Печь для плавки платины

1.1 Ранняя добыча платины

Природная платина и ее сплавы встречаются в концентрированных слоях песка и гравия, называемых россыпными месторождениями. Эти песчаные и гравийные отложения образуются, когда старая порода разрушается под воздействием эрозии и измельчается, переносясь потоками воды в ручьи и реки.

Большая часть мировой россыпной платины находится в России. В XIX веке в Уральских горах активно разрабатывались россыпные месторождения. Однако эти залежи были истощены от высокосортной руды и в настоящее время составляют менее одного процента от общей добычи платины в России.

За последние десять лет значительное количество платины было добыто из двух россыпных месторождений в дальневосточном регионе России: рудника Кондёр в Хабаровском крае и рудника Коряк на Камчатке. В 2005 году эти два предприятия вместе произвели 185 000 унций платины.

Добыча платины в россыпных месторождениях — относительно простой процесс. Драги выкапывают платиноносный песок или гравий со дна рек или шахт. Затем материал промывается до тех пор, пока зерна или самородки платины не будут извлечены из окружающей породы.

Платину также добывают в виде руды. Платиновые руды, такие как сперрилит и куперит, могут разрабатываться в тех случаях, когда их содержание в породе делает добычу экономически целесообразной. В других ситуациях платина получается в качестве побочного продукта при переработке руд других металлов, таких как медь и никель.

1.2 Современные методы добычи платины

Большая часть добычи платиновой руды происходит на значительных глубинах под землёй. Для извлечения богатых минералами пород шахтёры закладывают взрывчатку в пробурённые отверстия в скале и подрывают её, разбивая на более мелкие куски. Затем добытая порода собирается и транспортируется на поверхность для дальнейшей обработки.

Переработка платиновой руды — дорогостоящий и трудоёмкий процесс. Обработка одной партии руды может занять от восьми недель до шести месяцев, а для получения одной тройской унции платины может потребоваться до 12 тонн (11 метрических тонн) руды.

После того как добытая руда доставляется на поверхность шахты, она измельчается специальными машинами до мелких фрагментов и смешивается с водой и химическими реагентами, которые связываются с платиной и другими металлами.

В процессе, называемом флотационным разделением, через смесь пропускают пузырьки воздуха, которые поднимают частицы платины на поверхность ванны. Платиновая пена снимается с поверхности и высушивается до состояния концентрированного порошка. Одна тонна высушенного порошка платины может содержать от 3 до 30 унций (85–850 граммов) металлов платиновой группы (PGM).

Затем высушенный порошок платины нагревают до экстремально высоких температур для удаления примесей. Воздух пропускается над остатками, оставшимися после плавки, чтобы удалить нежелательные железо и серу. На этом этапе содержание PGM в остатках составляет около 50 унций (1,4 кг) на тонну.

Дальнейшая химическая обработка удаляет оставшиеся в остатках цветные металлы, такие как медь и никель. На этом этапе минеральный концентрат содержит около 15–20% металлов платиновой группы. На заключительной стадии концентрат обрабатывают «царской водкой» для растворения платины. Затем раствор фильтруется, очищается и подвергается прокаливанию для получения чистого металлического платины.

Месторождения платины находятся всего в нескольких районах мира. На каждые десять золотых рудников приходится только один платиновый. Вся когда-либо добытая платина могла бы поместиться в комнату не более 25 футов (7,6 метра) в ширину. В настоящее время мировое производство платины составляет около семи миллионов тройских унций в год.

Более 70% мировых запасов платины поступает из комплекса Бушвелд в Трансваале, Южная Африка. Платина была обнаружена в этом регионе в 1924 году, что ещё больше подогрело мировой интерес к этому металлу.

Россия является вторым по величине производителем платины. Норильско-Талнахский регион в Сибири обеспечивает 20% мирового производства платины, добываемой из массивных никель-медно-палладиевых месторождений на глубине около 1200 метров. Ещё 6% мировых запасов платины поступает из Северной Америки, где крупные месторождения находятся в Монтане, Аляске и в провинции Онтарио (Канада).

