входит в состав минералов и добывается как побочный продукт при обработке никелевых или медных руд. Рассыпные месторождения представляют собой разрешенные коренные залежи руды, где Pd высвободился и накопился в виде самородков.
Добыча палладия на россыпных месторождениях занимает около 2% от мирового производства объема элемента. Крупнейшие из них находятся в уральских и дальневосточных районах России, в Канаде, США, Австралии и Колумбии. Оставшиеся 98 % Pd извлекаются из недр земли на коренных месторождениях медно-никелевых, платиновых и хромовых руд.
Мировыми лидерами по добыче драгметалла на таких месторождениях являются Россия и ЮАР. Безоговорочное первое место среди добывающих предприятий отрасли занимает ГМК «Норильский никель», производящий более 40% мировых объемов Pd. Металлургический комбинат извлекает металл как побочный элемент при добыче основных своих продуктов – меди и никеля. Среди добывающих активов «Норильского никеля», имеющих потенциал запасов палладия, выделяются месторождения на полуострове Таймыр – Талнахское, Октябрьское и Норильск-1, а также на территории Кольского полуострова.
Следующим по значению источником металла в мире принято называть Бушвелдский комплекс, расположенный на территории Южно-Африканской Республики. Территория месторождения обладает крупнейшими запасами платиноидов в мире.
Pd в самородках имеет примеси других драгоценных металлов, но и сам часто является одним из элементов самородных золота или платины. При добыче палладия в Норильске геологами была обнаружена палладистая платина – соединение платины и ее «младшего брата» в отношении 60%/40%. Еще один подобный союз, на этот раз с золотом, был найден в Бразилии. Такое золото с 10%-м содержанием Pd получило название порпецит: от чистого желтого металла отличить его визуально также проблематично.
В составе каких минералов встречается палладий? Рассмотреть их можно на фото образцов. Самыми известными минералами, содержащими в своем составе Pd, являются палладит, станнопалладит, брэггит и потарит. Некоторые соединения даже на сегодняшний день не имеют названий, так как мало изучены в виду своей редкости.
Элемент Pd является компонентом не только недр нашей планеты, но и космических объектов: палладий содержится в железных и каменных метеоритах, прилетающих на Землю.
Свойства и пробы металла
Палладий по своим характеристикам близок к своим соседям в таблице Менделеева. Свойства металла позволяют его сравнить с серебром – по внешнему виду и весу, и с платиной – по химическим параметрам. Чистый металл отличается серебристо-белым цветом и плотностью чуть более 12 г/см3. Последнее физическое свойство дает Pd преимущество в ювелирном деле: массивные палладиевые украшения будут весить гораздо легче платиновых или золотых.
В чистом виде Pd относится к числу мягких металлов, украшения из такого материала не делают. Изделия из чистого элемента не выдержат даже небольшой механической нагрузки. Ювелиры используют в работе определенные пробы палладия. Какие они бывают? В западных странах довольно распространенной является 950 проба драгметалла, в которой к 95% основного элемента добавляют 5% рутения ил меди. В качестве компонента лигатуры, способного повысить твердость сплава, также используют никель. В России утверждены 500 и 850 пробы металла, палладий соединяется в них с серебром и никелем. 850 проба может быть изготовлена из Pd и меди. Устойчивость к износу у украшений из таких сплавов превышает характеристики изделий из золота и серебра.
Pd как металл отличается ковкостью и тягучестью, благодаря которым его можно обрабатывать любым из способов: отливать в формах, паять, полировать, производить гравировку. Материал вытягивается в проволоку и может быть раскатан в фольгу.
Палладий как элемент отличается химической инертностью, присущей всем платиноидам, но среди металлов этой группы является самым активным. В обычных природных условиях он не вступает в реакции с другими веществами, но растворяется в «царской водке», горячей концентрированной серной и азотной кислоте. Pd может образовывать соединения с хлором, йодом, бромом, фтором, серой и кремнием. При нагревании на воздухе металл покрывается оксидной пленкой и тускнеет, в обычных условиях эксплуатации палладиевые изделия не потемнеют.
По химическим свойствам Pd признан специалистами хорошим катализатором, поэтому основными потребителями элемента являются химическая и автомобильная промышленность.
Промышленное применение металла
Добыча палладия на сегодняшний день удовлетворяет имеющийся на рынке спрос, который в основной своей части является промышленным. Применение Pd распределяется следующим образом:
- 70% — производство автомобильных катализаторов;
- 10% — электронная промышленность;
- 5% — химическая промышленность;
- 5% — медицина;
- 5% — инвестиции;
- 5% — ювелирное дело и другие сферы использования.
Основная часть добываемого металла используется для производства автомобильных катализаторов, именно поэтому спрос на Pd зависит от экономической ситуации в машиностроительной отрасли отдельно взятой страны-потребителя. Нейтрализаторы, содержащие палладий, необходимы при производстве автомобилей любых марок для дожигания выхлопных газов. Именно применение Pd вместо дефицитной в 2000-х годах платины привело к росту котировок этого драгметалла на мировых биржах. Дополнительным толчком стало решение ЕС об ограничении автомобильных выхлопов и ужесточении контроля за данной сферой. Катализаторы с содержанием Pd необходимы и для очистки газовых выбросов ТЭЦ.
