Металлургия благородных металлов. Производство благородных металлов. Лабораторный практикум

№ 4626 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. Васильева

МЕТАЛЛУРГИЯ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

Производство благородных металлов

Лабораторный практикум

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета

Москва 2022

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Лабораторный практикум предназначен для студентов специальности 22.04.02 «Металлургия», изучающих курс «Металлургия благородных металлов. Производство благородных металлов».

Лабораторные работы – одна из форм проведения аудиторных занятий по дисциплине «Металлургия благородных металлов. Производство благородных металлов», и их 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 объеме, достаточном для самостоятельной подготовки к выполнению работ без привлечения дополнительной литературы.

Занимающаяся в лаборатории группа делится на бригады, каждая бригада получает индивидуальное задание на выполнение лабораторной работы, что позволяет студентам выработать навыки работы в команде. В начале каждого занятия преподаватель проводит инструктаж студентов по технике безопасности. О получении инструктажа по технике безопасности студенты расписываются в специальном журнале. В ходе выполнения лабораторных работ моделируются основные, наиболее значимые переделы получения благородных металлов.

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 (2 часа)

Цель работы – закрепить знания о формах нахождения и составе минералов благородных металлов, приобрести навыки минералогического анализа.

1.1  Теоретическое введение

Содержание золота в земной коре ~5 мг/т (содержание золота, в отличие от большинства металлов, в различных продуктах измеряется в граммах на тонну (г/т), а не в процентах (%)), что в 20 раз меньше, чем серебра и в 200 раз меньше, чем ртути.

Золото в природе встречается только в двух видах: чаще в самородном состоянии в виде металлического золота и гораздо реже в виде химического соединения с теллуром (аналогом серы), называемого теллуридом золота, соединения прочного, не растворяющегося даже в цианиде.

Самородное золото находится как в жилах, так и в россыпях. В жилах коренных месторождений золото частично рассеяно в виде свободных частиц различной величины и формы (в каждом месторождении свое распределение золотин но крупности). Жилы в основном кварцевые. Остальное золото ассоциировано с сульфидами, содержащимися в жилах: арсенопирит, стибнит, пирит, галенит, цинковая обманка и др. В этих минералах золото либо рассеяно по всей массе минерала (такие сульфиды обычно являются природными сорбентами золота, например стибнит сорбирует золото из морской воды), либо в форме золотых пленок на поверхности сульфидов. Такое золото называется связанным золотом.

В россыпях, являющихся продуктом эрозии коренных месторождений, золото находится исключительно в свободном металлическом состоянии и лишь смешано с песком.

Жильное золото извлекается после предварительного дробления и тонкого измельчения руды с помощью механиче-

5

ских и химических процессов. Такое золото называется рудным. Россыпное золото отделяется от песка простой промывкой золотоносной массы.

Рассеянное свободное золото необходимо концентрировать в богатые продукты путем отсадки, перечистки на концентрационных столах (золотая головка), ассоциированное золото возможно перевести в концентраты с помощью флотации.

Если золото в месторождении в основном связано с арсенопиритом, руду необходимо подвергать обжигу.

Наряду с химическим составом золотин в гидрометаллургии большое значение имеет их крупность и форма. В рудах основное количество золота – мелкое с высокой развитой поверхностью, что благоприятствует его выщелачиванию. Неправильная форма, крючковатость золотин облегчает их улавливание на ворсистых шлюзах. Допустимая максимальная крупность золотин ограниченна. Дело в том, что продолжительность выщелачивания рассчитана на фракцию с максимальным выходом. Крупные золотины не успевают раствориться, поэтому все крупное золото должно выделяться отсадкой в замкнутом цикле «мельница – классификатор». Значительные трудности вызывает так называемое золото в рубашке – золотины, покрытые слоем оксида железа, который препятствует доступу растворителя при выщелачивании.

Из серебряных руд добывается всего 20 % серебра, остальная часть извлекается при комплексной переработке руд цветных металлов: свинцово-цинковых, медных, золотых, оловянистых и др. Серебро, в отличие от золота, чаще всего встречается

врудах в виде минералов (химических соединений), в основном

ввиде аргентита Аg2S. Основные минералы серебра: роговое серебро (кераргирит) AgCl (окисленные руды), теллурид серебра

(гессит) Аg2Те, двойные сульфиды (прустит 3Ag2S As2S3, пираргирит 3Ag2S Sb2S3 и др.). Содержание серебра в серебряных рудах примерно на порядок выше содержания золота в золотосодержащих рудах.

Взолотых рудах серебро находится в виде золотосеребряных сплавов (самородное золото), например минерал электрум, содержащий 50 % серебра, или в виде перечисленных выше минералов.

6

Так как серебро в виде минералов при измельчении руд до конца не раскрывается, то извлечение серебра всегда меньше извлечения золота. В остальном серебро ведет себя при переработке золотосодержащих руд так же, как и золото.