1.3 История платины как драгоценного металла для инвестиций

Следы платины обнаружены ещё тысячи лет назад. Однако она по-прежнему считается относительно новым видом драгоценного металла. Это связано с тем, что первое европейское упоминание о её использовании относится всего лишь к XVI веку, менее 500 лет назад. Испанцы считали платину нечистой разновидностью золота, но это было заблуждением. Более серьёзные исследования и испытания начались только в XVIII веке, когда Чарльз Вуд нашёл её образцы на Ямайке. Позже Уильям Браунригг представил свои открытия в Лондонском королевском обществе.

В коммерческом плане платина сегодня добывается в качестве побочного продукта при добыче и переработке никеля и меди. В наше время платина наиболее широко используется в производстве автомобилей. Устройства контроля выбросов в атмосферу сильно зависят от платины.

Эти устройства известны как каталитические нейтрализаторы. Это самое крупное современное применение платины, хотя после скандала с выбросами VW спрос на неё несколько снизился. Однако платина также используется для изготовления ювелирных украшений и в качестве инвестиционного актива. Кроме того, она часто просто символизирует богатство из-за своей редкости.

1.4 Платина более пластична, чем золото и серебро

Длина проволоки была рассчитана на основе постоянного объёма исходного стержня, учитывая конечную толщину проволоки 0,0006 мм. После пересчёта конечная цифра оказалась в 10 раз больше — 27 777 км (см. расчёт ниже).

Для того чтобы вытянуть платину до такой толщины, необходимо использовать некоторые технические приёмы. Основной из них заключается в том, что платина сначала вытягивается до 0,01 мм, затем встраивается в серебро, после чего эта комбинация снова вытягивается (процесс Уолластона). Затем серебро растворяют, оставляя проволоку толщиной 0,0006 мм. Учитывая этот метод, вышеуказанная длина расчётно верна, однако, насколько нам известно, никто никогда не пытался вытянуть платиновый слиток полностью до такой длины. Кроме того, на практике потребуется немного более длинный стержень, чтобы компенсировать небольшие потери в процессе, например, концы, используемые для продевания через фильеру.

Процесс Уолластона изначально был опробован на золоте, но единственным доступным методом “покрытия” золотой проволоки было сверление отверстия вдоль серебряной проволоки и продевание через него золотой нити. Это было сложно, а более высокая температура плавления платины позволяла использовать более простые методы покрытия, поэтому Уолластон переключился на платину. С современными передовыми технологиями покрытия, возможно, теперь можно было бы покрывать золотую проволоку и вытягивать её аналогичным способом. Поэтому нельзя однозначно утверждать, что этот метод доказывает большую пластичность платины в таких условиях.

Без использования этой техники как золотая, так и платиновая проволока продаются диаметром 0,01 мм, что не доказывает, что один из металлов более пластичен, чем другой.

Кроме того, с точки зрения металлурга, сравнение пластичности в терминах длины на грамм является сомнительным. Пластичность — это характеристика возможного удлинения под воздействием приложенного напряжения, и ни одно из этих значений не измеряется в единицах веса. Это становится важным при сравнении двух металлов, один из которых имеет плотность в два раза ниже другого.

В типичном испытании на растяжение по стандартам ASTM размер образца фиксирован, а не его вес. Если два гипотетических сплава разрушаются после одинакового удлинения, их пластичность считается одинаковой. Однако если бы их сравнивали по весу, один из них был бы признан вдвое более «пластичным», хотя оба разрушились при одинаковом напряжении.

Специфическая пластичность определяется как пластичность металла, делённая на его плотность, и может использоваться при выборе материалов, чтобы подобрать самый лёгкий металл с необходимой пластичностью. Однако это не то же самое, что описанная выше ситуация.

В заключение, расчётная длина теоретически верна, но возможно, что для золота можно достичь той же длины, используя аналогичный метод. Поэтому на данный момент нельзя однозначно утверждать, что золото или платина являются более пластичными.

Это как любой другой растущий рынок, и производители конкурируют, чтобы соответствовать качеству и цене и стать лидерами рынка почти во всех странах мира. При выборе лучшей плавильной печи необходимо обратить внимание на несколько категорий, таких как температура плавления платины, плавка платиновой руды и процесс очистки платины.

