Иридий: от открытия до применения в электронике и медицине

Сегодня речь пойдет об иридии — редком и ценном элементе, относящемся к платиновым металлам, но при этом уступающем по распространенности своим более известным аналогам.

Иридий — один из самых устойчивых к коррозии металлов, известных на сегодняшний день. Его плотность также занимает лидирующую позицию среди всех элементов таблицы Менделеева — он почти вдвое плотнее свинца и сопоставим по плотности с осмием. К числу его выдающихся физических свойств относятся исключительная твёрдость (в шесть раз превышающая твёрдость платины), высокая температура плавления (2465 °C) и одновременно хрупкость, которая затрудняет механическую обработку. Наряду с этим, иридий демонстрирует хорошие показатели теплопроводности и электропроводности.

История открытия

В начале XIX века химики из разных стран обратили внимание на природную платину, предполагая наличие в её составе ранее неизвестных элементов. Английский учёный Уильям Волластон, исследуя растворимую в царской водке часть сырой платины, выделил палладий (1803 год). Параллельно с ним французские исследователи, среди которых были Антуан де Фуркруа и Луи Воклен, сосредоточили усилия на нерастворимой фракции, подвергнув её плавлению с едким калием. В результате удалось получить соединения новых металлов, частично растворимые в воде, однако их точную идентификацию осуществить не удалось.

В 1804 году английский химик Смитсон Теннант продолжил исследования и выделил два новых элемента — осмий и иридий. Название «иридий» происходит от греческого слова, означающего «радуга», что связано с многообразием цветов соединений этого элемента, в частности хлоридов.

Основные области применения

В современной промышленности иридий используется преимущественно в следующих сферах:

1. Электроды для электрохимических процессов, включая производство хлора, очистку воды и выпуск медной фольги.

2. Электронная промышленность — в частности, иридий применяется при изготовлении тиглей для выращивания кристаллов, используемых в мобильной электронике, а также в органических светодиодах (OLED).

3. Катализаторы, применяемые в химической промышленности для синтеза ряда веществ, включая уксусную кислоту.

4. Электроды в свечах зажигания для высокотехнологичных двигателей, включая изделия аэрокосмической отрасли и двигатели с длительным сроком службы.

Отдельное значение имеет использование радиоактивного изотопа иридий-192. В промышленности он широко применяется в составе закрытых капсульных источников для гамма-дефектоскопов, предназначенных для неразрушающего контроля сварных швов и металлоконструкций.

В медицинской практике иридий-192 используется при проведении процедур брахитерапии — метода внутреннего облучения злокачественных опухолей. В России эксплуатируется около 100 аппаратов, использующих этот изотоп. Из-за короткого периода полураспада иридия-192 замена источников необходима каждые 3–4 месяца. Несмотря на это, общий объём потребления изотопа в весовом выражении остаётся небольшим.

Динамика мирового потребления иридия регулярно отслеживается специализированными аналитическими организациями. Актуальные данные представлены в статистических обзорах.

Таблица 1: Структура мирового потребление иридия в 2018-2023 гг., тонн

Источник : Johnson Matthey PGM market report May 2023

Спад 2020-2021 гг. объясняется пандемией.

Добыча из недр

В среднем за последние годы мировая добыча иридия составляет около 8 тонн в год. Основной объём производства приходится на ЮАР — примерно 6,5 тонн ежегодно. Значительные, но существенно меньшие объёмы фиксируются в Зимбабве (около 700 кг), Канаде (300 кг) и России (250 кг).

Основным источником добычи иридия является Бушвелдский комплекс в Южно-Африканской Республике — крупнейшее в мире месторождение платиновых металлов магматического происхождения, обладающее высокой концентрацией редких элементов, включая иридий.

В Канаде одним из значимых источников является Садберийский бассейн, сформировавшийся в результате падения метеорита диаметром 10–15 км около 1,8 млрд лет назад. Геологическая структура этого кратера содержит многочисленные полезные ископаемые, в том числе платиновые металлы.

По состоянию на январь 2023 года, в течение последних шести месяцев цена иридия оставалась на уровне $161 за грамм.

По состоянию на май 2025 года цена иридия составляет около $150,80 за грамм, что соответствует примерно $4 692 за тройскую унцию.

С начала 2025 года цена снизилась на 3,51%, а по сравнению с началом 2024 года — на 18,86%.

В 2024 году стоимость иридия колебалась в диапазоне от $4 000 до $6 500 за тройскую унцию.

Это снижение связано с уменьшением спроса в некоторых отраслях, таких как производство свечей зажигания и бытовой электроники, однако рост потребления в электрохимических приложениях, особенно в производстве зелёного водорода, частично компенсировал этот спад.

Наиболее распространённая форма поставки иридия в промышленности — порошкообразная. Такая форма упрощает его транспортировку, хранение и использование в различных технологических процессах.

