24 Мая 2019

Палладий – химия, технология и применение

Опубликовал А.А. Алексеенко

Благородные металлы на протяжении всей истории цивилизации были основной страстью человечества. Серебро и золото, известные людям с древнейших времен, не окислялись, не ржавели и не теряли своего блеска в процессе использования. Примерно с 15-го века люди обратили внимание на платину, но долгое время не видели в ней ценности. И даже использовали для разбавления золота и серебра, что на длительный период времени поставило платину вне закона – в той же Испании запасы платины попросту утопили в море. Начиная с 1803 года, человечество открыло ряд металлов платиновой группы: палладий, родий, иридий, осмий и рутений.

Из новых открытых благородных металлов только палладий подвергается пробированию и используется в банковской сфере. О истории открытия этого металла, химических свойствах и областях применения мы подробно расскажем в этой статье.

Триумфальное появление палладия

Открытие палладия связанно с весьма необычной историей. В 1803 году свиток неизвестного металла был прислан анонимным отправителем лондонскому торговцу металлами. В сопроводительной записке указывалось название неизвестного науке элемента – палладий. Научное сообщество с интересом восприняло весть о появлении нового металла. Британские химики тех времен с превеликим скепсисом отнеслись к подлинности слитка. Больше всего для «разоблачения подделки» постарался химик Ричард Ченевикс – он купил весь слиток и поставил над ним ряд опытов.

Нежелание принимать возможность появления нового металла была настолько высока, что Ченевикс пошел на подлог результатов, объявив в Лондонском королевском обществе, что палладий был попросту сплавлен из платины и ртути. Но другие химики усомнились в этих выводах и провели независимые эксперименты. И получили противоположный результат – ни у кого не получилось выделить из металла отдельно ртуть или платину.

В это же время научное издание Nicholson’s Journal разместило анонимную публикацию, в котором обещалась выплата награды в 20 фунтов любому, кто сможет химическим путём создать искусственный палладий. Это объявление создало новый виток шумихи вокруг нового металла.

Как выяснилось, весь этот пиар был продуман первооткрывателем металла – химиком Уильямом Волластоном. Найдя новый благородный металл, учёный решил привлечь к нему максимальное внимание для получения коммерческой выгоды.

Выделить палладий получилось из платиновой руды, добытой в южноамериканских месторождениях. Это произошло при попытке очищения платины от ртути и золота с помощью царской водки. После растворения руды Волластон осадил платину, используя нашатырь. После выпадения осадка раствор окрасился в розовый цвет, что не должно было произойти при содержании в растворе только платины и ртути. Ученному было очевидно – что в руде содержался еще какой-то металл.

Первое, что сделал Волластон, - это добавил в розовый раствор цинк, что привело к выпадению черного осадка. После опускания осадка в царскую водку, порошок растворялся только частично, что наталкивало на мысль о содержании в осадке неизвестного ранее драгметалла. После этого исследователь пошёл другим путём – разбавил розовый раствор водой и добавил в него цианид калия. Это привело к появлению оранжевого осадка, который в процессе нагрева поменял цвет на серый, а потом сплавился в металлическую каплю. Так впервые из руды был выделен палладий.

Металл был назван своим первооткрывателем в честь астероида Паллада, который был открыт за год до нахождения нового металла. А сам астероид был назван в честь греческой богини Афины Паллады.

Свойства палладия

Этот благородный металл может быть только серебристо-белого цвета, какие-либо другие оттенки исключены. При схожести цветом с серебром палладий по химическим свойствам близок к платине.

Этот металл при обычных условиях не окисляется и не ржавеет. Из всех платиновых металлов он наименее инертен, и взаимодействует с царской водкой и нагретыми концентрированными серной и азотными кислотами. Вступает в реакцию с хлором, йодом и бромом при комнатной температуре. В нагретом состоянии взаимодействует с кремнием, фтором и серой.

Нагревание палладия до температуры от 350 до 800 0С приводит к появлению на поверхности оксидной плёнки серого цвета, которая исчезает при превышении температуры в 850 0С.

Расплавленный палладий (температура плавления 1552 0С) поглощает кислород и громадное количество водорода – до 900 объемов газа на 1 объем металла. Если допустить это поглощение, то остывший металл приобретет пористую структуру. В связи с этим производство изделий из палладия производится в условиях вакуума.

Плотность палладия составляет 12 грамм на см3, что делает его немного тяжелее серебра, но легче остальных благородны металлов. Металл обладает хорошей ковкостью, и может быть раскатан до состояния фольги, что позволяет его успешно использовать в ювелирном деле. Так известное всем белое золото является сплавом палладия и золота.

