Металлургия благородных металлов. Лабораторный практикум

№ 4399 М И Н И С Т Е РС Т В О Н АУ К И И В ЫС Ш Е ГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ИНСТИТУТ ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА

Кафедра цветных металлов и золота

Р.С. Сельницын Е.С. Кондратьева

МЕТАЛЛУРГИЯ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

Лабораторный практикум

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета

Москва 2021

Оглавление

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Лабораторная работа 1. Химические соединения золота, серебра, платины и палладия. . . . . . . . . . . . . . 5

Лабораторная работа 2. Выщелачивание золотосодержащей руды цианистым раствором

с определением расхода реагентов. . . . . . . . . . . . 22

Лабораторная работа 3. Осаждение золота и серебра из цианистых растворов цинковой пылью. . . . . . . . 34

Приложение А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Приложение Б . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Приложение В . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3

ВВЕДЕНИЕ

Лабораторный практикум предназначен для студентов специальности 22.03.02 «Металлургия», изучающих курс «Металлургия благородных металлов».

Выполнение лабораторных работ – одна из форм проведения аудиторных занятий по дисциплине «Металлургия благородных металлов», и его выполнение является важнейшим способом формирования у будущих выпускников навыков работы с химическими реактивами и оборудованием различного назначения, освоения методик проведения экспериментов и обработки экспериментальных результатов.

Содержание практикума соответствует требованиям образовательных стандартов НИТУ «МИСиС». Изучаемый материал изложен в пособии в объеме, достаточном для самостоятельной подготовки к выполнению работ без привлечения дополнительной литературы. Для более глубокого изучения в каждой лабораторной работе приводится список рекомендуемой литературы.

Входе выполнения лабораторных работ моделируются основные, наиболее значимые переделы получения благородных металлов.

Занимающаяся в лаборатории группа делится на бригады, каждая бригада получает индивидуальное задание на выполнение лабораторной работы, что позволяет студентам выработать навыки работы в команде.

Вначале каждого занятия преподаватель проводит инструктаж студентов по технике безопасности. О получении инструктажа по технике безопасности студенты расписываются

вспециальном журнале.

Допуск студентов к лабораторной работе осуществляется только при наличии оформленного конспекта лабораторной работы и после проверки теоретических знаний по выполняемой лабораторной работе. Студенты, не допущенные к выполнению работы, не участвуют в ее выполнении, а занимаются самоподготовкой. Выполнение работы переносится на дополнительное занятие.

Защита лабораторной работы осуществляется после ее выполнения и строго при наличии оформленного конспекта, содержащего все необходимые расчеты, выводы и ответы на контрольные вопросы.

4

Лабораторная работа 1 ХИМИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ ЗОЛОТА,

СЕРЕБРА, ПЛАТИНЫ И ПАЛЛАДИЯ

(4 часа)

1.1. Теоретическая часть

Золото и серебро, платина и палладий обладают малой реакционной способностью. Они слабо взаимодействуют с кислотами и почти не взаимодействуют со щелочами.

Ознакомимся с основными свойствами благородных металлов, с которыми мы встречаемся при металлургической переработке руд.

Серебро – белый, блестящий, мягкий и ковкий металл (tпл = 961 °С), обладает высокой электро- и теплопроводностью. Серебро менее реакционноспособно, чем медь, и растворяется в окисляющих кислотах и растворах цианидов в присутствии кислорода и пероксида водорода.

Исходным соединением для изучения реакций серебра служит азотнокислое серебро, которое образуется при растворении металлического серебра в азотной кислоте при нагревании по реакции (1.1)

Азотнокислое серебро хорошо растворимо в воде и спирте, плавится при 200 °С и разлагается при 450 °С. Ядовито! Под действием света, а также при соприкосновении с органическими веществами разлагается с выделением черного мелкозернистого металлического серебра. Поэтому в лабораторных условиях ее хранят в темноте в темных бутылках.

