6.2. Методы диагностирования драгоценных металлов и сплавов

Свойства драгоценных металлов

Золото - металл красивого желтого цвета; тонколистовое (сусальное) золото имеет зеленоватый оттенок. Золото с трудом образует химические соединения, оно химически устойчиво на возду­хе, в воде и кислотах, за исключением царской водки (в последней зо­лото растворяется с образованием золотохлористоводородной кисло­ты). Оно взаимодействует также и со свободными ионами хлора, циа­нидом калия и натрия, бромом и некоторыми другими химикатами, не находящими применения в ювелирной промышленности.

Плотность золота 19,32 г/см , температура плавления 1063°С, твердость по шкале¹ Мооса 2,5. Золото имеет высокую отражательную способность и хорошо полируется; оно обладает высокой пластичностью и прокатывается в листы толщиной до 0,0001 мм. Тепло- и электропроводность золота ниже, чем у меди. Из-за невысокой твердости и прочности золото используется в ювелирном деле в виде сплавов с другими металлами и в очень редких случаях — в чистом виде.

Серебро — металл белого цвета, практически не взаимодействует с кислородом воздуха при комнатной температуре, однако из-за на­личия в воздухе сероводорода со временем покрывается темным на­летом сульфида серебра. Серебро устойчиво в воде, не растворяется в азотной и горячей концентрированной серной кислотах. С царской водкой оно образует нерастворимый хлорид серебра. Как и золото, оно взаимодействует с щелочными растворами цианидов. Плотность се­ребра 20,20 г/см, температура плавления 960°С, твердость по шкале Мооса 2,7. Серебро хорошо полируется, имеет высокую отражатель­ную способность, обладает хорошей ковкостью и самой высокой по сравнению со всеми металлами тепло- и электропроводностью. Чтобы повысить твердость и прочность серебра, его используют в сплавах с другими металлами.

Платина — металл, имеющий бело-серую окраску, аналогичную окраске стали. Платина практически нерастворима в воде, в кислотах, за исключением горячей царской водки, при взаимодействии с которой образуется платинохлористоводородная кислота. Плотность платины 21,45 г/см³, температура плавления 1773,5°С, твердость по шкале Мооса 4,3. Пластична, хорошо полируется, обладает высокой отражатель­ной способностью, имеет низкую тепло- и электропроводность, малую удельную теплоемкость.

Палладий — металл серебристо-белого цвета, пластичный и ковкий, легко прокатывается в фольгу и протягивается в тонкую проволо­ку. Плотность палладия 12,2 г/см , температура плавления 1552°С, твер­дость по шкале Мооса 4,8. На воздухе при нормальной температуре палладий не окисляется, устойчив во влажной среде. При нагревании до температуры 860°С окисляется, причем при увеличении температу­ры оксид разлагается и металл снова светлеет. По своим свойствам палладий уступает всем металлам платиновой группы. Он растворим в азотной и горячей серной кислотах, а также в царской водке.

Родий— голубовато-белый металл, напоминающий алюминий, твердый и хрупкий. Имеет высокую отражательную способность. При нагревании приобретает пластичность. Плотность родия 12,41 г/см³, температура плавления 1960°С, твердость по шкале Мооса 6. Родий — химически стойкий металл. В нормальных условиях на воздухе и в воде не окисляется. При нагревании покрывается черной оксидной пленкой, которая исчезает при температуре свыше 1200°С. Устойчив к действию кислот (кроме концентрированной серной кислоты), царской водки, серы, хлора, фтора. Применяется в ювелирном деле как деко­ративное защитное покрытие ювелирных изделий.

В табл. 6.1 представлены диагностические признаки драгоценных металлов.

Количественный состав металлов в сплавах с золотом отражается на его цвете (табл. 6.2).

Методы диагностирования

Существует достаточно много различных методов оценки качества сплавов драгоценных металлов.

В XVII веке в России наиболее популярными были методы оценки по изменению цвета при накаливании или с помощью специального пробирного камня, который делался из плотного не поддающегося действию кислот черного сланца. Последний до сих пор используется при экспертизе в лабораторных условиях.

Поверхность пробирного камня слегка смазывают миндальным, ореховым или другим растительным маслом, а затем протирают насухо. После этого сплавом, проба которого должна быть определена, и пробирной иглой (эталоном с известным содержанием золота) на поверх­ности камня натирают полоски одинаковой (по силе нажатия) плотнос­ти. Эти полоски смачивают (поперек) соответствующим реактивом. Спу­стя 20-30 с реактив осторожно просушивают, убирая излишки фильтро­вальной бумагой и сравнивают его действие на полосках, оставленных испытуемым сплавом и пробирной иглой. Хотя этот метод предполагает визуальную оценку результатов исследования, он позволяет определить содержание золота с довольно высокой точностью - до 3-5 проб.

Предварительное исследование. На пробирном камне образцом из исследуемого сплава проводят черту, которую обрабатывают пробирной кислотой для сплавов золота 585-й пробы. Если исследуе­мый металл растворяется без остатков и без жёлтого окрашивания кислоты, то он может быть сплавом серебра или неблагородным металлом. Если же штриховая проба растворяется с окрашиванием кислоты в жёлтый цвет, то исследуемый металл представляет собой палладий или его сплав.

В случае окрашивания кислоты в красный цвет и отсутствия растворения исследуемого металла последний может быть сплавом бе­лого золота ниже 500-й пробы. Если штрих испытуемого металла ра­створяется с окрашиванием кислоты в коричневый цвет, то мы имеем дело со сплавом белого золота ниже 500-й пробы с высоким содержа­нием неблагородных белых металлов и серебра.

В том случае, когда штриховая проба под воздействием пробирной кислоты не претерпевает изменений, исследуемый металл может быть платиной, сплавом платины или сплавом белого золота выше 500-й пробы.

