Драгоценные металлы. Методы и технические средства оперативной диагностики драгоценных металлов

Драгоценные материалы - это металлы и камни, обладающие уникальными физико-химическими и декоративно-эстетическими свойствами, определяющими их высокую стоимость.

В Российской Федерации номенклатура драгоценных материалов (металлов и камней), классификационные признаки и критерии классификации устанавливаются и изменяются только в законодательном порядке. Никакие подзаконные акты и ведомственные нормативные документы не имеют нормативно-правового значения, за исключением международных регламентов (например ТН ВЭД).

Согласно Федеральному закону от 1 марта 1998 г. № 41-ФЗ «О драгоценных металлах и драгоценных камнях» к драгоценным металлам относят:

- золото;

- серебро;

- платину;

- металлы платиновой группы: палладий, иридий, родий, рутений и осмий.

Драгоценные металлы могут находиться, в самородном аффинированном виде, а также в любом состоянии: сырье, сплавы, полуфабрикаты, промышленные продукты, химические соединения, ювелирные и иные изделия, монеты, лом и отходы производства и потребления. Драгоценные металлы представлены в 10 группах ТН ВЭД (26, 28, 30, 71, 90, 91, 96 и др.).

Для изготовления ювелирных изделий используют обычно не чистые металлы, а сплавы, добавляя в первые в определенных соотношениях другие металлы. Эти металлы называются легирующими или лигатурой. Легирующими могут быть и драгоценные и недрагоценные металлы, но полученные сплавы называются драгоценными.

В ювелирном деле обычно используются три вида сплавов: сплавы золота, сплавы серебра, сплавы платины.

Сплавы золота формируются с добавками следующих легирующих компонентов: серебра, меди, палладия, никеля, платины, кадмия и цинка. Участие каждого компонента в золотом сплаве определяется в зависимости от свойств, которыми должен обладать сплав.

Серебро повышает мягкость, ковкость сплава золота, понижает температуру плавления и изменяет цвет золота. По мере добавления серебра цвет золота зеленеет и становится желто-зеленый. Если содержание серебра в сплаве золота более 30%, то цвет его становится желто-белым и бледнеет. При содержании серебра более 65% желтый цвет полностью исчезает.

Медь повышает твердость, ковкость сплава золота, сохраняя ковкость и тягучесть. Сплав приобретает красноватый цвет. Если содержание меди в сплаве золота более 14,6%, то цвет его становится ярко-красного цвета, медь понижает антикоррозионные свойства золота, при большом его содержании поверхность сплава темнеет.

Палладий повышает температуру плавления сплава, сохраняет пластичность и ковкость, изменяет его цвет — при содержании палладия в сплаве до 10% до белого.

Никель изменяет цвет сплава золота в бледно-желтый, сохраняет ковкость металла, придает ему твердость и повышает литейные свойства. При добавлении никеля сплав золота приобретает магнитные свойства, что не всегда является необходимым.

Платина придает золоту белый цвет, желтизна теряется при содержании платины в сплаве 8,4% до белого. Она также повышает температуру плавления сплава. При содержании платины в сплаве до 20% увеличивается упругость сплава.

Кадмий понижает температуру плавления сплава, но сохраняет пластичность и ковкость.

Цинк придает сплаву хрупкость уже при 0,3% содержания его в сплаве. Наличие его осветляет сплав, повышает тягучесть, припой с содержанием цинка имеет зеленоватый оттенок. Цинк еще резче, чем кадмий, понижает температуру плавления. 

Сплавы серебра, используемые для изготовления ювелирных украшений, имеют в своем составе всего один легирующий материал — медь. Она повышает твердость сплавов, сохраняя достаточную пластичность, ковкость, тягучесть. Все серебрянные сплавы одинаковы по цвету и отличаются друг от друга процентным содержанием серебра.  
Согласно ГОСТам для изготовления ювелирных изделий в четырех сплавах серебра должно присутствовать 91,6%; 87,5%; 80%; 50%. Однако в практике обычно используют сплавы серебра 916-й и 875-й пробы. 

Сплавы платины, используемые в ювелирном деле, составляются в двух вариантах, причем содержание платины и в том и в другом — 95%. Легирующие компоненты платиновых сплавов медь и иридий. Оба сплава двухкомпонентные.  
Цвет обоих сплавов остается характерным для платины. При содержании в платиново-медном сплаве 5% меди понижается температура плавления, сохраняется мягкость, тягучесть, пластичность сплава. При содержании в платиново-медном сплаве 5% иридия повышается температура плавления, кислотостойкость и твердость сплава, что делает изделия из него износостойкими.