Применение палладия в химической промышленности чрезвычайно широко. Являясь отличным катализатором, Pd незаменим при проведении процессов крекинга нефти и гидрогенизации жиров. Этот химический элемент в качестве катализатора используют при производстве ацетилена, аммиака, хлора, серной и азотной кислот, каустической соды, удобрений и фармацевтических средств. Хлорид палладия в промышленности применяют как индикатор для обнаружения микроколичеств угарного газа в газовых смесях.
Широко распространено использование металла в процессах глубокой очистки водорода, который активно диффундирует через палладий. Газ пропускают под давлением через нагретые палладиевые трубки, в итоге водород проходит через металл быстрее других примесей, которые задерживаются в трубках. Так как использование чистого палладия для этих целей является дорогостоящим, то в целях сокращения затрат на производство для очистки водорода применяют сплавы Pd с серебром или иттрием.
Pd и его сплавы используются в электронной промышленности. с его помощью создаются покрытия, отличающиеся устойчивостью по отношению к воздействию сульфидов. Металл нашел свое применение в производстве военной, аэрокосмической техники и аппаратуре гражданского назначения. Элемент необходим при выпуске реохордов, так как отличается высокой износоустойчивостью. Это свойства драгметалла отлично подходит для его использования в контактных группах. В гражданской аппаратуре Pd активно применялся в 80-х годах для контактов и струн советских контрольно-самопишущих машин и автоматических телефонных станций.
Так выглядит реохорд.
Где еще используется палладий? Он является компонентом керамических конденсаторов, известных всем радиолюбителям. Элемент присутствует в конденсаторах типа КМ, характеризующихся высокой температурной стабильностью емкости, которые присутствуют в любой высокочастотной радио- и телеаппаратуре, мобильных телефонах и компьютерах. Наличие Pd в радиодеталях привлекает любителей получения аффинажа металла в домашних условиях.
Металл нашел применение и в других сферах промышленного производства, где его используют для самых разных целей: палладий необходим для процесса изготовления специальной химической посуды, а также устойчивых к коррозии деталей измерительных приборов специального назначения. Pd незаменим и в стекольном деле, где его применяют в тиглях для варки стекла.
Палладий в последние годы все чаще используется в медицине. Металл и его сплавы расходуются на производство деталей различных медицинских приборов и инструментов. Самым простым примером применения Pd в этой отрасли является производство кардиостимуляторов, отдельные детали которых делаются именно из этого драгметалла. Иногда элемент используется для получения цитостатических препаратов.
В медицине наибольшая доля палладия тратится на изготовление зубных протезов. Развитие стоматологических исследований и увеличение сопутствующей потребности в металле способно увеличить спрос и котировки на элемент в будущем – этот фактор является одной из потенциальных причин роста стоимости Pd на биржах.
Ювелирное дело и инвестиции
Ювелиры используют палладий как самостоятельный драгоценный металл, а также как компонент других драгоценных сплавов. Pd является компонентом лигатуры проб платины, а также практически всегда присутствует в качестве элемента золотых сплавов 585 и 750 пробы. Все известное и достаточно популярное на сегодняшний день белое золото обязано своим оттенком добавлению именно этого химического элемента. Сам драгметалл используется в производстве ювелирных украшений тоже не в чистом виде, в высоких пробах в лигатуре сплава присутствует рутений.
Для мировой добычи палладия спрос ювелирной отрасли не имеет решающего значения. Даже не смотря на политику популяризации палладиевых драгоценностей интерес потребителей к ним невелик. Ювелирные заводы предлагают своим клиентам как традиционные украшения для женщин – серьги, кольца, броши, подвески, так и мужские печатки, кресты и запонки. Драгметалл активно используется в последние годы в коллекциях известных модных дизайнеров, представляющих не только украшения, но и стильные и необычные аксессуары: часы, зажигалки, ручки, портмоне.
Где еще применяется драгоценный металл? Палладий по причине своего благородного происхождения относится к числу инвестиционных инструментов. Вложить средства в драгметалл можно разными способами, среди доступных вариантов для обычных клиентов банков числятся покупка слитков и открытие металлического счета. ОМС ведется в граммах «виртуального металла, поэтому при его открытии вы не получите ни грамма Pd на руки. А вот если вы решите приобрести слиток, то сможете ощутить вес металла в своих руках.
Палладий на рынке драгметаллов относят к числу фундаментальных активов, способных принести прибыль только в долгосрочном периоде. Большая часть инвестиций в металл представляет собой фьючерсные контракты на бирже, покупать палладиевые слитки с целью преумножения своих денег нет никакого смысла. Для начинающих инвесторов и обычных банковских клиентов проще всего будет открыть обезличенный счет. Другим своеобразным инвестиционным инструментов, непосредственно связанным с Pd, являются памятные монеты. Монеты из этого металла чеканятся редко и в ограниченном количестве, поэтому рассматривать их как источник получения прибыли нецелесообразно.