Все это нужно учитывать, потому что качество конечного продукта зависит от качества выбранной вами печи. Кроме того, крайне важно обратить внимание на размеры, так как существуют печи маленького, среднего размера и большие, используемые только для массового производства.

Насколько важен процесс очистки платиновой руды, при выборе новой плавильной печи необходимо выбрать продукт, который является надежным, а также прост в обслуживании и ремонте. Это означает, что вам следует выбрать плавильную печь для платины с цифровым управлением и встроенными диагностическими функциями.

Что еще более важно, так это выбрать печь с современным выключателем безопасности, потому что, хотя они и очень безопасны в настоящее время, никогда нельзя быть слишком осторожным, и нужно избегать аварий, когда это возможно. Кроме того, поскольку вы можете подумать, что есть только печи, потребляющие много энергии, вам стоит исследовать этот вопрос более подробно, потому что на рынке есть хотя бы одна плавильная печь, которая поможет вам сэкономить энергию.

2.1 Вакуумная электрошлаковая индукционная печь для плавки платины

Вакуумная индукционная плавильная печь — это одно из самых широко используемых оборудования в области вакуумной металлургии. Сплавы и специальная сталь, необходимые для аэрокосмической, ракетной, атомной энергетики и электронной промышленности, значительная часть продукции которых производится с помощью вакуумной индукционной плавильной печи.

Например, горячая обрабатываемость и механические свойства никелевых, кобальтовых и железных суперсплавов улучшаются с помощью вакуумной индукционной плавильной печи.

Такие материалы, как нержавеющая сталь, жаропрочная сталь, сверхвысокопрочная сталь, инструментальная сталь, подшипниковая сталь, магнитные материалы, эластичные сплавы, сплавы с расширением и другие, почти все плавятся с помощью вакуумной индукционной плавильной печи, чтобы обеспечить их характеристики и качество.

С развитием процесса вторичной переплавки другой целью вакуумной индукционной плавильной печи является предоставление высококачественного расходного электрода для вакуумной дуговой плавильной печи или электрошлаковой переплавки, а также производство главных сплавов для прецизионного литья.

Как известно, весь процесс плавки, очистки и легирования металлов в вакуумной индукционной плавильной печи проводится в вакууме, что позволяет избежать загрязнения из-за взаимодействия с газами в одной фазе.

Во-вторых, при вакуумных условиях углерод обладает сильными восстановительными способностями, а его восстановительный продукт CO непрерывно откачивается из системы, что преодолевает проблему загрязнения, возникающую при восстановлении металлов с помощью металлических восстанавливающих агентов.

Химический состав сплава можно точно контролировать с помощью вакуумной индукционной плавильной печи. Активные элементы, такие как Al, Ti, B и Zr, которые обладают сильной сродством к кислороду и азоту, могут быть контролируемы в очень узком диапазоне. Для металлов с низкой температурой плавления и летучими примесями, такими как Pb, Bi, Sn, Sb и другие, можно удалить их испарение, что играет важную роль в улучшении характеристик материалов.

Сильное перемешивание ускоряет скорость реакции, что имеет положительный эффект на равномерность температуры и химического состава в плавильной ванне.

Быстрое развитие технологии вакуумной индукционной плавки тесно связано с высокотемпературными сплавами, необходимыми для аэрокосмической промышленности, таких как аэрокосмическая, ракетная, атомная энергетика и другие суперсплавы.

Это в основном связано с использованием вакуумной индукционной плавильной печи для плавки никелевых, железных, кобальтовых сплавов, что позволяет уменьшить содержание кислорода, азота, водорода и полностью удалить неметаллические включения, а также удалить вредные примеси с низкой температурой плавления, такие как Pb, Bi, Sb, Cu, Sn, Te и другие.

Оборудование вакуумной индукционной плавильной печи состоит в основном из корпуса печи, индуктора, тигля, механизма наклона печи, механизма формы, устройства питания и системы водяного охлаждения. Корпус печи оснащен устройствами для наблюдения, измерения температуры, подачи материалов, отборов проб, уплотнения и других функций. Печь оснащена вакуумной системой, системой питания и системой управления. Существуют два типа вакуумных индукционных плавильных печей: прерывного действия и полунепрерывного действия, которые могут быть горизонтальными или вертикальными.