Добыча палладия

В природе этот благородный металл встречается крайне редко. Его кларковое число равняется 1·10−6 % - это значит что процентное содержание палладия в земной коре одна миллионная процента. Месторождение палладия сопровождают остальные платиновые металлы. Найти в природе его можно как в самородках, так и в составе минеральных соединений: палладите, станнопалладите, брэггите и потарите. По мнению геологов существуют и неизученные палладистые минералы, которые пока не были описаны.

Самые крупные месторождения палладия находятся в РФ – добывающая компания «Норильский никель» производит 40% мирового палладия.

«Результаты прошлого года были для «Норникеля» очень благоприятными на фоне растущих цен на палладий. Экологические требования к автопроизводителям  в мире ужесточаются, и автомобильных катализаторов производится все больше и больше, а это палладий»

/Владимир Потанин, президент компании «Норникель»/

Второе по значимости месторождение – Бушвельдский комплекс, расположенный на территории ЮАР. Менее значимые точки добычи палладия находятся в Канаде, Австралии, Аляске, Бразилии и Колумбии.

Стоит отметить, что по оценкам участников рынка драгметаллов природные запасы палладия подходят к концу, и в скором времени человечество извлечет его весь без остатка из недр.

Область применения

На момент 2019 года палладий стал одним из наиболее дефицитных металлов в мировой промышленности. Связанно это с высоким спросом на этот металл в автомобильной промышленности, несмотря на который Россия запретила экспорт палладия в ответ на наложенные на неё санкции. Хотя мировой рынок палладия был буквально «взорван» этим политическим решением, этот благородный металл продолжают использовать во многих отраслях человеческой деятельности:

  • Автомобильная промышленность. 70% добываемого палладия покупается производителями автомобилей. Этот металл применяют для создания автомобильных катализаторов, которые используются для дожигания выхлопных газов. Без этой технологии автомобили попросту не будут вписываться в текущие экологические нормы большинства развитых стран.
  • Химические производства. Прекрасные каталитические свойства палладия нашли применения в процессах крекинга нефти, синтезе органики и гидрогенизации различных жиров.
  • Электроника. В радиотехнике, телевизорах, компьютерах и разнообразнейших электроприборах середины и конца двадцатого века активно использовались драгметаллы, в том числе и палладий. В основном найти палладий можно в конденсаторах и на контактах, требующих повышенной надежности. До сих пор предприимчивые люди ведут охоту за радиэлектроникой периода СССР для добычи из неё благородных металлов. Современные производители используют драгоценные металлы в минимальном количестве, предпочитая удешевлять свои изделия. Однако в военной и космической отрасли электроника с палладиевыми элементами актуальна до сих пор.
  • Медицина. Износоустойчивость и высокая химическая инертность палладия позволила с успехом применять этот металл в области протезирования и для создания деталей кардиостимуляторов. Также из палладия производят медицинские инструменты. Отдельное использование нашел бета-активный палладий-103 в сфере лечения онкологических заболеваний методом брахиатерапии.
  • Ювелирное дело. В этой отрасли палладий используют как для производства белого золота, так и для создания палладиевых изделий. Во втором случае применяют сплавы палладия и серебра, изделия из которых пробируются маркировкой от 500 и 850 (палладий с серебром) и 950 (палладий с медью и рутением). Также палладий периодически применяют для чеканки коллекционных монет.

«В последние годы спрос на палладий превышает его предложение. Например, в 2017 году было добыто 6,7 млн унций металла, а соответствующий объём спроса составил 10,2 млн унций. По итогам 2018 года ожидается дефицит палладия в размере 1 млн унций»

/Ирина Рогова,старший аналитик ГК Forex Club/

Еще один способ использования палладия, это размещение инвестиций. За последние годы палладий уверенно дорожает и на весну 2019 года его стоимость достигла 1500 долларов за унцию, что сделало этот драгметалл дороже золота. Естественно на мировых биржах цены на палладий колеблются, но в условиях дефицита на этот металл цена будет неумолимо расти, что делает палладиевые слитки очень выгодным вложением капитала.

Использование человечеством палладия – яркий пример того, как промышленная деятельность может быстро истощить природные ресурсы планеты. Запасов этого металла осталось совсем немного и в будущем нам придется либо менять технологии производства автомобилей, либо осваивать рециркуляцию промышленного палладия в глобальных масштабах.

Отдельный сценарий – добыча палладия в космосе (следы этого металла находили в упавших метеоритах). Но это будет возможно только в отдаленном будущем.

Так что если у вас есть запас этого металла, то не спешите расставаться с ним – в обозримом будущем он будет стоить целое состояние.