Палладий - элемент побочной подгруппы восьмой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, атомный номер 46. Обозначается символом Pd (лат. Palladium). Простое вещество палладий - пластичный переходный металл серебристо-белого цвета. Благородный металл платиновой группы.
Известны крупные месторождения палладия на Урале, Аляске, а также в Австралии, Колумбии, Трансваале (Африка), Канаде.
Палладий, главным образом, палладий получают при переработке сульфидных руд никеля, серебра и меди.
В 2012 году сократились поставки палладия из Южной Африки, соответствующее падению производства платины. Учитывая перерывы из-за трудовых конфликтов и закрытие ряда производств в этой стране, в 2012 году было отмечено снижение объемов поставок палладия по сравнению с прошлым годом на 9,1% до 72,5т.
В России, с учетом производства Норильского Никеля в 2012 году, выпуск аффинированного металла сократился на 2,6% до 81,8т. В 2012 году поставки российской добывающей промышленности были дополнены продажами из госзапасов, оценочно в объеме 7,8т, что на 16,3т ниже уровня 2011 года. По данным Johnson Matthey, в 2012 году эти запасы были реализованы почти полностью. Также было отмечено дальнейшее увеличение поставок из Зимбабве при сохранении объемов предложения из Северной Америки и других регионов на неизменном уровне.
В 2012 году было отмечено сокращение объемов утилизации палладия на 4,4% до 70,9т. Это связано с намерениями сборщиков лома придержать лом автокатализаторов до повышения цен. В связи с увеличением числа транспортных средств, поступающих на переработку, и повышением среднего уровня вложений палладия в долгосрочной перспективе ожидается рост объемов металла, утилизируемого из отработанных автокатализаторов. Прогнозируется сокращение утилизации палладия из ювелирных изделий из-за снижения объемов ювелирного лома, возвращаемого на переработку в Китае. В то же время из ювелирной торговли Китая поступает информация о значительном увеличении доли металла из возвращаемых потребителями старых палладиевых украшений в объеме брутто-спроса. Увеличение объемов палладия, утилизированного из электронного лома, достигло нового максимума в 16,2 тонн.
* данные US Geological Survey
Палладий часто применяется как катализатор, в основном в процессе гидрогенизации жиров и крекинге нефти. Хлорид палладия используется как катализатор и для обнаружения микроколичеств угарного газа в воздухе или газовых смесях.
Другой областью применения палладия является очистка водорода - так как водород очень хорошо диффундирует через палладий. Также, палладий способен исключительно эффективно обратимо аккумулировать водород. Для экономии дорогостоящего палладия при производстве мембран для очистки водорода и разделении изотопов водорода, разработаны сплавы его с другими металлами (наиболее эффективен и экономичен сплав палладия с иттрием).
Палладий также используется в гальванотехнике. Хлорид палладия применяется в качестве активирующего вещества при гальванической металлизации диэлектриков - в частности, осаждении меди на поверхность слоистых пластиков при производстве печатных плат в электронике.
Палладий и сплавы палладия используется в электронике - для покрытий, устойчивых к действию сульфидов (преимущество перед серебром). В частности, палладий постоянно расходуется для производства реохордов прецизионных сопротивлений высокой точности (военная и аэрокосмическая техника), в том числе в виде сплава с вольфрамом (например ПдВ-20М). Применение в данных узлах обусловлено высокой износоустойчивостью палладия, что идеально подходит для его использования в контактных группах. Также палладий входит в состав керамических конденсаторов (тип КМ), с высокими показателями температурной стабильности ёмкости в высокочастотной аппаратуре радиовещания, радиосвязи, телевидения.
Палладий применяется в сплавах используемых в ювелирном деле (например, для получения сплава золото-палладий - т.н. «белое золото»), в целом палладий даже в незначительном количестве (1%) способен резко изменить цвет золота в серебристо-белый. Основные сплавы палладия с серебром в ювелирном деле имеют пробу 500 и 850 (наиболее технологичны и привлекательны).
Из палладия иногда чеканятся памятные монеты в ограниченном количестве. Из палладия и его сплавов изготавливают медицинские инструменты, детали кардиостимуляторов, зубные протезы; В некоторых странах незначительное количество палладия используется для получения цитостатических препаратов - в виде комплексных соединений, аналогично цис-платине.
Другие области применения палладия - это изготовление специальной химической посуды, стойких к коррозии деталей высокоточных измерительных приборов, прецизионных механических инструментах. Определённое количество палладия расходуется для изготовления химической аппаратуры для производства плавиковой кислоты (сосуды, перегонные кубы, детали насосов, реторты). Покрытия из палладия применяются для нанесения на электрические контакты для предотвращения искрения.
