Serdecznie zapraszamy do ciekawego świata pożyczek!

MATERIAŁOZNAWSTWO ZŁOTNICZE I METALE SZLACHETNE

W grupie metalowej rzemiosł najwięcej znajomości wielu różnych materiałów wymaga złotnictwo i jubilerstwo. Fachowo wykształcony złotnik, a nawet pracownik handlu jubilerskiego powinien znać pochodzenie, własności fizyczne i chemiczne oraz umieć w swej pracy stosować nie tylko metale szlachetne (platynę, złoto i srebro) i metale nieszlachetne (miedź, cynę, cynk i in.), ale również i różne związki chemiczne. Dokładna znajomość materiałów pomocniczych, używanych przy obróbce metali szlachetnych, nie tylko znacznie ułatwia pracę złotnika, ale pomaga również do usunięcia powstałych w toku tej pracy błędów i do wykonywania jej w warunkach najbardziej ekonomicznych oraz zapewniających zdrowie i bezpieczeństwo pracowników.

ZŁOTO

Symbol chemiczny Au. Ciężar atomowy 197,2. Ciężar właściwy 19,3. Temperatura topnienia 1062,4° C. Temperatura wrzenia 2600° C. Złoto znane od najdawniejszych czasów jest prawdopodobnie pierwszym metalem wyróżnionym przez człowieka przedhistorycznego. Ozdoby ze złota wykonywali już Egipcjanie i Babilończycy. Wśród zabytków archeologicznych wczesnych kultur Indii – sprzed 4000 lar przed n. e. – znaleziono pięknie wykonane wyroby ze złota. Od mniej więcej VI w. przed n. e. zaczęto bić monety ze złota. W starożytności otrzymywano złoto z Nubii, Indii i legendarnego Ofiru. W Europie Rzymianie wydobywali złoto w Hiszpanii i Portugalii. W średniowieczu największych ilości złota w Europie dostarczały kraje czeskie, a w Ameryce – Peru. W połowie XIX wieku bogate złoża złota odkryto w Kalifornii i Australii, w 1868 r. – w Transwaalu, a w .1830 r. – na Alasce.
W Polsce wydobywano niegdyś niewielkie ilości złota na Śląsku, w okolicy Lignicy i Złotogóry. Z początkiem XIX wieku poszukiwano i wydobyto niewielkie ilości złota w Tatrach, na Krywaniu. Obecnie złoto wydobywane jest w Złotym Stoku k. Kłodzka jako produkt uboczny przy eksploatacji rud arsenowych. Ruda ta zawiera ok. 5% arsenu, a złota w ilości ok. 2 g na 1 tonę. Bezpośrednim surowcem wyjściowym dla otrzymania złota, są czerwone wypałki poarsenowe, wzbogacone już znacznie w złoto, bo zawierające około 50 g złota w 1 tonie. Wypałki te po zmieszaniu z wodą, poddaje się chlorowaniu, otrzymując wydajność złota w ilości 75%. Roczne wydobycie złota w Złotym Stoku waha się w granicach 30 – 50 kg.
W przyrodzie złoto występuje w wielu miejscach choć w niewielkich ilościach . Skorupa ziemska zawiera średnio 0,000001% złota; obliczona przez słynnego radzieckiego geochemika Fersmana ilość złota w zewnętrznej, twardej skorupie ziemi (do głębokości 1000m) wynosi 5 miliardów ton. Podawana dawniej jako dość znaczna zawartość złota w wodzie morskiej w rzeczywistości jest niewielka, gdyż według znanego niemieckiego chemika Habera w 1m3 wody morskiej znajduję się tylko jedna setna część miligrama złota. Mimo że wszystkie wody oceanów zawierają ok. 10 tys. ton złota, wydobywanie go z wody morskiej nie jest opłacalne. Złoto występuje w przyrodzie w stanie rodzinnym oraz w związkach z tellurem w złożach pierwotnych i wtórnych. Najważniejsze złoża pierwotne to prawie zawsze żyły kwarcytowe, w których złoto znajduje się w postaci drobnych bryłek lub tak rozproszone że nie jest dostrzegane gołym okiem. Złoto występuje tu najczęściej z dwusiarczkiem żelaza – pirytem i siarczkiem arsenowym – arsenopirytem. Piryty takie nazywamy złotonośnymi lub złotodajnymi. W złożach pierwotnych spotykamy również złoto w związku z tellurem, a rzadko tylko w postaci rodzimej, najczęściej jako elektrum, tj. stop ze srebrem o zawartości ok. 20% srebra. Złoża wtórne czyli tzw. aluwialne, są to piaski i żwiry złotonośne, powstałe w skutek procesów wietrzenia i rozpadu złóż