Предварительный анализ сплавов серебра проводят с помощью качественной пробы. Для опробования достаточно поскоблить исследуемое место и капнуть на него хромпик. Если образец представляет собой сплав серебро-медь, то оба металла переходят в сульфаты. Если сплав по содержанию серебра ниже 250-й пробы, то кроваво-красный бихромат серебра практически не образуется, сплав ведет себя как неблагородный и покраснение невозможно установить.

Количественная проба золота. После того как качественной

пробой установлено, что сплав содержит золото, необходимо определить процентное содержание золота.

Испытуемым металлом проводят на камне черту, для сравнения рядом делают несколько штрихов сплавом пробирной иглы. Поперёк штрихов наносят пробирный реактив. Последующая реакция соответствует реакции качественной пробы. Содержание золота в сплаве оп­ределяют по интенсивности окраски пятна, образовавшегося под дей­ствием реактива на полосках: чем интенсивнее окраска пятна, тем меньше золота в сплаве. Более светлое пятно подтверждает более высокую пробу сплава; одинаковая окраска пятна на полосках, остав­ленных сплавом и иглой, свидетельствует о совпадении их проб.

Процесс растворения должен быть выполнен тщательно, так как только по различию скорости и интенсивности растворения сплава пробирной иглы и неизвестного сплава можно судить о содержании в нём золота.

Количественная проба серебра. В противоположность количественному опробованию золота количественная проба серебра осуществляется не химическим, а оптическим методом. Она основывается на свойстве сплава серебро — медь изменять цвет от белого и желто­ватого к красному при увеличении содержащегося в нем количества меди. Испытуемым сплавом делают штрих на пробирном камне, а рядом наносят штрихи соответствующих сплавов пробирными иглами. Затем определяют, какой из сравнительных сплавов соответствует цвету испытуемого сплава.

Качественная проба платины, сплавов платины и белого золота. Этим исследованием устанавливают, имеет ли испытуемый сплав высокое содержание платины или речь идет только о белом золоте с высоким содержанием золота либо о кислотоустойчивом недрагоценном сплаве, если сплав не изменяется после воздействия азотной кислоты.

Исследуемый штрих на пробирном камне сначала смачивают пробирной кислотой для золота 750-й пробы. Если штрих разъедается, то можно заключить, что это сплав белого золота не выше 666-й пробы. Если растворения не происходит, то штрих обрабатывают пробирной кислотой, предназначенной для обнаружения платины. Применение этой кислоты основано на том, что платина разъедается только горя­чей царской водкой, в холодной же смеси кислот она устойчива, в то время как все виды сплавов белого золота кислота растворяет.

Таким образом, если под действием пробирной кислоты для платины штриховая проба металла растворяется, то мы имеем дело с белым золотом. Отсутствие растворения свидетельствует о том, что исследуе­мый металл является платиной или сплавом платины выше 800-й пробы.

Количественная проба платины: Приблизительный состав сплава можно определить методом, основанным на различной степени растворимости и неодинаковой скорости растворения платиновых сплавов в подогретой царской водке. Исследуемым сплавом вместе с несколькими сплавами известного состава делают штрихи на не покрытой глазурью фарфоровой пластинке. В фарфоровой чаше подогревают немного царс­кой водки приблизительно до температуры 70°С. В этот раствор погружа­ют пластинку со штрихами и сравнивают действие кислоты через 30 с. Если по своему поведению в кислоте исследуемый сплав соответствует одному из эталонных, то он имеет аналогичный состав.

В таможенных органах для целей диагностики драгоценных металлов применяются средства и методики, основанные на различных физических принципах.

В начале 90-х гг. в таможнях использовался специально разработанный набор химических реактивов «Нарет» («Капля»). Реализован­ный в нем химический метод основан на том физическом факте, что в зависимости от концентрации кислоты и пробы контролируемого ме­талла последний растворяется, изменяет окраску или не растворяет­ся. Набор предназначался для оперативной диагностики изделий из золота и серебра. Однако он не нашел широкого применения из соображений техники безопасности. Применение на рабочем месте опера­тивного работника сильнодействующих химических реактивов в усло­виях непрерывного пассажирского потока затруднено и небезопасно.

Электрохимический метод диагностики металлов основан на измерении электродного потенциала, возникающего в результате химической реакции исследуемого металла со специальным электроли­том и в последующем сравнении полученного электрического потен­циала с известными величинами. Таким способом возможно диагнос­тирование пробы золота, серебра и металлов платиновой группы. Од­нако достоверность контроля не высока. Этот метод реализован в оте­чественных приборах «Проба-М», «Карат», «Дельта-1».

Известны приборы, основанные на использовании индукционного метода. В таких приборах датчик представляет собой катушку индуктивности, магнитное поле которой меняется при приближении к металлическому предмету. Характер изменения магнитной индукции поля зависит от вида металла. К приборам, в основу функционирования кото­рых положен этот метод, относятся, в частности, металлоискатели. Со­временные металлоискатели могут различать виды металлов.

Довольно эффективным и оперативным методом диагностики драгоценных металлов и сплавов зарекомендовал себя метод рентгено-флуоресцентного анализа. При этом определение состава исследуе­мого образца основано на регистрации детектором флуоресцентного рентгеновского излучения, возбуждаемого слаборадиоактивным источ­ником. Радиоактивное излучение источника падает на анализируемый образец и возбуждает атомы веществ, из которых он состоит. Возбуж­денные атомы образуют флуоресцентное рентгеновское излучение. По частотному спектру излучения можно судить о составе исследуемого образца. На вооружении таможен сегодня находятся приборы типа «ПРИМ», реализующие такой метод.