В результате динамичного роста производства автомобилей с бензиновыми двигателями и активного замещения платины палладием в дизельных катализаторах в 2012 году было отмечено повышение спроса на палладий для автокатализаторов на 7% до нового рекордного уровня в 205,7т. Увеличение брутто-спроса было наиболее значительным в Северной Америке, где двузначные показатели повышения продаж стимулировали рост производства на 14%. Это более чем в два раза выше темпов роста в Китае, который до недавнего времени был самым быстрорастущим автомобильным рынком в мире. Положительное влияние на спрос на палладий в течение 2012 года также оказало восстановление японского промышленного производства как внутри страны, так и на японских предприятиях за рубежом, особенно в Северной Америке и Китае. Лишь в Европе отмечалось сокращение спроса на палладий для автокатализаторов в связи с падением продаж и объемов производства транспортных средств.
В 2012 году произошло сокращение промышленного спроса на палладий на 4,3% до 73,6т. В то время как волна строительства новых химических производств в Китае способствовала закупкам палладия для новых загрузок катализаторов, в электротехническом секторе отмечено снижение спроса. Долгосрочная тенденция замены палладий-содержащих компонентов на более дешевые альтернативы из цветных металлов во всех областях за исключением наиболее узкоспециализированных высокотехнологичных секторов ведет к сокращению объемов применения палладия. Продолжающаяся миниатюризация деталей, для которых требуется все меньше металла, также негативно отражается на объемах спроса на палладий, даже несмотря на повышение количества таких деталей на одно устройство.
Некоторый рост применения палладия с изначально низкого уровня в 2012 году был отмечен в секторе контроля выхлопов недорожной техники. Как правило, палладий наряду с платиной используется в дизельных катализаторах окисления и фильтрах твердых частиц.
После сокращения позиций ETF более чем на 17,6 тонн в 2011 году, в 2012 году были отмечены нетто-инвестиции в объеме 12,0т благодаря более оптимистичным настроениям инвесторов. Вслед за резким сбросом активов в конце 2011 года инвесторы вернулись на рынок, вероятно благодаря снижению доступности металла из-за сокращения поставок из российских госзапасов, и повышения спроса для автокатализаторов. В отличие от предшествующего поведения инвесторов на рынке палладия и их текущей тактики на платиновом инвестиционном рынке, в секторе палладиевых ETF происходило наращивание объемов закупок палладия, благодаря снижению цены на протяжении большей части первого полугодия. При повышении цены в августе закупки палладия ETF продолжались, однако в сентябре наблюдалась ликвидация позиций.
В 2012 году произошло очередное падение спроса на палладий для ювелирного производства на 12,1% до 13,8т. Недостаточно четкое позиционирование и отсутствие эффективной маркетинговой программы оказывали негативное влияние на ювелирный спрос на крупнейшем китайском рынке, где брутто-спрос сократился на 21% до 7,5т. В Европе наблюдалось некоторое увеличение выпуска палладиевых украшений в секторе мужских обручальных колец, хотя и с низкой базы.
Производство и потребление палладия в мире, тонн*
| год | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| Всего добыча | 227.5 | 220.9 | 228.8 | 228.8 | 203.5 |
| Вторичное производство | 50.2 | 44.5 | 57.5 | 74.2 | 70.9 |
| Всего производство | 277.7 | 265.3 | 286.3 | 303.0 | 274.4 |
| Автомобили | 138.9 | 126.0 | 173.6 | 191.4 | 205.7 |
| Химическая промышленность | 10.9 | 10.1 | 11.5 | 13.7 | 16.5 |
| Медицинская промышленность | 19.4 | 19.8 | 18.5 | 16.8 | 16.5 |
| Электротехника | 42.6 | 42.6 | 43.9 | 42.8 | 37.3 |
| Ювелиры | 30.6 | 24.1 | 18.5 | 15.7 | 13.8 |
| Инвестиции | 13.1 | 19.4 | 34.1 | -17.6 | 14.6 |
| Прочее | 2.3 | 2.2 | 2.7 | 3.3 | 3.3 |
| Всего потребление | 257.8 | 244.2 | 302.8 | 266.2 | 307.7 |
| Баланс рынка | 19.9 | 21.2 | -16.5 | 36.8 | -33.3 |
* данные Johnson Matthey (Platinum Today)
Пик цен на палладий пришелся на 2000 год, когда резко увеличилось потребление данного металла в производстве автокатализаторов в результате введения ограничений на выхлопы в Европейском союзе. Цена палладий подскочила с уровня 250-300 долл./унц. в 1998-1999 годах до 700 долл./унц в 2000 году.
В последующие годы в результате замещения палладия в автокатализаторах платиной, цены на палладий резко упали и уже в период с 2003 по 2005 год составиляли не более 240 долл./унц. Несколько дороже палладий стоил в следующие четыре года - порядка 300 долл./унц.