pierwotnych. Złoto występuje w nich w większych skupieniach tworząc tzw. „nuggets” . Specjalnym typem złóż złota wtórnego są konglomeraty Witwatersrandu w Tranvaalu (Południowa Afryka), najbardziej wydajne ze wszystkich znanych złóż. Te bardzo stare, bo prekambryjskie, a wiec liczące kilkaset milionów lat złoża dają obecnie ok. 1/3 ogólnej światowej produkcji złota. Największa dotychczas bryła złota rodzimego znaleziona została w kopalniach Nowej Płd. Walii. Waga tej bryły wynosiła 236 kg. Następna z kolei pod względem wielkości bryła złota rodzimego, o wadze 92 kg, wydobyta została na Nowej Gwinei. W roku 1943 w Kongo Belgijskim, w miejscowości Costermansville, znaleziono bryłę złota wagi 68 kg.
Pierwotny człowiek prawdopodobnie po raz pierwszy zauważył złoto w aluwialnych piaskach rzecznych, wydobył je przez przepłukanie piasku wodą. Na tym też opiera się najdawniejszy, prymitywny sposób wydobywania złota. Poszukiwacze napełniali złotonośnym piaskiem nieckowate miski drewniane i zanurzali je w bieżącej wodzie rzeki lub strumienia wprawiając rękami miskę w szybki ruch obrotowy. Ruch ten wzbudzał siłę odśrodkową, która wypłukiwała lekki piasek i zanieczyszczenia, a ciężkie złoto w postaci grudek i proszku pozostawało na dnie miski. Złożą pierwotne i niektóre złoża wtórne eksploatowane są za pomocą zwykłych metod, stosowanych w górnictwie. Skałę rozsadza się środkami wybuchowymi, rozdrabnia w żelaznych łamaczach i miele w młynach kulowych. Zmieloną rudę przepuszcza się przez hydrauliczne klasyfikatory, a następnie poddaje działaniu cyjanku potasowego według metody opracowanej przez Mac Arthura. Pod działaniem tlenu powietrza złoto rozpuszcza się w roztworze cyjanku na rozpuszczalny w wodzie cyjanozłocian potasowy. Z roztworu tego złoto strącane jest świeżo przygotowanymi strużynami cynku lub aluminium, albo też metodą Siemensa i Halskego poddaje się roztwór elektrolizie przy użyciu stalowej anody i ołowianej katody. Na ołowianej katodzie osiada złoto, które drogą kupelacji oddziela się od ołowiu. Opisana wyżej metoda cyjankowa jest obecnie prawie wyłącznie stosowana we wszystkich kopalniach jako najbardziej wydajna i ekonomiczna.
Do niedawna jeszcze stosowano tzw. metodę amalgamacyjną, polegającą na łączeniu złota z rtęcią na amalgamat, czyli ortęć złota. Z amalgamatu otrzymuję się złoto przez oddestylowanie rtęci. Z separatorów zsypywano zmielona skałę cienką warstwą na lekko nachylone stoły amalgamacyjne, przy czym cząsteczki złota osiadały na ortęciowanych płytach. Co pewien czas z płyt tych zeskrobywano warstwę amalgamatu złota, który następnie poddawano destylacji w retoriach żelaznych lub w odpowiednio zbudowanych piecach destylacyjnych. Ponieważ metoda ta była mało wydajna, gdyż za jej pomocą, można było otrzymać tylko 75% metalu znajdującego się w rudzie, została ona prawie całkowicie zarzucona i niekiedy tylko bywa stosowana jako metoda pomocnicza przy metodzie cyjankowej. Metodę amalgamacyjną można poza tym stosować tylko do eksploatacji złóż zawierających złoto rodzime. Złoto z pirytów złotonośnych otrzymywane jest również metodą chlorowania. Piryty praży się, a przepałki zwilża wodą i poddaje działaniu wolnego chloru. Złoto rozpuszcza się na chlorek złota, z którego zostaje wytrącane działaniem siarczanu żelazawego lub innych środków redukujących.
Złoto otrzymywane jedną z wyżej opisanych metod zostaje na terenie kopalni przetopione, odlane w sztaby i jako tzw. „bullion” przesiane do zakładów rafineryjnych. Tutaj – po oczyszczeniu – złoto odlewa się w sztaby 1-, 5- lub 10- kilogramowe i wybija na nich próbę. Ok. 75% produkcji światowej złota pozostaje jako podkład kruszcowy w banknotów w skarbcach banków emisyjnych wszystkich państw świata. Resztę zużywa się w złotnictwie, dentystyce i przemyśle.