Подводя итог, вакуумная индукционная плавильная печь имеет следующие характеристики:

(1) В вакууме она может плавить некоторые ценные активные металлы, такие как титановый сплав и другие.

(2) В вакууме она может предотвратить плавление металлов и сплавов и их реакцию с неметаллическими включениями.

(3) В вакууме можно удалить вредные растворенные газы и загрязнители из расплавленных металлов.

2.2 Электромагнитная индукционная плавильная печь для платины

Индукционная плавильная печь без сердечника предназначена для плавки и удержания черных и цветных металлов. Наши индукционные плавильные печи имеют емкость плавки от 1 кг до 500 кг. Диапазон мощности составляет от 3,5 кВт до 160 кВт. В настоящее время индукционные плавильные печи используются для замены куполов, поскольку купола выделяют много пыли и других опасных загрязняющих веществ.

Индукционная плавильная печь среднего диапазона частот, производимая компанией Superbmelt, обладает идеальными функциями многократной защиты: от тока превышения; от напряжения превышения; от недостаточного давления воды; от высокой температуры воды; от низкого напряжения и потери фазы. Преимущества нашего плавильного оборудования: высокая экономия энергии; низкое влияние на сеть; высокая скорость плавки; минимальные потери при окислении; равномерность состава металла; легко регулируемая температура; отличные изоляционные качества и т.д.

2.3 Печи сопротивления для плавки платины

Плавка металла для ремонта или переработки ваших ювелирных изделий поможет вам расширить ассортимент предлагаемых украшений и разнообразие изделий, которые вы поставляете. В компании Cooksongold мы предоставляем все необходимое оборудование для плавки металлов, чтобы вы могли успешно расплавить металл.

От ручных горелок до скорификаторов, щипцов и топлива для зажигателей на бутане — мы действительно являемся универсальным магазином для всего необходимого оборудования для плавки металлов. Ознакомьтесь с нашим ассортиментом оборудования для плавки металлов и найдите качественные инструменты для плавки в различных формах и размерах.

3.1 История использования платины

3.2 Источники платины

3.3 Какое оборудование необходимо для добычи платины

Рафинирование платиновой руды — это дорогостоящий и трудоемкий процесс. Обработка одной партии руды может занять от восьми недель до шести месяцев, и для получения одного тройского унции платины может потребоваться до 12 тонн (11 тонн) руды.

После того как разрушенная руда транспортируется на поверхность шахты, она измельчается машинным способом в мелкие куски и смешивается с водой и химическими веществами, которые связываются с платиной и другими металлами.

Затем высушенный платиновый порошок нагревается до чрезвычайно высоких температур для удаления примесей. На оставшуюся после плавки шлак подается воздух, чтобы удалить нежелательные железо и серу. На этом этапе содержание ПГМ (платиновых групп металлов) в шлаке составляет примерно 50 унций (1,4 кг) на тонну.

Дальнейшая химическая обработка удаляет оставшиеся в шлаке основные металлы, такие как медь и никель. На этом этапе минеральный концентрат содержит около 15-20 процентов ПГМ. На последнем этапе минеральный концентрат обрабатывается aqua regia для растворения платины. Раствор фильтруется, очищается и сжигается для получения чистого металла платины.

3.4 Как выбрать кварцевый тигель

Кюветы используются в лабораториях для содержания химических соединений при их нагревании до чрезвычайно высоких температур. Кюветы бывают разных размеров и обычно поставляются с крышкой соответствующего размера.

При нагревании на пламени кювета часто помещаются в трубчатый треугольник, который, в свою очередь, устанавливается на треногу.

Платиновый металл обладает рядом полезных свойств, что объясняет его применение в различных отраслях промышленности. Он является одним из самых плотных металлических элементов — почти в два раза плотнее свинца — и очень стабилен, что придает металлу отличные коррозионные свойства. Платина является хорошим проводником электричества, а также обладает пластичностью (способностью быть сформированной без разрушения) и ковкостью (способностью деформироваться без потери прочности).