Цветные металлы

Медь и ее сплавы

Медь широко применяется в ювелирном производстве для легирования сплавов благородных металлов, а также для производства сплавов — латуни, бронзы, мельхиора, нейзильбера.

Медь Cu — металл красновато-розового цвета, плотностью 8,94, температура плавления 1083°С, обладает высокой тепло- и электопроводностью, пластичностью и тягучестью. Твердость по Моосу — 2,5-3. Медь хорошо полируется, но плохо подвергается обработке режущим инструментом из-за своей мягкости. Во влажной среде покрывается зеленоватым налетом закиси меди, в сухой атмосфере — тончайшей пленкой оксида меди. Образуя защитный слой, медь предохраняется от дальнейшего разрушения. Она легко растворяется в азотной кислоте и в концентрированной серной кислоте при нагревании. В соляной кислоте растворяется только в присутствии кислорода.

Латуни — медно-цинковые сплавы, содержащие до 45% цинка. Латуни значительно дешевле меди: чем больше в них цинка, тем они дешевле. Механические свойства латуней: легко поддаются пластической деформации, хорошо обрабатываются режущим инструментом и полируются, при воздействии воздуха быстро теряют блеск, темнеют, легко растворяются в кислотах. Плотность сплавов составляет8,2-8,6. Температура плавления 900-1045°С; твердость по Моосу 3-4.

Сплавы латуни — основной материал на котором происходит обучение ювелиров, так как механические свойства латуней (марки Л62, Л68), содержащих от 30 до 40% цинка, по свойствам сходны со свойствами золотого сплава 583-й пробы. Высокомедистые латуни, содержащие до 20% цинка, томпаки, также близки по цвету золотым сплавам, потому их используют в художественной промышленности для изготовления сувениров, значков, бижутерии.

Бронзы — медно-оловянистые сплавы, содержащие от 3 до 12% олова. В сплав могут входить цинк, свинец, фосфор, никель. Кроме оловянистых бывают и другие виды бронзы — алюминиевые, кремнистые, бериллиевые, кадмиевые.

Технические характеристики бронзы: плотность 7,5-8,8; температура плавления 1010-1140°С; твердость по Моосу 4-4,5.

Оловянистые бронзы отличаются хорошими литейными свойствами, потому широко используются в художественном творчестве для литья значков и сувениров. Обычно применяют бериллиевую бронзу, устойчивую к коррозиям. Она отличается высокой твердостью и упругостью.

Мельхиор — медно-никелевый сплав с содержанием никеля от 18 до 20%, серебристого цвета, отличается устойчивостью к коррозиям. Технические характеристики мельхиора: плотность 8,9; температура плавления 1170°С; твердость по Моосу 3. Пластичен, легко обрабатывается, штампуется, режется, чеканится, паяется, полируется. Изделия из мельхиора достаточно прочны, имитируют серебро, потому этот сплав широко применяют для изготовления посуды и недорогих ювелирных изделий без камней и с полудрагоценными камнями.

Нейзильбер — сплав из трех компонентов на основе меди. Кроме нее в его состав входят 13,5-16,5% никеля и 18-22% цинка. Нейзильбер как и мельхиор имитирует серебро, но этот сплав намного дешевле, потому его широко применяют для изготовления филигранных изделий, столовых приборов и ювелирных украшений.

Другие цветные металлы

Цинк Zn — белый металл с синеватым оттенком, очень хрупкий, но при нагревании до 100-150°С становится пластичным, вытягивается в проволоку, прокатывается в листы. Технические характеристики: плотность 7,13-7,14; температура плавления 419,4°С; твердость по Моосу 4. На воздухе окисляется, но тонкий слой появившейся окиси предохраняет от дальнейшего окисления. Стойкий к воздействию воды, но легко расворяется в соляной, азотной, серной кислотах.  
Цинк входит в состав многих сплавов, он незаменим при изготовлении сплавов с невысокой температурой плавления на основе цветных металлов, используемых при пайке, так называемых припоев. Цинк входит в состав «белого золота», применяемого при производстве ювелирных изделий.