Галоидные кислоты и щелочные галоиды разлагают AgNO3 в растворе с образованием галоидных солей серебра: хлорид серебра – белого цвета, бромид серебра – желтовато-белого цвета, иодид серебра – желтого цвета (1.2):

5

Хлористое серебро (AgCl) легко растворяется в аммиаке (NH3 – бесцветный газ с резким запахом) вследствие образования комплекса, в концентрированной соляной кислоте, крепком растворе поваренной соли (NaCl), цианистом калии (KCN), гипосульфите (Na2S2O3), роданистом аммонии (NH4SCN – тиоцианат аммония), расплавленных свинце и цинке (1.3–1.5):

AgBr и AgI – трудно растворимы в аммиаке. Йодистое серебро растворяется в концентрированном растворе KI (1.6) и с образованием соответствующего комплекса в гипосульфите (1.7):

Свойство галоидных соединений серебра растворяться в гипосульфите используется в фотографии при фиксации негатива (удаление с негатива избытка непрореагировавшего галоид- но-серебряного покрытия).

Золото – мягкий желтый металл (tпл = 1063 °С). Из всех элементов оно обладает самой большой текучестью и ковкостью. Инертно, не взаимодействует ни с кислородом, ни

ссерой, но легко реагирует с галогенидами. Au растворяется

врастворах цианидов в присутствии кислорода или других окислителей.

Исходным соединением для изучения реакций золота является раствор хлорного золота, который можно получить тремя способами:

1)при нагревании золота в струе хлора при температуре около 200 °С по реакции (1.8):

2) действием на золото хлорных соединений других металлов (1.9 и 1.10):

6

2) растворением металлического золота на холоде или при небольшом нагревании в царской водке (смесь концентрированных азотной и соляной кислот, взятых в соотношении 1:3 по объему) по реакции (1.11)

Выделяющийся оксид азота (II) на воздухе переходит в бурые тяжелые пары (1.12):

Если из раствора отогнать азотную кислоту, то получим золотохлористоводородную кислоту HAuCl4·4H2O, представляющую собой светло-желтые длинные иглы, которые получаются упариванием солянокислого раствора в фарфоровой чашечке на водяной бане. В сухом воздухе отщепляется одна молекула H2O. Кроме воды, эта кислота растворима в спирте и эфире.

Золотохлористоводородная кислота очень гигроскопична, и кристаллы ее расплываются на воздухе; при осторожном же нагревании она теряет воду, отщепляет молекулу HCl и превращается в хлорное золото.

Хлорное золото AuCl3 существует как в безводной форме, так и в виде оранжево-красных кристаллов AuCl3·2H2O, растворяющихся в воде с образованием комплексной кислоты H2AuCl3O (оксотрихлорозолото (III) кислота).

При умеренном нагревании безводного хлорида золота (до 185 °С) образуется хлористое золото и выделяется свободный хлор по реакции (1.13)

При нагревании кристаллов гидрата AuCl3 · 2H2O сначала выделяется гидратная вода, а затем разлагается хлорное золото по реакции (1.14)

7

Хлористое золото AuCl представляет собой кристаллический порошок лимонно-желтого цвета, нерастворимый в воде и растворимый в гидрате оксида аммония и соляной кислоте. При растворении его в соляной кислоте образуется комплексная кислота HAuCl2. Вода медленно разлагает хлористое золото по реакции (1.15)

При нагревании до 220–300 °С хлористое золото может быть восстановлено до металлического по реакции (1.16)