Новый рост цен на палладий начался в 2010 году. Тут сказался как общий экономический рост в мире после кризиса 2008-2009 годов, а следовательно и повышение потребления металла во многих отраслях, так и возращение палладия как основного металла в автокатализаторах, ввиду значительного рост цен на платину. Дело в том, что в автокатализаторах платина и палладий замещают друг друга, поэтому автопроизводители ориентируются на более дешевый металл. Вместе с тем, сказывается это на ценах не сразу, так как производителям автомобилей необходимо время - обычно два-три года, чтобы отреагировать на изменение на рынке.
В 2012 году цена на палладий оставалась на относительно низком уровне (по сравнению с уровнем 2011 года), даже в последнем квартале, когда возникли опасения по поводу возможных перебоев поставок из Южной Африки. Несмотря на распространенное мнение о возможности возникновения дефицита на рынке из-за сокращения поставок из российских госзапасов и устойчивого спроса в секторе автокатализаторов, поддерживавшее позитивный настрой инвесторов, устойчивого роста цены, как в предыдущие годы, не происходило. Значительные запасы металла, скопившиеся в инвестиционном и ювелирном секторах, вероятно, смягчали опасения по поводу возникновения реального дефицита на рынке палладия.
В 2013 году ожидается падение предложения палладия в связи с сокращением объемов выпуска в России и ограниченными возможностями наращивания производства в Южной Африке. Прогнозируется еще один год устойчивого спроса для автокатализаторов и в промышленности, а также увеличение объемов утилизации металла из отработанных автокатализаторов.
Johnson Matthey прогнозирует снижение мирового предложения палладия в 2013 году в связи с последним сокращением объемов российского производства, медленными темпами восстановления добывающей промышленности Южной Африки после перебоев в производстве, а также сохраняющейся неопределенностью в вопросе рентабельности эксплуатации ряда месторождений в этой стране. В 2013 году ожидается увеличение утилизации палладия из отработанных автокатализаторов, вторичный металл, полученный из этого источника, позволит частично компенсировать сокращение предложения первичного металла.
В связи с наращиванием выпуска автомобилей на ряде рынков и ростом объемов использования палладия в технологиях контроля выхлопов мы ожидаем очередного увеличения закупок для автокатализаторов с прогнозируемого рекордно высокого уровня 2012 года.
Несмотря на сохранение неопределенности относительно перспектив увеличения выпуска автомобилей в Европе из-за рецессии в ряде стран, ожидается повышение спроса на палладий в производстве катализаторов для легковых автомобилей, обусловленного ростом выпуска бензиновых моделей и замещением платины на палладий в дизельных катализаторах.
Ожидается снижение спроса на палладий для производства автокатализаторов в Японии по сравнению с периодом восстановления после стихийного бедствия, однако в других регионах мы прогнозируем рост. В Северной Америке потребители, вероятно, продолжат использовать преимущества доступных кредитов на покупку новых автомобилей, что будет способствовать росту производства автомобилей и повышению спроса на палладий для катализаторов тройного действия. Увеличение выпуска в Индии и Китае также будет способствовать повышению закупок.
Основным фактором роста промышленного спроса на палладий, вероятно, станет наращивание производственных мощностей в химической промышленности, особенно в Азии, для удовлетворения растущего спроса на потребительские товары. Однако Johnson Matthey прогнозирует сокращение спроса в тех областях применения, где палладий в долгосрочной перспективе конкурирует с более дешевыми альтернативными материалами, особенно в электротехнике и стоматологии.
Ожидаются стабильные брутто-закупки палладия ювелирной промышленностью в Европе и Северной Америке, где он занял свою нишу в секторе мужских украшений, включая обручальные кольца.
В Китае вероятно сохранение понижательной тенденции, т.к. на этом рынке палладий испытывает конкуренцию со стороны других металлов в аналогичной ценовой категории, включая сплавы белого золота пониженной чистоты.
В секторе инвестиций в физический металл, в случае роста цен при падении производства в Южной Африке ниже запланированного уровня, возможны как дополнительные закупки со стороны ETF, так и параллельная фиксация прибыли. В целом мы прогнозируем положительные показатели инвестиционного спроса на палладий.
Палладий является ценным благородным металлом платиновой группы. В состав этой группы входят также платина, осмий, родий, иридий и рутений. Добыча металла в больших объемах производится с недавних пор.
Физические свойства
Впервые палладий получил английский химик Вильям Волластон в 1803 году. Свое название металл получил от астероида Паллада. Астероид был открыт незадолго до получения элемента лабораторным путем.
Палладий обладает серебристо-белым цветом. Внешний вид металла напоминает серебро. Платинит имеет следующие физические свойства:
- плотность металла – 12,0 г/см3;
- температура плавления – 1554°C;
- твердость по шкале Бринелля – 52 кгс/мм2;
- температура кипения металла – 2940°C;
- модуль упругости платинита – 12600 кгс/мм2.
К сведению. Палладий является редчайшим веществом на земле. Содержание этого элемента в земной коре не превышает 0,000001%.
Структура металла изменяется уже при температуре 18–20°C. Дальнейший нагрев делает эти изменения необратимыми.
