Основные сведения о металлургии золота

Основные сведения. Чистое золото — мягкий, очень тяжелый металл. Его плотность 19,3 г/см3. Плавится золото при 1063° С, а кипит почти при 3000° С. Это значит, что оно во время плавок испаряется незначительно. Золото по электропроводности занимает третье место после серебра и меди. Его электропроводность почти такая же, как у алюминия. Чистое золото быстро изнашивается. Поэтому в изделиях оно легировано медью, серебром и другими металлами, которые придают ему твердость и большую износоустойчивость. Монетные сплавы содержат около 10% меди, ювелирные 75 и 58,3% золота (пробы 750 и 583). В капиталистическом мире в год получают около 1200 т золота.
Золото было известно древнейшему человеку, потому что встречается в самородном виде, отличается красивым цветом, сильным блеском и большой плотностью, что выделяло его среди других минералов и кусков горных пород. По-видимому, первое найденное человеком золото применялось для хозяйственных нужд Потом из золота стали делать монеты и украшения. Значение валютного металла золото сохранило до сих пор.
В природе золото встречается в самородном виде. Это, однако, не значит, что оно чистое. Анализами многих проб установлено высокое содержание в нем примесей серебра (до 10%), меди (~0,2—2%), железа (до 1%). Иногда содержание серебра и меди выше указанных пределов. В среднем отечественное самородное золото содержит около 85% золота. Размеры частиц золота колеблются. Изредка находят куски золота — самородки массой по несколько килограммов, размером с кулак Чаще всего встречаются мелкие золотники (100 мкм и меньше). Однако отдельные крупные частицы, хотя их мало, имеют высокую ценность. Из природных соединений золота известны только теллуриды.
Руды (месторождения) золота бывают россыпные, в которых золотники находятся в наносах, намытых реками (песок, гравий), в мягких залежах под торфяниками, и коренные. Здесь золотники включены в крепкую кварцевую породу, чистую или с включениями пирита. Как мы уже знаем, золото почти всегда присутствует в медных и свинцовых рудах. Ранее были описаны и способы извлечения золота и серебра из этих руд. Здесь уместно напомнить, что в печи для плавки медных и свинцовых концентратов (огарка, агломерата) можно подавать кварцевые богатые золотом флюсы. Золотосодержащие флюсы целесообразно грузить и в конверторы медеплавильных заводов.
Золото из руд извлекают двумя способами: гравитационным — в концентрат, цианированием — в раствор. Обработкой раствора (пульпы) получают черновое золото. В обоих случаях руду дробят и затем измельчают до такой крупности, чтобы золотники отделялись от вмещающей их породы, т. е. до 150—100 мкм и меньше Гравитационные способы основаны на высокой плотности золота. Для отделения крупных золотинок используют ловушки, шлюзы, отсадочные машины.
Ловушки в простейшем случае представляют собой опрокинутый конус, в центр которого сверху загружают измельченную руду, а снизу подают воду. Легкие частицы пустой породы (плотность 2,5— 3 г/см3) выносятся потоком воды, тяжелые золотники (плотность — 15—19 г/см3) и тяжелые минералы собираются внизу конуса, откуда их выпускают. Выход нижнего продукта — около 1 %. При извлечении в него 40—50% золота он богаче руды в 40—50 раз. Остальную часть золота извлекают другими способами, флотацией, если золото осталось в сростках с сульфидами, цианированием из чистого кварцита.
Шлюзы — это наклонный лоток, дно которого покрыто ворсистой тканью. Лоток имеет уклон около 12°, длину 4 м и ширину около 1 м. Пульпа при отношении т : ж = 1 : 5 подается на шлюз сверху. Скорость потока пульпы рассчитывают так, чтобы за сутки на 1 м2 шлюза приходилось около 10 т руды. Золотники осе дают из потока пульпы и задерживаются в ворсе ткани. Периодически их омывают струей воды. Шлюзы хорошо улавливают крупное золото (до 90%) и хуже мелкое (до 40%). Выход концентрата со шлюзов 0,1—0,5%, т. е. при высоком извлечении содержание золота в концентрате почти в 1000 раз больше, чем в руде (в сред нем в 100—120 раз). Отсадка и флотация описаны в курсе «обогащение руд». Бедные гравитационные концентраты можно плавить на меде- или свинцовоплавильных заводах, богатые плавят отдельно на черновое золото.
Цианирование золотосодержащих руд. Золото — благородный металл. В обычных условиях оно не вступает в реакции с кислотами, щелочами, солями. Золото не реагирует с кислородом, углеродом, азотом и водородом. С хлором золото соединяется после подогрева до 180—200° С с образованием AuCl и AuCl3. В присутствии воды (раствор хлора в воде) золото растворяется без нагревания. Это явление было известно еще М.В. Ломоносову и применялось в США для промышленного извлечения золота с 1850 по 1900 г. (способ Плятнера). Давно известна возможность растворить золото в смеси азотной и соляной кислот (царской водке): Au + HNO3 + 4НС1 = HAuCl4 + NO + 2Н2О. Ho других растворителей долгое время не знали Поэтому имело большое значение открытие П.Р. Багратионом в 1843 г. реакции растворения золота в слабом (0,05—0,15%) растворе цианидов в присутствии (обязательно!) кислорода воздуха:

Во время протекания этой реакции получается некоторое количество H2O2. Поэтому полагают, что хотя бы частично реакция протекает так:

Образовавшийся по этим реакциям цианид одновалентного золота — устойчивое в щелочной среде комплексное соединение.
Цианирование имеет большие преимущества перед гравитацией при извлечении мелкого золота. Во время гравитации мелкие золотники, вскрытые случайно, могут теряться в потоке пульпы. Улавливаются только крупные свободные частицы. Безполезно измельчать руду до размеров 10—20 мкм. Ho внутри крупных зерен руды теряется золото. Раствор же цианида по трещинам и порам зерен руды просачивается к мелким золотникам и растворяет их внутри зерен. Из пор зерен руды золотосодержащий раствор диффундирует наружу. Поэтому не требуется измельчать руду очень тонко. Ho если применить только цианирование, то можно потерять крупное золото, потому что оно не успеет раствориться. Очевидно, что наибольшее извлечение золота можно получить, применяя гравитацию, а вслед за ней цианирование. Судя по записи реакции цианирования, можно сделать вывод, что ее протеканию мешают тонкоизмельченные сульфиды: они окисляются и при этом поглощают кислород. Отсюда следует вывод: сульфиды перед цианированием полезно удалить, окислить их или сфлотировать. Вреднее влияние некоторых сульфидов (особенно меди) можно уменьшить, применяя слабые растворы цианидов. Таким образом для извлечения золота может быть применена сложная технология: дробление — измельчение — гравитация — флотация — цианирование.
Полученные цианированием растворы золота надо тщательно отделить от основной массы обработанной руды (хвостов). Для этого применяют промывку, описанную ранее. Это применительно к бедным растворам — дорогая и громоздкая операция.
Далее будет описан новый способ, эффективно заменяющий промывку и фильтрацию. Отделенные от хвостов растворы направляют на цементацию цинковым порошком (пылью):

Для полноты осаждения золота перед цементацией раствор пропускают через вакуум-ресивер, где из него удаляют кислород, а также добавляют в раствор соль свинца. Этим увеличивают поверхность пыли и скорость реакции осаждения. Цинковая пыль осаждает золото на 99,0—99,9%. Обеззолоченный раствор возвращают на цианирование. В осадке содержится, %: 20—30 Au; 30—40 Zn; до 10 Pb; 20—25 Cu; остальные примеси. Осадок золота обрабатывают раствором серной кислоты для удаления цинка. Если надо, кроме цинка, удалять медь, то к осадку добавляют окислители (MnO2, NH4NO3). Раствор сульфата цинка надо подвергать контрольной очистке от Au и Ag. Полученный после обесцинкования осадок плавят в тигельных электрических печах с флюсами (песок, сода, бура, плавиковый шпат). В шлак переходят неблагородные металлы и флюсы. Сплав золота и серебра содержит 95—97% этих металлов. Его направляют на аффинаж.
Сорбционно-бесфильтрационное извлечение золота из растворов. Выше было сказано, что можно исключить операцию отмывки хвостов от раствора. Это достигается применением анионообменных пористых смол. В нашем случае сорбцию смолой АП-2 ведут одновременно с цианированием. Это ускоряет растворение золота и увеличивает процент извлечения его из руды в смолу на несколько процентов. Цианирование ведут противоточно, например в 10 аппаратах типа пачук. В первый подают измельченную руду и раствор цианида, в 10-й — анионит. С помощью аэролифтов и сеток рудную пульпу и смолу передают из аппарата в аппарат. Разделение смолы и руды на сетках происходит потому, что зерна смолы имеют размер больше 1 мм, а частицы руды меньше 0,1 мм. Если поставить сетку с отверстиями 0,7—0,8 мм, то смола останется в ней, а руда пройдет вниз. Пульпу из 10-го аппарата перекачивают в отвал. Смолу выдают из 1-го аппарата и направляют на десорбцию. Десорбировать анион золота со смолы можно химическим путем (тиомочевиной) или электролизом. Электролиз ведут в растворе тисмочевины (NH2)2CS. Ансды делают из графита, катоды — из титана. В раствор загружают смолу и перемешивают. Постоянный ток осаждает золото и серебро на катоде, на аноде окисляется тиомочевина. Катодный осадок переплавляют и направляют на аффинаж.
Аффинаж золота. Черновое золото различного происхождения расплавляют и продевают хлором. При этом в солевой шлак переходят хлориды неблагордоных металлов (меди, железа, цинка, свинца и др.) и белый хлорид серебра. Продувку хлоридом прекращают, когда у солевого шлака появляется желтый оттенок — признак начинающегося образования AuCl3. Рафинированнее таким способом золото содержит 99,5% Au или 935 частей (проб) его на 1000. В случае необходимости это золото еще рафинируют электролизом. Организация электролитического рафинирования золота сходна с рафинированием меди, но отличается от него масштабом и составом электролита. Золотые аноды имеют массу всего около 3 кг. Основой служат тонкие золотые листы. Электролит состоит из HAuCl4 и HCl. Плотность тока 600—700 А/м2. Если в анодах содержится серебра больше 50 проб, то, кроме постоянного тока, через ванну пропускают еще и переменный ток такой же силы. Примеси распределяются между раствором (платина, железо, медь) и шламом (серебро в AgCl). На катоде выделяется чистое золото, чистотой 99,99% или 999,9 проб.