Реакции восстановления золота

Для проведения реакций восстановления золота удобно пользоваться растворами хлорного золота весьма небольших концентраций, (0,1–0,5%). В качестве восстановителей могут быть использованы сернокислое закисное железо (FeSO4), сернистый ангидрид (SO2), сероводород (H2S), гидразин (диамид – N2H4, бесцветная, сильно гигроскопичная жидкость с неприятным запахом), смесь глицерина и соды (C3H8O3 + Na2CO3), хлористое олово (SnCl2), свинец, сера, фосфор, формалин (водный раствор – метаналь), мышьяк, углерод, цинк и др. Выпадающий при этом осадок золота состоит из коллоидных частиц (клеевидные), которые вследствие малых размеров расчленяют луч света и избирательно отклоняют значительную часть падающих на них лучей; в то же время они избирательно поглощают часть световых лучей. Это ведет к явлению дихроизма, которое состоит в том, что в проходящем свете раствор с восстановленным в нем золотом имеет синеватую или зеленоватую окраску, а в отраженном свете – коричневую. Оттенки в окрасках зависят от размеров частиц, расстояния между ними (концентрации раствора), от их формы и др. Считается, что цвет растворов коллоидного золота и размеры частиц золота (в миллимикронах) находятся в следующей зависимости (табл. 1.1).

Опыты по восстановлению золота удобно вести в пробирках с небольшими объемами раствора хлорного золота (2–3 мл). При этом необходимо помнить следующее.

8

Таблица 1.1

Зависимость цвета растворов коллоидного золота и размера частиц золота

Все использованные растворы следует сливать в специальную банку, а пробирки обмывать небольшими порциями царской водки и воды. Собранные после опытов растворы золота упариваются, осадок растворяется в царской водке, и из солянокислого раствора золото восстанавливается одним из описанных здесь способов.

Цианистые соединения золота

Золото образует два простых цианистых соединения, соответствующих одновалентным и трехвалентным его соединениям; им отвечают два комплексных цианистых соединения. Цианид трехвалентного золота, как и его производные, малоустойчив и редко встречается в практике. Практическое значение в металлургии золота имеют только соединения комплексных цианидов одновалентного состава типа MeAu(CN)2, где Me может быть K, Na, Ca, NH4, Ag, Zn и др.

1.2. Цель работы

Изучение основных химических свойств благородных металлов. Ознакомление с методами выделения элементарных элементов и с химией комплексных соединений.

1.3. Аппаратура и материалы

При выполнении лабораторной работы требуются: штатив с набором реактивов и некоторыми лабораторными принадлежностями – промывалка, ванночка и водяная баня, руда, растворы золота и серебра.

9

1.4.Порядок выполнения работы

иуказания по технике безопасности

Выполняются опыты, указанные преподавателем. Опыты с растворами благородных металлов нужно выполнять с особой аккуратностью во избежание расходования излишнего количества дорогих реактивов.

Для проведения реакций следует брать минимальное количество раствора благородного металла (от 0,5 до 2,5 мл

впробирку) и прибавлять по каплям раствор-восстановитель до окончания протекания реакции. В тех случаях, когда требуется нагревание раствора, пользоваться только водяной баней.

Влаборатории следует соблюдать правила безопасной работы. Нельзя работать с легковоспламеняющимися веществами вблизи горячих предметов. С ядовитыми веществами следует работать под тягой. Выполняя эксперименты, необходимо пользоваться растворами нужной концентрации. Выполнять работу следует на своем рабочем месте, не проливая и не рассыпая реактивы. Если это произошло, необходимо поставить

визвестность лаборанта или преподавателя и быстро протереть стол. Если прольется кислота или щелочь, их необходимо вытирать очень осторожно, чтобы не прожечь одежду и не повредить руки. Попавшую на тело кислоту или щелочь необходимо быстро смыть струей воды.

Перед началом работы каждый студент обязан надеть халат. Во избежание сильного перегрева при протекании реакции раствор следует добавлять по каплям. Запрещается лить воду или разбавленные растворы в кислоту! При нагревании растворов пробирку следует держать щипцами, причем открытая часть пробирки должна быть направлена от себя.

Соединения золота

ОПЫТ 1. ПОЛУЧЕНИЕ ЗОЛОТОХЛОРИСТОВОДОРОДНОЙ КИСЛОТЫ (выполняется всей группой)

В небольшую фарфоровую чашечку диаметром 60 мм налить 2–3 мл крепкого раствора хлорного золота (3–5%). Ча-

10