ВВЕДЕНИЕ. Курс «Химия и технология прекурсоров на основе малых металлов и рассеянных элементов» является продолжением курса «Химия и технология редких и рассеянных

Курс «Химия и технология прекурсоров на основе малых металлов и рассеянных элементов» является продолжением курса «Химия и технология редких и рассеянных элементов».

Современная жизнь общества невозможна без материалов, содержащих малые металлы и рассеянные элементы. Это материалы микро- и оптоэлектроники, лазерной техники, тугоплавкие и твердые сплавы, конструкционные материалы. В производстве этих материалов в качестве прекурсосоров используют малые металлы и рассеянные элементы, а также различные их соединения.

Что же такое малые металлы? Почему одни малые, а другие рассеянные? Все они разбросаны по разным группам периодической системы и имеют различные свойства. Что их объединяет? Под такой классификацией лежит технологическая особенность.

Малыми, или младшими цветными металлами называют группу металлов, отличающихся от основных цветных металлов, таких как медь, цинк, свинец, гораздо меньшими объемами производства. В эту группу обычно включают сурьму, висмут, кобальт, ртуть, кадмий. Иногда сюда же относят Sn и Аs. Их мировое производство занимает промежуточное положение между обычными цветными металлами и редкими. Если алюминий производят ~ 24,4 млн.т; меди ~ 14,8 млн.т; свинца ~ 6,4 млн.т; цинка ~ 9,0 млн.т; никеля ~ 1,1 млн.т, то малые металлы – тысячами тонн: Sn порядка 200 тыс.т; Со ~ 80 тыс.т; Вi ~ 4 тыс.т.

От редких элементов они отличаются тем, что известны и используются в технике очень давно. Некоторые из малых металлов вообще относят к числу элементов, известных еще на заре человеческой истории. И поэтому малый объем их производства является следствием не малой изученности и трудности получения, а труднодоступности из-за низкого содержания в земной коре, редкости месторождений или высокой степени рассеяния.

Таким образом, малые металлы имеют две особенности:

1) небольшой объем их производства;

2) попутное извлечение при комплексной переработке цветных металлов. Так кадмий получают попутно с цинком, кобальт из никелевых руд.

В нашем курсе технология малых металлов будет рассматриваться вместе с технологией рассеянных элементов, но не всех рассеянных, а только тех, которые геохимически и технологически связаны с цветными металлами.

Рассеянные элементы, такие как рений, селен, теллур, индий, галлий, талий, германий разбросаны по всей таблице Д.И. Менделеева, они практически не образуют своих собственных минералов и входят в виде изоморфной примеси в минералы больших цветных металлов.

Так, галлий и алюминий имеют много общих химических черт, близкие ионные радиусы и галлий входит в кристаллическую решетку алюминия. Он может быть получен вместе с алюминием в довольно больших количествах, т.к. алюминия в земной коре много.

Также близки рений и молибден, поэтому источником рения являются медно-молибденовые руды.

Что же объединяет малые металлы и рассеянные элементы и чем они отличаются от редких? Два обстоятельства объединяют малые металлы и рассеянные элементы, находящиеся в правом, халькофильном поле периодической системы вместе с цветными металлами.

Во-первых, особенности технологии. Технология почти всех этих элементов имеет «металлургический» характер. Это означает, что конечный продукт технологии – металл (элемент) – получается без предварительного выделения какого-либо соединения. И если требуется какое-либо соединение, его получают из металла. Это обусловлено сравнительной легкостью восстановления до элементарного состояния: восстановление идет даже в растворе при электролизе, при цементации другими металлами и т.д.

Иной характер имеет технология редких элементов, а также легких металлов, которые находятся в левом, литофильном поле периодической системы. Это связано с трудностью получения их в свободном состоянии. Поэтому для этих элементов технология разбивается четко на два этапа – получение чистого соединения и получение металла из этого соединения, если требуется именно металл. Для получения других соединений металл, как правило, не используют. Поэтому можно сказать, что технология этих элементов имеет более «химический» характер.

Второе обстоятельство – общее сырьё. Руды цветных металлов являются источником целого ряда элементов спутников, каковыми являются и вышеперечисленные рассеянные элементы, и малые металлы. Так, никелевые руды всегда содержат кобальт, который из них извлекают, кроме того, сульфидные никелевые руды содержат Pt-металлы, теллур и селен в количествах, представляющих промышленный интерес. Из медных руд извлекают Co, Ag, Au, Se и Te, иногда Bi. В цинковых рудах присутствуют соседи цинка по периодической системе – соседи по горизонтали (Cu, Ga, Ge), сосед по вертикали Cd, соседи по диагонали (In и Tl). Все эти элементы извлекаются из цинковых руд. Свинец является хозяином еще большего круга соседних элементов.

Если рассеянные элементы не имеют своих руд и извлекаются только из руд цветных металлов и других источников с крайне малым содержанием, то малые металлы, кроме кадмия, который примыкает к рассеянным элементам и отличается от них только гораздо большим масштабом производства, имеют свои руды. Соотношения между собственными рудами и рудами других металлов может меняться в очень широких пределах. Если Sb и Hg извлекаются большей частью из собственных руд, то скажем у Bi, только ~ 10 % производства относятся к собственно висмутовым рудам, тогда как остальные 90 % извлекаются попутно из комплексных руд, главным образом свинцовых.

Таким образом, попутная переработка – это основа технологии рассеянных элементов и малых металлов.

Рений

Рений – самый редкий элемент. Предсказал его Д.И. Менделеев в 1870 г., открыт в 1925 г. немецкими химиками В.Ноддаком и И.Таке в уральской платиновой руде и колумбите.