WŁASNOŚCI ZŁOTA

W stanie czystym złoto jest metalem o jaskrawożółtej barwie, bardzo miękkim, ciągliwym i klepalnym, o twardości 2,5 według skali Mohsa. Z 1 g złota można wyciągnąć drucik długości 2000 metrów. Złoto daję się wyklepać w blaszki grubości do 0,0001 mm, przeświecające barwą zieloną. Krystalizuje w układzie regularnym. Przy walcowaniu lub kuciu ciężar właściwy złota podnosi się z 19,3 do 19,6. Złoto odznacza się dużą łatwością polerowania, a blask i połysk zachowuje długo, gdyż jest odporne na działanie czynników atmosferycznych. Złoto odznacza się właściwością wyjątkowego rozpylania się. Jego cząsteczki są tak małe że niewidoczne osiadają w laboratoriach i pracowniach złotniczych na ścianach, podłogach i odzieży pracowników.
Złoto jest typowym przykładem metali szlachetnych, tzn. tworzy niewiele i nietrwałych związków chemicznych z innymi pierwiastkami oraz jest odporne na działania czynników korozyjnych, tj. nie zmienia się pod wpływem powietrza, wody i wahań temperatury. Jest ono również odporne na działanie kwasów z wyjątkiem wody królewskiej (mieszanina kwasów solnego i azotowego), wody chlorowej i roztworu cyjanku potasu w obecności powietrza.
Do wyrobu przedmiotów zdobniczych nie używa się złota czystego, gdyż jest ono za miękkie, lecz w stopach z miedzią i srebrem. W monetach złotych zawartość złota wynosi najczęściej 90%, a pozostałe 10% stanowi miedź. Znaczne ilości czystego złota zużywa się dla celów galwanicznego złocenia i platerowania wyrobów sporządzonych z metali nieszlachetnych. Dla pozłacania szkła i porcelany używa się sproszkowanego złota, odpowiednio spreparowanego, które nakłada się na przedmioty i wypala. Do malowania szkła używa się sporządzonej ze złota purpury złotej. Pewne ilości złota przerabia się na złoto malarskie, tzw. listkowe, używane dla celów malarskich i introligatorskich. W pracowniach chemicznych ze złota sporządzane są parownice i tygielki.
Znaczne ilości złota przerabiane są na związki chemiczne, mające zastosowanie w medycynie oraz dla celów galwanicznych i fotograficznych.