Иридий в России

В Российской Федерации добыча иридия осуществляется ПАО «ГМК «Норильский никель» в составе комплексной добычи цветных и благородных металлов. Обогащение и аффинаж иридия производит АО «Красноярский завод цветных металлов им. В. Н. Гулидова».

Ключевые сферы применения иридия в России включают:

• изготовление свечей зажигания для двигателей внутреннего сгорания;

• производство компонентов в электронной промышленности;

• использование в электротехническом оборудовании;

• катализаторы и материалы в химической промышленности.

Патентный аспект

По данным платформы Google Patents, зарегистрировано более 100 000 патентных документов, содержащих упоминание иридия. Права на изобретения распределены между множеством компаний, без ярко выраженного доминирования одного владельца. Среди наиболее активных патентообладателей можно выделить следующие организации:

1. Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. ( 株式会社半導体エネルギー研究所 ) — 16,3%;

2. Universal Display Corporation — 2,1%;

3. Merck Patent GmbH — 2%;

4. Canon Kabushiki Kaisha — 1,2%;

5. Mitsubishi Chemical Corporation — 0,9%;

6. The Boeing Company — 0,8%;

7. The University of Southern California — 0,8%;

8. Sumitomo Chemical Co., Ltd. ( 住友化学株式会社 ) — 0,8%;

9. General Electric Company — 0,7%;

10. Samsung Electronics ( 삼성전자주식회사 ) — 0,7%.

Как видно из перечня, наибольшую активность проявляет японская компания Semiconductor Energy Laboratory, которая существенно опережает прочих участников по количеству патентов, связанных с иридием. Согласно патентной статистике, на её основателя — Ямадзаки Сюмпэя — приходится около 1,4% всех зарегистрированных патентов, упоминающих данный металл.

Среди ведущих авторов изобретений преобладают сотрудники компании Semiconductor Energy Laboratory, а также специалисты из Merck, участвующие в разработках, связанных с применением иридиевых соединений в органической электронике и фотонике.

В рамках международной патентной классификации можно выделить несколько наиболее часто встречающихся категорий, связанных с применением иридия:

1. H10K — 45,9% патентов связаны с использованием металлоорганических соединений иридия в твердотельных электронных устройствах, в том числе в органической электронике и оптоэлектронике.

2. C09K — 35,1% заявок касаются разработки специализированных материалов, включая люминесцентные и термостойкие составы, содержащие иридий.

3. C07F — 23,9% патентов охватывают органические соединения иридия, в том числе в контексте синтеза координационных комплексов и химии переходных металлов.

4. H05B — 18,1% документов связаны с использованием иридия в системах электрического нагрева, включая нагревательные элементы и светодиодные технологии.

5. Y10S — 12,6% патентов относятся к специализированным техническим устройствам, в которых иридий играет ключевую роль как функциональный элемент или катализатор.

Наибольшее количество патентных заявок относится к категории H10K , охватывающей органические материалы на основе иридия, используемые в твердотельной микроэлектронике. В 2023 году было выявлено 64 патента, относящихся к данной области.

В числе зарегистрированных разработок — девять китайских патентов, ориентированных на органические электролюминесцентные устройства (OLED). Примеры таких документов включают CN116554159A , CN116554218A и другие. Среди упомянутых материалов — комплексы трёхвалентного иридия, применяемые в составе синих светоизлучающих слоёв.

Заключение

Иридий представляет собой не только элемент, фигурирующий в названии глобальной спутниковой системы связи Iridium Communications Inc., но и важный функциональный компонент в ряде высокотехнологичных и промышленных применений. В частности, иридий используется как эффективный катализатор в химических реакциях, а также как материал в специализированных электронных устройствах и сенсорах.

Применение иридия в автомобильной промышленности проявляется, в том числе, через производство иридиевых свечей зажигания, отличающихся повышенной износостойкостью и стабильной работой при высоких температурах. Актуальность таких компонентов возрастает на фоне повышения стандартов качества моторных топлив.

Кроме того, перспективным направлением остаётся использование радиоактивного изотопа иридий-192 в составе промышленных источников излучения. Подобные технологии востребованы в неразрушающем контроле газо- и нефтепроводов, особенно в рамках инфраструктурных проектов, реализуемых при участии российских компаний в странах Азии и Африки.

Согласно отчёту британской исследовательской компании Johnson Matthey, иридий также обладает высоким потенциалом в области водородной энергетики. В частности, он применяется в системах электролиза воды с использованием мембранного процесса (Proton Exchange Membrane, PEM), где иридий служит анодным катализатором, а платина — катодным. Такие материалы обеспечивают высокую каталитическую активность и устойчивость в агрессивной химической среде, характерной для водородных электролизеров, что делает их ключевыми элементами при разработке водородной инфраструктуры нового поколения.