Добавление веществ из числа элементов платиновой группы значительно улучшает свойства палладия. Например, добавка рутения и родия повышает прочность химического элемента на растяжение в два раза.
Химические свойства
Палладий отличается высокой инертностью и гальванической стойкостью. Эти свойства объясняются особенностью его атомного строения. Металл не взаимодействует с молекулами воды, кислотами и щелочами.
При нагреве до температуры 300–350°C стойкость вещества стабильная. При дальнейшем нагреве металл окисляется кислородом. Результатом химической реакции является появление на поверхности вещества тусклой оксидной пленки.
При нагреве до 800–850°C происходит распад вещества. В этом диапазоне температур металл приобретает устойчивость к окислению.
Это интересно! Раствор азотной кислоты истончает пластину из чистого титана на 19 мм в год. Сплав титана с палладием снижает эту скорость до 0,10 мм в год.
При температуре 500°C и выше металл взаимодействует с фтором и другими окислителями.
Палладий способствует усилению антикоррозионных свойств титана. Добавление платиноида значительно повышает стойкость титана к агрессивным средам.
Биологические свойства
В настоящий момент проводятся комплексные диагностические исследования биологических свойств этого платиноида. Благодаря лечебным свойствам, минерал широко применяется в современной медицинской практике.
Где добывают палладий
Первое место по добыче металла принадлежит компании «Норильский никель». Этот холдинг производит 41% всего палладиевого сырья в мире. Основные залежи вещества находятся на медно-никелевых месторождениях полуострова Таймыр в Заполярье и Кольского полуострова.
Интересно! Если в сосуд из палладия поместить водород и закупорить емкость, то после нагрева водород «вытечет» сквозь стенки, словно вода через решето.
Вторым по объему добычи платиноида является ЮАР. Эта страна обеспечивает своими месторождениями до 38% мировой добычи платиноида.
Остальную долю (21%) мировой добычи обеспечивают месторождения палладия:
- в Канаде (9%);
- в Северной части Америки (6%);
- в Зимбабве (3%);
- Австралии, Колумбии и других стран.
Как добывают палладий
Производство чистого минерала включает 3 этапа:
- добыча платиносодержащей руды;
- обогащение руды;
- извлечение чистого палладия.
Промышленная добыча платиносодержащей руды
Минеральное сырье добывают на двух типах месторождений:
- коренных (первичных);
- рассыпных (вторичных).
Добычу сырья на коренных месторождениях производят в составе платиносодержащей руды.
Россыпные месторождения образуются в результате естественного разрушения коренных месторождений. В этих месторождениях минерал извлекают в чистом виде.
Различают два способа разработки месторождений:
- карьерный (открытый);
- шахтный (закрытый).
При открытом способе добычи разрабатывают грунтовый карьер. Извлечение палладия производят специальной землеройной техникой. С помощью транспортных средств извлеченную руду доставляют к месту дальнейшей переработки.
Палладий в малом количестве содержится в составе космических тел (метеоритах).
При закрытом способе добычи металла прокладывают подземные шахты. В рудосодержащем пласте просверливают небольшие отверстия. В эти отверстия закладывают взрывчатку. После взрыва производят доработку грунта вручную или механизированным способом.
Добытая руда по ленточному конвейеру доставляется на поверхность, складируется и хранится в открытых складах. Накопленная масса транспортируется к месту обогащения (переработки).
Обогащение платиносодержащего сырья
Обогащением называется переработка минерального сырья для получения концентратов, обогащенных ценными компонентами.
Одна тонна добытого сырья включает в свой состав 1–6 граммов ценных металлов. Для увеличения доли содержания палладия производят искусственное обогащение руды платиновыми минералами.
Для этого добытую породу измельчают до порошкообразного состояния. Полученную массу смешивают с водой и специальными реагентами (например, раствором азотной кислоты). Через полученную смесь пропускают поток воздуха высокого давления.
В процессе ионизации пузырьки воздуха притягивают к себе молекулы минералов. Пузырьки воздуха вместе с частицами ценных металлов всплывают на поверхность в виде пенообразной массы. Всплывшую пену собирают в специальные емкости и высушивают.
В процессе высыхания пены образуется химический платиносодержащий концентрат. Одна тонна концентрата содержит от 0,10 до 1,0 кг чистого металла.
Полученный концентрат перерабатывают в электропечах при температуре 1500°C.
Высокие температуры превращают побочные продукты в шлаковую массу. Накопленные шлаковые отходы удаляют.
Полученную обжигом массу подают в конвертерные печи. В конвертерах происходит удаление побочных примесей ( и железа).
Одна тонна обработанной руды содержит до 1,4 кг металла в чистом виде.
Аффинаж палладия
После обработки в конвертерах, концентрат доставляют на переработку аффинажными заводами. Заводское оборудование, технологии аффинажных фабрик предназначены для выделения чистого минерала.
Аффинированием называется процесс отделения вещества от вредных примесей.