SREBRO

Symbol chemiczny AG. Ciężar atomowy 107.88. Ciężar właściwy 10,53. Temperatura topnienia 960,5°C. Temperatura wrzenia 1050 °C. Srebro posiada równie dawną historię jak złoto. Już w biblii znajdują się wzmianki o wielkich ilościach srebra, będącego w posiadaniu Abrahama (ok. 2400 przed n. e.)
W przyrodzie bardzo rzadko spotyka się srebro w stanie rodzimym. Napotkano jednak wielkie bryły srebra metalicznego; np. w kopalni Konsberg w Norwegii, znaleziono bryłę srebra wagi 380 kg. Najczęściej srebro występuje w związkach z innymi pierwiastkami, jak siarka, arsen, antymon tworząc minerały: argentyt, pirargiryt, prustyt i inne. Oprócz tego srebro w ilości 0,01 – 0,03%, a nawet niekiedy do 0,10% stale towarzyszy rudom ołowiu i miedzi.
W starożytności Egipcjanie posiadali kopalnie srebra w Nubii i Etiopii, a Grecy w Attyce. Rzymianie wydobywali srebro w Hiszpanii. Po odkryciu Ameryki, z początkiem XVI w. konkwistadorzy hiszpańscy zrabowali tam olbrzymie ilości srebra i przywieźli do Europy. W połowie XIX w. odkryto niezwykle bogate złoża srebra w Ameryce. Do obrotu handlowego dostały się wtedy tak wielkie ilości tego metalu, że spowodowało to zaprzestanie używania srebra jako podkładu kruszcowego dla pieniądza przez wszystkie prawie państwa na świecie. Następstwem tego była katastrofalna obniżka ceny srebra.
Stosunek wartości złota do srebra ulegał od najdawniejszych czasów poważnym wahaniom. Z papyrusu z Bulak dowiedzieć się można np., że stosunek wartości złota do srebra wynosił 1 : 1,67, zaś papyrus z Karnak, Z czasów XVIII dynastii, informuje o ogromnym spadku ceny srebra, gdyż stosunek ten wynosił 1 : 13. Na ogół w starożytności stosunek ten wahał się między 1 : 12—15. Stosunek złota do srebra wynoszący 1 : 15,5 w pierwszej połowie XIX w. w okresie międzywojennym spadł do 1 : 75, czyli że za 1 g złota można było nabyć 75g srebra. Ostatnie lata przyniosły znaczne zainteresowanie srebrem dla celów przemysłowych, co wpłynęło na to, że stosunek złota do srebra na rynkach światowych, znacznie poprawił się na korzyść srebra i wynosi średnio 1 : 45. W Polsce na rynku wewnętrznym stosunek ten ukształtował się na razie bardzo niekorzystnie dla srebra
i wynosi obecnie 1 : 60.
Srebro w Polsce znajduje się w niewielkich ilościach w okolicy Olkusza, gdzie w dawnych wiekach było wydobywane metodą stosowaną w górnictwie; poza tym występuje ono w Miedziance k. Kielc oraz na Górnym Śląsku, jako domieszka w rudach cynku i ołowiu, skąd zostaje wydobywane jako produkt uboczny. Z tego źródła w 1935 r. wydobyto 1000 kg srebra.

Z krajów europejskich największym producentem srebra jest Hiszpania, gdzie w 1947 r. wydobyto ok. 18 tys. kg tego metalu.
Największym eksporterem srebra w okresie międzywojennym a również i obecnie są Chiny. W latach od 1934 do 1939 Chiny corocznie eksportowały więcej srebra niż wynosiła roczna produkcja światowa. W Chinach także w Indiach i w Indochinach ludność rozmiłowana jest w srebrze igromadząc ten biały metal od wielu wieków posiada go w nieprzebranych po prostu ilościach. Największych ilości srebra, bo prawie jedną trzecią część światowej produkcji (400 tys. t) dostarczył Meksyk.