Самородное серебро, встречающееся в некоторых серебряных рудах, содержащих свинец, отличается от самородного золота. Кристаллы очень редки и встречаются в виде дендритов, тонких неправильных пластин, листочков, волосовидных и проволочных форм.

Особенностью золота также является крайняя степень рассеянности его в месторождениях. При этом сохраняется градация добываемой руды на три группы: кондиционная руда, забалансовая руда и пустая порода. Кондиционной рудой называется руда, содержание золота в которой соответствует кондиции, т.е. содержанию золота, при котором переработка руд экономически выгодна (по стоимости золота на мировом рынке). Забалансовые руды – это руды, содержание золота в которых, естественно, ниже кондиции.

1.2  Аппаратура и материалы

При выполнении лабораторной работы требуются бинокулярная лупа, микроскоп, образцы минералов, руд и концентратов золота и серебра.

1.3  Порядок выполнения работы и указания по технике безопасности

При проведении лабораторной работы группа студентов делится на бригады. Каждая бригада последовательно изучает:

1)  визуально образцы вмещающих пород; 2)  с помощью бинарной лупы образцы руд и концентра-

тов золота и серебра; 3)  под микроскопом в отраженном свете шлифы некото-

рых минералов, указанных преподавателем, выполняет рисунок шлифа в лабораторном журнале и измерение размера золотин.

При изучении образцов необходимо обратить внимание на название минерала, характеристику вмещающей породы и характер включений благородных металлов.

7

1.4  Требования к отчету

В отчете должны быть приведены характеристики изучаемых образцов, сырьевой базы благородных металлов, методики проведения наблюдений и измерений.

Контрольные вопросы

1  Какие типы месторождений характерны для золота, серебра и металлов платиновой группы?

2  С какими минералами наиболее часто ассоциировано золото?

3  Приведите формулы минералов золота и серебра.

4  Назовите основные страны – производители золота и серебра.

8

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА  2  Выщелачивание золотосодержащей руды цианистым раствором

с определением расхода реагентов (2 + 2 часа)

Цель работы – приобрести навыки экспресс-анализа цианистых растворов и закрепить знания по цианированию золотосодержащих руд, научиться анализировать полученные результаты.

2.1  Теоретическое введение

2.1.1  Методы извлечения золота

Основным методом извлечения мелкого золота из руд является процесс цианирования, сущность которого состоит в выщелачивании с помощью разбавленных растворов цианистых солей щелочных и щелочноземельных металлов (NaCN, KCN, Ca(CN)2) (Приложение  А) по реакции (2.1):

2Au + 4CN– + 2H2O + O2 = 2Au(CN)2– + 2OH– + H2O2. (2.1)

Образующийся пероксид водорода частично может расходоваться на дальнейшее окисление золота (2.2):

Из-за высокого сродства золота к электрону для его перевода в ион Au+ требуется высокий окислительный потенциал (р.  2.4):

Как известно из уравнения Нернста, потенциал металла в растворе зависит от активности ионов этого металла (2.5):

9

Таким образом, окислительный потенциал золота можно снизить, уменьшая активность ионов Au+ в растворе. В присутствии ионов CN– золото образует прочный комплекс Au(CN)2–,

константа диссоциации которого характеризуется весьма малой величиной (K = 2,6 10–38), что резко уменьшает актив-

ность иона Au+ и снижает потенциал золота.

Стандартный потенциал реакции Au + 2CN– →Au(CN)2– + e

(при αAu(CN)2– = 1 и αCN– = 1) равен 0,54 В.

Следовательно, окислительный потенциал золота в цианистых растворах резко снижается и окисление его технически доступными окислителями становится возможным.

Цианиды щелочных и щелочноземельных металлов, применяемые для выщелачивания золота из руд, являются солями слабой синильной кислоты HCN и сильных оснований (NaOH, Ca(OH)2 и т.п.), поэтому при растворении в воде они подвергаются гидролизу с образованием летучей синильной кислоты и ионов гидроксила (2.7):

Гидролиз цианистых растворов – нежелательное явление, так как приводит к значительным потерям цианида и отравлению окружающей среды сильно ядовитой синильной кислотой.

Для подавления гидролиза в цианистые растворы необходимо добавлять щелочь. Так, при концентрации цианида 0,016 % в растворе его гидролиз составляет 10 % без щелочи, а при концентрации щелочи 0,008 % – 1,22 %.

Большое влияние на скорость растворения золота оказывает присутствие кислорода в растворе. Кислород участвует в химической реакции растворения золота, являясь деполяризатором катода. В процессах выделения золота из растворов наличие кислорода, наоборот, оказывается вредным. При нормальных условиях растворимость кислорода в воде составляет

10