Платина считается биологически совместимым металлом, потому что она нетоксична и стабильна, не вступает в реакции с тканями организма и не оказывает на них негативного воздействия. Недавние исследования также показали, что платина препятствует росту определенных раковых клеток.

4.1 Процесс рафинирования платины

Платина всегда встречается вместе с другими металлами платиновой группы (PGM). В комплексе Бушвельд в Южной Африке и нескольких других рудных телах металлы платиновой группы встречаются в достаточных количествах, чтобы экономически целесообразно было извлекать только эти металлы. В то время как на месторождениях Норильска в России и в Садбери в Канаде платина и другие металлы платиновой группы извлекаются как побочные продукты при добыче никеля и меди. Извлечение платины из руды является капиталоемким и трудоемким процессом. Для получения одной тройской унции (31,135 г) чистой платины может потребоваться до 6 месяцев и 7-12 тонн руды.

Первым шагом в этом процессе является дробление руды, содержащей платину, и ее погружение в раствор с реагентами, содержащий воду; этот процесс называется “плавающая флотация”. Во время флотации воздух накачивается через суспензию руды и воды. Частицы платины химически связываются с кислородом и поднимаются на поверхность в виде пены, которая затем снимается для дальнейшей переработки.

4.2 Химическая обработка платины

Коррозионная стойкость и высокая температура стабильности платины делают её идеальной для использования в качестве катализатора в химических реакциях. Катализаторы ускоряют химические реакции, не изменяясь в процессе.

Основное применение платины в этой отрасли, составляющее около 37% общего спроса на металл, это каталитические нейтрализаторы для автомобилей. Каталитические нейтрализаторы уменьшают количество вредных химических веществ в выхлопных газах, инициируя реакции, которые превращают более 90% углеводородов (угарного газа и оксидов азота) в менее вредные соединения.

Платина также используется для катализирования нитратной кислоты и бензина, повышая октановое число топлива. В электронной промышленности платиновые тигли используются для изготовления полупроводниковых кристаллов для лазеров, а сплавы используются для производства магнитных дисков для жестких дисков компьютеров и контактов переключателей в автомобильных системах управления.

4.3 Производство платиновых ювелирных изделий и декоративных элементов

Металлы платиновой группы, такие как платина и палладиевые сплавы, представляют собой сложные материалы для инвентарного литья из-за их высокой температуры плавления и реактивности. В данной статье рассматривается работа, выполненная в последние годы, с целью лучшего понимания проблем этого процесса.

Это включало подробную характеристику реакций тигля и инвентарного порошка, изучение роли различных параметров процесса, разработки новых сплавов, а также определение микроструктуры и механических свойств сплавов, доступных на рынке.

Производители тиглей, инвентарного порошка и литейных машин участвовали в оптимизации процесса совместно с производителями сплавов и литейщиками. Экспериментальная работа поддерживалась современными методами симуляции термодинамики сплавов и самого литейного процесса (заполнение формы и затвердевание).

Послеобработки после литья, такие как горячее изостатическое прессование (HIP), становятся все более распространенными в ювелирной промышленности из-за положительного воздействия на механические свойства. На данный момент основное внимание уделяется сплавам платины 950 пробы. Исследования показали значительные различия между сплавами по литейности и свойствам. С учетом теперь доступной информации о процессе и свойствах, литье платины стало гораздо более понятным, и достижение надежного качества отливок стало возможным.

5.1 В чем разница между плавкой металлов платиновой группы и других драгоценных металлов (золота, серебра)

Платиновые металлы группы (ПМГ) включают шесть элементов: платину, палладий, родий, иридий, рутений и осмий. Минералы ПМГ, встречающиеся в природе, могут содержать все шесть элементов с преобладанием либо платины, либо палладия и различным количеством остальных элементов.

Эти минералы могут быть природными соединениями ПМГ и сплавами, такими как осмиридий, или интерметаллическими соединениями с элементами группы 5B и 6B, такими как куперит или браггит. Однако в настоящее время большинство ПМГ производятся из меди и никеля, содержащих небольшое количество ПМГ в пределах долей части на миллион. Основными странами-производителями ПМГ являются Южноафриканская Республика и Россия, за ними следуют Северная Америка.