WŁASNOŚCI SREBRA

Srebro jest metalem białym o pięknym metalicznym połysku i niezwykłej łatwości polerowania. Krystalizuje w układzie regularnym. Kryształy układają się w postaci włosów. Jest metalem bardzo miękkim ( nieco twardszym od złota), o twardości według skali Mohsa 2,5 – 3, do wyrobu przedmiotów używa się go w stopie z miedzią. Srebro odznacza się dużą ciągliwością i klepalnością. W stanie stopionym srebro pochłania z powietrza tlen; zastygając oddaje ten gaz z powrotem, wydając charakterystyczny głos, zwany ”praskaniem” lub „trzaskaniem”. Srebro jest najlepszym przewodnikiem ciepła i elektryczności. Rozpuszcza się łatwo w rozcieńczonym kwasie azotowym i stężonym kwasie siarkowym. Powierzchnia srebra na powietrzu zmienia się bardzo nieznacznie; pod wpływem związków siarki szybko brunatnieje lub czernieje, co spowodowane jest tworzeniem się siarczku srebrowego. Ze związków srebra największe znaczenie posiadają:
– azotan srebra, zwany lapisem lub kamieniem piekielnym, który służy między innymi do posrebrzania luster, termosów i jako tzw. wieczny atrament. Na azotan srebra przerabia się obecnie około 30% rocznej produkcji srebra;
– bromek srebra, którego wrażliwość na działanie promieni świetlnych wyzyskano w fotografii, do sporządzania klisz, filmów i papierów;
-cyjanek srebra używany do posrebrzania galwanicznego. Srebro posiada szczególną właściwość sterylizacyjną, która powoduje, że w zetknięciu z nim giną drobnoustroje. Właściwość ta była juz znana w starożytności Persom. W ostatnich latach przez sztuczne zwiększenie aktywnej powierzchni srebra znacznie wzmożono właściwość sterylizacyjną srebra. Nawet niewielka ilość tak spreparowanego srebra, zwanego w Niemczech „Katadynsilber”, działa całkowicie sterylizująco na wodę. Po raz pierwszy srebro do oczyszczania wody zastosował na większą skalę zarząd wodociągów znanego miasta uniwersyteckiego w Niemczech — Heidelberga. W czasie ostatniej wojny jednostki wojskowe niemieckie wyposażone były w filtry ze srebra katadynowanego dla sterylizacji wody. Stopy srebra z palladem lub platyną znalazły ogromne zastosowanie w dentystyce. Luty srebrne, a więc stopy z miedzią, cynkiem lub kadmem stosowane są do wszystkich prawie prac w złotnictwie. Dodatek srebra do ołowiu akumulatorowego znacznie przedłuża żywotność akumulatorów. Dodanie srebra do anody ołowianej przy elektrolizie cynku uodparnia ją na niszczące działanie jonów chloru. W czasie ostatniej wojny brak cyny spowodował, że metal ten częściowo zastępowano srebrem, zwłaszcza w przemyśle konserwowo – spożywczym.

PLATYNA

Symbol chemiczny Pt. Ciężar atomowy 195,23. Ciężar właściwy 21,45. Temperatura topnienia
1773,5 °C. Temperatura wrzenia 4127 °C. W przeciwieństwie do znanych ludzkości od zarania dziejów – złota i srebra platyna odkryta została niedawno, bo w roku 1735. Odkrył ją Antoni Ulloa w Kolumbii. Jak odkrywcy nie doceniali znaczenia nowego metalu świadczy sama nazwa pochodząca od hiszpańskiego słowa „plata” — srebro i pogardliwie zdrobniona na „platina” – sreberko. Dla uniknięcia zafałszowania złota platyną wydano nawet w latach 1735 – 1778 surowo przestrzeganą ustawę, w myśl której cała ilość wydobywanej obok złota platyny musiała być komisyjnie zatapiana w morzu. Największe złoża platyny znajdują się w górach Uralu, gdzie platynę odkryto w 1819 r. Prócz złóż uralskich platyna występuje w Kolumbii, Brazylii, St. Domingo, Borneo i w Kalifornii. W 1924 r. wielkie złoża platyny odkryto w Afryce Południowej, a w 1930 r. w Australii. Ogromne znaczenie mają również złoża kanadyjskie w Sudbury (Ontario), w którym spotykamy platynę w połączeniu z arsenem w postaci minerału sperylitu. Największe na świecie zasoby platyny posiada Związek Radziecki. Do 1914 r. Rosja posiadała monopol dostawy platyny na rynki światowe dostarczając jej w ilości 95 % całej produkcji światowej. Według statystyki oficjalnej od chwili odkrycia złóż uralskich do 1922 r. wydobyto w Rosji 246 tys. kg platyny. W czasie pierwszej wojny światowej i w początkach rewolucji wydobywanie platyny znacznie zmalało. Jednak już od 1926 r. Związek Radziecki, po zreorganizowaniu produkcji i unowocześnieniu kopalnictwa platyny, ponownie zajął pierwsze miejsce w produkcji.
Platyna występuje w złożach pierwotnych lub wtórnych. Wydobywa się ją przeważnie przez przepłukanie zmielonej skały na sitach w bieżącej wodzie. Rtęć używa się tylko dla zamalgamowania cząstek złota i odciągnięcia ich od platyny; platyna nie amalgamuje się. Surowa platyna zawiera 70 – 85% metali z grupy platyny,5 -10% metali z grupy platyny, 1 – 2 % złota oraz niewielkie ilości miedzi i żelaza.