Очищенные металлы формируют в слитки, гранулы или мелкий порошок для удобства транспортирования к месту хранения.
Общая длительность процесса получения минерала (без учета затрат времени на транспортировку) составляет не менее 6 недель.
В автомобильной промышленности палладий используется для производства катализаторов.
По данным исследований рынка ценных металлов, за последние несколько лет количество используемого палладия сократилось в три раза. При этом объемы его промышленной добычи увеличились на целых 25%. Причина такой парадоксальной ситуации заключается в быстром росте цен на металл из-за увеличения потребностей автомобильной индустрии.
В электронной и электротехнической промышленностях палладий используется в массовом производстве конденсаторов, терморегуляторов, электроразъемов, термопар.
В химической отрасли металл востребован в качестве катализатора (ускорителя) некоторых химических реакций.
В медицине палладий широко используют при производстве электрокардиостимуляторов, в зубопротезировании. При онкологических заболеваниях платиноид используют в составе цитостатических (противоопухолевых) препаратов.
В инвестиционной деятельности используется для вложения финансов и чеканки памятных юбилейных монет.
Благодаря своей химической нейтральности, минерал широко используется в пищевой промышленности для изготовления посуды.
В ювелирном искусстве палладий применяется в качестве самостоятельного украшения или в виде дополнения к золотым или серебряным украшениям.
Происхождения и свойства палладия
Палладий получил свое название в честь планеты Паллады. Небесное тело было обнаружено в 1801-ом году. Открытие немца Ольберса произвело впечатление на химика Волластона. Последний через 2 года и получил палладий.
Металл был добыт англичанином из сырой платины. Он и сейчас относится к платиновой группе. Палладий в ней самый легкий. Его плотность чуть больше 12 граммов на кубический сантиметр.
Еще одна отличительная черта – пластичность. Свойства палладия сходны с другими драгоценными металлами, например, он подобно золоту легко растягивается в тончайшие листы и проволоку, принимает любые формы. Это находка для ковщиков и .
Название группы металла говорит само за себя. Палладий – благородный представитель . В ней он, кстати, расположен под 46-ым номером. Он находится в 5-ом периоде, в побочной подгруппе 8-ой группы. Обозначается элемент Латинскими буквами Pd.
Палладий уступает по устойчивости к некоторым собратьям из таблицы химических элементов. К примеру, он реагирует с смесью серной и соляной кислот. Волластон, кстати, так впервые и не сумел отделить металл от платины. Азотная кислота и вовсе растворяет благородный металл.
Зато, он устойчив к разбавленным вариациям кислот и любым щелочам. Если не использовать против палладия «оружие концентрированных кислот», он крепок, ему нипочем коррозия и любые воздействия извне. К тому же, из платиновой группы только палладий встречается в самородках.
Учитывая стойкость этого благородного металла к химическим реакциям, из него изготавливают посуду для лабораторий. Из платины, которая даже кислот не боится, изделия были бы слишком дорогостоящими. Мешать сурьму за три копейки в мисочке за тридцать тысяч рублей нелогично. Палладий же выгоднее по цене своей именитой «родственницы».
Месторождения палладия
Геологи подсчитали, что в недрах Земли палладий занимает долю в 6%. То есть, этого благородного металла в недрах вдвое больше, чем . Палладий выделяют из платины, а значит, и добывают в одних и тех же месторождениях.
Таковые расположены на Кольском полуострове, Урале. Недавно разведаны залежи и около Норильска. В платине этих месторождений чуть ли не половина палладия.
За пределами России, наличием ценного металла славятся земли Аляски, Австралии, Колумбии, Канады, Африки. Последние две страны богаты никелевыми рудами. При их обработке также происходит добыча палладия . Поэтому, именно Африка и Канада лидируют по добыче этого металла.
Найти светлый металл, внешне напоминающий , можно и в золотоносных песках. Но, это не промышленный метод. Примесей при промывке песков слишком мало.
Недавно ученые открыли редкую разновидность золота. Ее назвали палладистой, поскольку в состав желтого металла входят примерно 6% палладия.
Внешне такое ничем не отличается от обычного, но может служить источником сразу двух драгоценных металлов. Правда, месторождение палладиевого золота, пока, в мире только одно. Расположено оно в Бразилии.
К слову, белое золото, ставшее в последнее время популярным на ювелирном рынке, стало белым именно за счет палладия. Его добавили в сплав, добившись благородного тона изделий. Металл платиновой группы идеально полируется. Поверхность поражает гладкостью, не царапается, не подвергается коррозии. Для ювелиров это – бесценные качества.
К тому же, палладий не тускнеет на протяжении долгих десятилетий. Это навело мастеров на мысль не только добавлять металл в , но и делать из него самостоятельные украшения. Сейчас эта тенденция набирает обороты. Украшения дешевле платиновых. Их часто выбирают те, кто не любит золото.
Ювелиры используют не чистый палладий, а его сплавы. Они также маркируются пробами. Больше всего благородного металла в 950-ой пробе. В 850-ой его 85%, а в 500-ой всего половина. Остальные 50% состава – серебро, и никель.