5.2 Какие методы литья платины являются лучшими

Для отливки платины обычно предпочтительны машины с индукционным плавлением средней частоты, так как эти машины позволяют контролировать атмосферу и обеспечивают быстрый и безопасный процесс плавления. Однако многие небольшие мастерские не могут позволить себе такое оборудование, поэтому им приходится полагаться на другой, вполне жизнеспособный вариант:

Для отливки с использованием паяльной лампы вертикальная центробежная отливочная машина является самым безопасным, эффективным и надежным способом отлить платину. Вертикальные машины имеют высокий крутящий момент, производят быстрое центробежное усилие и требуют минимального обслуживания. Они также безопаснее горизонтальных центрифуг, которые в случае пролива могут разбрасывать расплавленный металл по кругу на уровне пояса. В вертикальной машине центрифуга прямая; крупные проливы встречаются крайне редко, и если они происходят, расплавленный металл ограничен узкой вертикальной зоной.

Вертикальная отливочная машина должна быть установлена на прочной основе, чтобы один человек мог загружать форму сзади, а другой человек плавить металл спереди. Такой подход с двумя людьми важен, поскольку с защитой глаз, необходимой для плавления платины, оператор фактически видит только свечение плавящегося металла. Машина, стоящая отдельно и прикрепленная к полу, обеспечивает лучший доступ.

5.3 Как выбрать наиболее подходящее оборудование для литья платины

Для отливки с использованием паяльной лампы наиболее часто используемым сплавом для отливки платины является сплав платина 900/иридий 100. Этот сплав, также называемый 90/10 иридий, обладает хорошими рабочими характеристиками, хорошо отливается, может быть сварен и не окисляется. Он также имеет яркий белый цвет и достаточную твердость (120 Виккерса, HV). Это был универсальный сплав платины в США в течение многих лет.

В последние годы многие литейщики начали использовать сплав платина 950/иридий 50, известный как 95/5 иридий, чтобы соответствовать стандарту 950. (Во многих странах, включая США, требуется, чтобы любой предмет, маркированный как «платина», содержал не менее 95% чистой платины.) К сожалению, этот сплав не является хорошим выбором для литья. Несмотря на отличные характеристики для обработки, включая быстрое упрочнение, при отливке его твердость составляет всего 80 HV — слишком мягко для ювелирных изделий. (Рекомендуемая минимальная твердость — 120 HV.) При носке кольца гнутся, царапаются, а камни ослабевают.

Один из лучших сплавов для литья платины 950 — это сплав платина 950/кобальт 50, также известный как 95/5 кобальт. Этот сплав имеет очень мелкую зернистость, высокую текучесть и способность заполнять сложные детали. С твердостью 135 HV и способностью хорошо отливаться и получать хороший полировочный слой, он является одним из самых популярных сплавов для литья в Европе и США. Платина 950/кобальт 50 также слегка ферромагнитна, что облегчает ее идентификацию (можно просто использовать магнит для проверки наличия притяжения).

Однако этот сплав окисляется. Из-за этой тенденции пропан и другие топлива плохо подходят для его использования. Вместо этого плавление с помощью паяльной лампы должно проводиться с использованием смеси водорода и кислорода, которая минимизирует окисление. Этот сплав наиболее успешно отливается с использованием индукционного нагрева в контролируемой атмосфере.

Другим вариантом является сплав платина 950/медь/кобальт, который аналогичен сплаву платина/кобальт, но не является магнитным. Однако для предотвращения окисления его также нужно отливать с использованием смеси водорода и кислорода или с помощью индукции.

Использование подходящей печи, флюсов и добавок, а также опытного плавильщика играют важную роль в получении однородного конечного слитка. Несмотря на использование наиболее оптимальных процедур плавления, в некоторых случаях невозможно получить полностью однородный слиток из-за разделения металлов во время затвердевания (процесса охлаждения). В таких случаях анализ слитка должен четко показать его гетерогенность, что будет учтено при заключении торгового соглашения.