WŁASNOŚCI PLATYNY

Platyna jest metalem barwy białej z odcieniem niebieskawym, o twardości 4 – 5 według skali Mohsa. Krystalizuje się w układzie regularnym. Stopić ją można tylko w płomieniu wodoro – tlenowym lub gazowo – tlenowym nowym. W rafineriach topi się platynę wyłącznie w piecach elektrycznych, w tyglach z wypalonego wapienia. Jako środka rozpuszczającego platynę używa się wody królewskiej na gorąco. W kwasach się nie rozpuszcza. Platyna zanieczyszczona nawet bardzo małymi ilościami ołowiu, cynku, arsenu lub krzemu staje się krucha i łamliwa, dlatego nawet mechaniczna obróbka platyny wymaga ostrożności. W temperaturze białego żaru platynę można spawać podobnie jak żelazo. Na powietrzu platyna nie zmienia się i zachowuje swój połysk nawet po wyżarzeniu. Platyna znalazła ogromne zastosowanie przede wszystkim w przemyśle chemicznym, gdzie używana jest przy syntezie amoniaku jako katalizator oraz do wyrobu naczyń laboratoryjnych Stopy platyny stosowane są do sporządzania dysz w przemyśle włókien sztucznych, do sporządzania termoelementów, elektrod, styków itd. Obok platyny w stopach tych spotyka się iryd i rod. W dalszym ciągu platynę stosuje się do sporządzania części niemagnetycznych w przemyśle zegarmistrzowskim, do sporządzania końcówek piorunochronów, igieł iniekcyjnych oraz końcówek przyrządów chirurgicznych. Duże ilości platyny zużywa się w dentystyce.
Od początku bieżącego stulecia znaczny procent światowej produkcji platyny zużywa również złotnictwo; do wyrobu przedmiotów jubilerskich używa się stopu złożonego z 950/1000 części platyny i 50/1000 części miedzi. Do obsadzania brylantów używa się stopu platyny ze srebrem o zawartości 15 – 30% platyny. Fałszerze obniżają wartość platyny przez dodatek palladu. W latach 1828 – 11130 oraz około 1843 r. wybijane były w Rosji monety z czystej platyny. Pojedynczy dukat platynowy ważył 10.353g. Monety te jednak nie znalazły uznania wśród społeczeństwa i zostały wycofane z obiegu w 1845 r.
Cena platyny podlegała bardzo wielkim wahaniom. W pierwszych latach po pierwszej wojnie światowej cena platyny była kilkakrotnie wyższa od złota. Przed drugą wojną cena platyny tylko nieznacznie przewyższała cenę czystego złota. Obecnie (2009 r.) cena platyny w Polsce jest o 1:4 wyższa od ceny czystego złota.
Na rynkach handlowych wyróżnia się trzy rodzaje platyny:
– platynę techniczną o zawartości platyny łącznie z platynowcami, zwłaszcza z irydem 99,5 – 99,8 %
– platynę chemicznie czystą o zawartości 99.9 % platyny;
– platynę fizycznie czystą o zawartości 99,99 % platyny.