Олово Sn — металл серебристо-белого цвета, пластичный, мягкий, устойчив к коррозиям. Технические характеристики: плотность 7,29; температура плавления 231,9°С; твердость по Моосу 2-3. Растворяется под воздействием концентрированных соляной и азотных кислот. Этот металл подвержен сильному воздействию щелочи, серы, хлора, брома, фтора и йода. Олово меняет цвет под воздействием понижения температуры, например, ниже 18°С белое олово становится серым. Это явление получило название «оловянной чумы».  
Так как в драгоценных металлах олово считается вредной примесью, то его использование в ювелирном деле ограничено. Олово используют как основной компонент при приготовлении мягких низкотемпературных припоев и бронзы.

Свинец Pb — синевато-серый металл с сильным блеском на свежем срезе. Технические характеристики: плотность 11,37; температура плавления 327°С; твердость по Моосу 1,5. Ковкий, мягкий и вязкий, легко режется ножом, прокатывается, протягивается и отливается. Во влажной среде тускнеет, на сухом воздухе сохраняет цвет. Вода образует на поверхности свинца плотную корку, которая защищает его от разрушения. Свинец очень стоек к действию серной и соляной кислот, но легко растворяется в азотной, Свинец растворяется в уксусной, лимонной, и винной кислотах. Реагирует с щелочами. Ядовит в растворимых соединениях.  
В ювелирном деле свинец используется в небольших количествах как добавка в некоторых цветных сплавах, как составная часть легкоплавких припоев, а также применяется как вспомогательный материал в качестве свинцовых, свинцово-оловянных матриц — подушек. При этом недопустимо попадание свинца в опилки драгоценных металлов, так как он способен испортить слиток, сплавленный из этих опилок, при изготовлении украшений. Свиней используют для изготовления черни, эмалей, в лабораториях крупных ювелирных заводов — для установления проб драгоценных металлов.

Алюминий Al — легкий металл серебристо-голубовато-белого цвета, ковкий, пластичный, тягучий. Плотность 2,7; температура плавления 658°С, твердость по Моосу 2,5. На воздухе он покрывается тонкой пленкой оксида, которая защищает его от разрушения. В воде алюминий разрушается. Не подвержен воздействию расплавленных щелочей, но воднын растворы щелочей его растворяют.  
Алюминий быстро растворяется в соляной кислоте, а также несколько хуже в серной. На него не действует азотная кислота. Ртуть при взаимодействии растворяет оксидную пленку алюминия и разрушает его. Алюминий легко штампуется, вытягивается, полируется. Он восприимчив к декоративным покрытиям, потому этот металл используют для изготовления значков, эмблем, других предметов ювелирной галантереи.

Никель Ni — металл желтовато-белого цвета, твердый, прочный, пластичный, коррозиестойкий, хорошо обрабатывается. Плотность 8,9; температура плавления 1455°С, твердость по Моосу 5-5,5. Никель относится к числу химически стойких металлов, на воздухе он не окисляется, растворы щелочей на него практически не воздействуют. В соляной и серной кислотах он растворяется только в горячем состоянии. На никель сильно воздействует азотная кислота.  
Никель содержится в большинстве сплавов черных и цветных металлов, употребляется как защитное, антикоррозионное и декоративное покрытие. При изготовлении ювелирных изделий никель вводят в состав белого золота для повышения его твердости и текучести.

Кадмий Cd — металл белого цвета, ковкий, вязкий, мягче цинка. Плотность 8,64; температура плавления 321°С; твердость по Моосу 3-3,5.В сухом воздухе он не окисляется, при увлажнении покрывается пленкой коричневого цвета, предохраняющий его от разрушения. Кадмий легко растворяется в азотной кислоте, а также несколько хуже в соляной и серной. При накаливании кадмий сгорает, выделяя бурый оксид. Пары и соли кадмия ядовиты. Кадмий применяется в зубопротезной, химической промышленности. В ювелирном деле кадмий входит в состав многих ювелирных припоев, требующих относительно невысокой температуры плавления.

Ртуть Hg — при обычной температуре жидкий металл зеркально-белого цвета, при температуре ниже точки плавления мягкий, с высокой отражательной способностью. Плотность 13,56; температура плавления минус 38,87°С. На воздухе ртуть довольно стойка. Легко растворяется в азотной кислоте. Щелочи, разбавленные соляная и серные кислоты на ртуть не действуют. Легко взаимодействует со многими металлами: золотом, оловом, цинком, алюминием и др. — и образует сплавы, называемые амальгамами. Особенно легко соединяется, амальгамирует, ртуть с золотом, поэтому ртуть используют при отделении самородного золота от примесей, а также при золочении ртутным способом.  

Основные физические характеристики драгоценных металлов