Применение палладия
В промышленности из палладия часто делают трубы. На руку мастерам «податливые» характеристики металла. В обычном состоянии он растягивается до тех пор, пока нагрузка натяжения не составит 18 с половиной килограммов на квадратный миллиметр.
Но, стоит добавить к палладию немного с рутением, как показатель увеличивается в разы. Это идеально для получение путем растяжения цельных труб, то есть, изделий без спаек и швов.
Используют палладий и в протезировании зубов. Он значительно удешевляет стоимость протезов. При этом, качество их остается высоким. Но, основной потребитель благородного металла – автопроизводство. Оно требует 70% всего добываемого палладия в год.
Производители машин должны выдерживать регламент по количеству и составу автомобильных выхлопов. Палладий в машинных католизаторах делает выхлопы чище. Это позволяет соблюдать законодательства Америки, Японии, государств Европы и Юго-Восточной Азии.
На рынок электронной промышленности приходятся лишь 15% палладия. Следовательно, сфера забирает всего около 10-ти процентов. На задворках химическая промышленность.
Благородный металл используют при получении ацетилена и препаратов фармацевтики. На эти цели уходит 3% добываемого в мире палладия. Присоединились к его использованию и астрофизики.
Они открыли, что металл платиновой группы отлично очищает водород, которого на земле всего 1%. А, между тем, он необходим, к примеру, для топлива, используемого в ракетной промышленности.
Интересно, что там, куда ракеты летают, палладия в миллионы раз больше, чем на Земле. Этот металл завсегдатай состава метеоритов, падающих на нашу планету. Так что, использовав, весь земной палладий , придется отправляться за ним в космос.
Внешне палладий сильно напоминает серебро и платину, однако он заметно более легкий и мягкий. Он входит в группу платиновых металлов, причем, наряду с самой платиной в природе может встречаться в самородном состоянии. Обычно это смесь золота, серебра, палладия и иридия. На сегодня открыты лишь несколько месторождений палладистой платины (до 40% Pd).
В целом же это крайне редкий металл, который встречается в различных соединениях: алмазные россыпи в Британской Гвинее – в составе потарита (PdHg, где содержание палладия достигает 34,8%), самородное золото в Бразилии – порпецит (Pd – 10-11%). Наконец, палладий находят в каменных и железных метеоритах – примерно 2-7 грамм на тонну.
Физические свойства
Палладий – это металл платиновой группы. Цвет палладия – серебристо-белый, больше напоминающий окраску серебра. Основные физические свойства элемента:
- твердость (плотность) – 12,02 г/см 3 (у серебра – 10,49 г/см 3 , у платины – 21,40 г/см 3)
- температура плавления – 1552°С
- температура кипения – 3980°С
- предел прочности на растяжение – 18,5 кг/мм 2 (добавление 4% рутения и 1% родия увеличивает этот показатель в 2 раза)
Металл Pd настолько мягок, что комфортно обрабатывается при комнатной температуре. При этом ему присуще такое свойство, как двукратное увеличение твердости при холодной ковке. Основными же способами обработки палладия выступают холодная прокатка и штамповка.
Химические свойства
Палладий уникален в своём роде с точки зрения строения наружной электронной оболочки. Она заполнена полностью, поэтому металл наделен невероятно высокой химической стойкостью. Однако противостоять действию сильных окислителей Pd в состоянии лишь до уровня в 500°С. Палладий участвует в образовании огромного числа комплексных соединений, которые широко применяются в различных отраслях промышленности.
Очевидно, что такой металл не могла обойти стороной ювелирная промышленность. Палладий очень красив, особенно в сочетании с камнями, никогда не тускнет и отлично обрабатывается. Этот металл используется для «отбеливания» золота: доля палладия в белом золоте составляет 1/7 часть.
Pd относительно дешёв, поэтому является наиболее доступным из всей линейки платиновых металлов. Если же учесть, что палладий наделен основными свойствами элементов данной группы, с его помощью удается значительно удешевить производство различных изделий, к примеру, зубных протезов или некоторых деталей сложной электротехники.
Еще одно интересное качество палладия – его реакция на контакт с угарным газом. Как известно окись углерода CO является крайне опасным ядом, не имеющим запаха, цвета и вкуса. Обычная бумажка, смоченная в растворе хлористого палладия, моментально отреагирует на превышение содержания CO в воздухе (свыше 0,02 мг/л): она почернеет, поскольку в контакте с СО соединение PdCl 2 начинает восстанавливаться в палладиевую чернь.
Используется палладий и в противогазах: небольшая добавка Pd выступает здесь в роли простейшего катализатора доокисления воздуха.
Палладий: цена
Но, что дороже – палладий или золото? Платина или палладий? Ответить на этот вопрос поможет сравнение цены грамма каждого из этих металлов (по состоянию на середину 2015 года):
- Золото – $37,8
- Платина – $34,6
- Палладий – $21,7
- Серебро – $0,5