Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химическая технология золота и серебра. Учебное пособие
.pdf
В России основную массу ювелирных изделий выпускают из сплавов проб 750, 583 и 375. За рубежом – из 18- и 14-каратных сплавов.
Лондонская биржа драгоценных металлов (LME): дважды в сутки
на этой площадке устанавливается золотой фиксинг, который определяет цену золота и является важнейшим ориентиром для всех остальных
бирж драгметаллов. Кроме того, с 1987 г. здесь производится фиксинг
цен и на серебро. На LME проводятся торги фьючерсами на следующие
драгметаллы: золото, платину, палладий, серебро. Цена определяется за
тройскую унцию, что в переводе на метрическую систему составляет
31,103 грамма.
Довольно значительное количество золота идет на чеканку монет и
медалей, декоративные покрытия и др.
Значительные количества золота потребляет стоматология: коронки, зубные протезы изготавливают из сплавов золота с серебром, медью,
никелем, платиной, цинком. Такие сплавы сочетают коррозионную
стойкость с высокими механическими свойствами.
Применение золота в промышленности основывается на сочетании
трёх его свойств. Этими свойствами являются: электрическая проводимость, пластичность и прежде всего полное отсутствие окисления и потускнения поверхностных слоёв как при высоких, так и при низких температурах. Сопротивление электрического контакта, изготовленного из
золота, равно нулю. Поэтому золото нашло широкое применение в
электронных компонентах. Припои на основе золота, обладающие
быстрым растеканием и хорошей смачиваемостью, считаются лучшими
в ответственных изделиях военного и аэрокосмического назначения, где
предъявляются жёсткие требования к качеству паяного соединения.
Покрытие золотом используют в космических аппаратах для защиты от солнечной радиации, поскольку оно на 98 % отражает инфракрасные лучи.
В производстве гексафторида урана золото использовалось для
плакирования стальных
труб, придавая им коррозионную стойкость.
В измерительной технике для контроля температуры, и особенно
для измерения низких температур, используются сплавы золота с кобальтом и хромом.
На чисто промышленные цели приходится всего 10 % от общей
массы потребляемого золота, включая ювелирную промышленность и
стоматологию.
Использование серебра, так же как и золота, в ювелирном деле
известно с древнейших времен. При этом, помимо украшений, серебро в
значительной части используется и сейчас для изготовления столовой
посуды, ваз, всевозможных сосудов.
11
Развитие ракетной техники, подводного флота, управляемых снарядов потребовало использование новых малогабаритных источников
тока, обладающих высокими разрядными характеристиками. Было
освоено промышленное производство серебряно-цинковых и серебрянокадмиевых аккумуляторов.
Важнейшими отраслями, где электрические свойства серебра обусловили ему широкое использование, являются электротехника, электроника и радиотехника. Серебряные припои образуют прочные и пла
-
стичные спаи, стойкие к ударам и вибрациям.
Вопросы для самоконтроля
1. Сколько процентов золота в ювелирном изделии, имеющем
метрическую пробу 583?
2. Каково содержание золота в ювелирном изделии в 18 карат?
3. Каково применение золота в технике и промышленности?
4. Какие способы оценки качества золотых сплавов вы знаете?
5. Каково применение серебра?
12
ГЛАВА 3. ЗОЛОТО И СЕРЕБРО В ПРИРОДЕ
Золото – весьма редкий элемент. Его кларк составляет 5107 %, т. е.
5 мг/т, что в 20 раз меньше кларка серебра и в 220 раз меньше кларка
ртути. Большие абсолютные количества золота содержатся в морской воде.
1
Но из-за малой концентрации (10
пока нерентабельно. В редких богатых месторождениях золота бывает до
сотен г/т, в рассыпных песках – 150…300 мг/м
ческой инертности золото находится в рудах почти исключительно в виде самородного металла. Очень важно понять, что золото в рудной массе
не распределено равномерно по всему рудному телу, как это есть, например, с железом, свинцом или медью. Золото эпизодическими точками,
значками, «мухами и тараканами» приурочено к
блоков без всякой закономерности в массиве. Но геолог знает, что эти
«мухи» «любят» кварц, и он не пройдет мимо кварцевой жилы, внимательно её не осмотрев. Такое распределение золота в исходной руде будет диктовать и методы рудоподготовки перед его извлечением.
В кварцевых жилах процесс выделения и
текал спокойно и более длительное время. Поэтому в данном случае
кристаллизовались частицы золота сравнительно крупного размера и
переработка такого материала обычно не вызывает затруднений.
В сульфидных жилах кристаллизация происходила быстро, и частицы золота, из-за близости характера и размеров кристаллических
решеток золота и пирита, остались в
твора. Условия для роста таких частиц неблагоприятные, и поэтому
часть золота остается в тонкодисперсном состоянии.
Минеральный состав золотых коренных руд сложен. Основной минерал – кварц, содержание которого колеблется от 10 до 90 %. Кроме
него присутствуют сульфиды железа (пирит, марказит), меди (халькопирит), мышьяка (арсенопирит), свинца, цинка, висмута,
Горные породы, выходящие на поверхность земли, подвергаются
цикличному воздействию перепада температур, их могут также разрушать
ветер, влага, землетрясения. Под влиянием дождей, снегов, мёрзлых пород
материал россыпи может сползать по склону. При размыве россыпи золото выпадает на дно потока, задерживается на дне, где концентрируется.
Самородное золото в руде находится обычно
ных форм: крючковатое, проволочное, губчатое, чешуйчатое, дендритное, зернообразное и т. д. Крупность частиц изменяется в широком диапазоне. Собственно золото подразделяется:
…103мг/м3) извлечение его из воды
3
. Вследствие своей хими-
местам спайки горных
роста частиц золота про-
пирите в виде псевдотвёрдого рас-
серебра.
в виде тел неправиль-
1) на самородки – уникальные
крупные
5 кг, средние 1 кг, мелкие 0,1 кг, весьма мелкие 0,1 кг;
50 кг, весьма крупные 15 кг,
13
2) макрозолото – 8 классов по размеру, мм: весьма крупное 8,
крупное
кое
кластерное золото
3, среднее 1, мелкое 0,5, очень мелкое 0,25, весьма мел-
0,15, тонкое 0,15, пылевидное 0,05;
3) микрозолото – 3 класса, мм: собственно микрозолото
0,001, нанозолото 0,001.
0,01,
Уникальные самородки найдены в Чили (153 кг) и Австралии (285 кг).
Подавляющая масса золота в руде присутствует в виде частиц
мельче 0,5…1,0 мм.
Содержание золота в самородках составляет 75…90 % (чаще
85 %).
Типичные примеси в самородном золоте – это серебро (1…10 %, иногда до
20 % и даже до 40 %), медь (до 1 %), железо (до 1 %). В малых количествах
присутствуют мышьяк, висмут, теллур, селен и другие элементы. В медноникелевых рудах встречается палладистое золото (Pd – 8,2…11,6 %), пла-
тинистое (Pt
10,5 %), родистое (Rh до 11,6 %).
Из минералов золота, являющихся химическими соединениями, известны теллуриды – калаверит AuTe
AuAgTe
, петцит Ag3AuTe2, а также ауростибит AuSb2.
2
, сильванит AuAgTe4, креннерит
2
Все минералы (а их свыше 20), кроме самородного золота, встречаются очень редко.
Вне зависимости от возраста и типа, большинство важнейших серебряных месторождений в мире расположено вдоль восточной стороны Тихого океана в горной цепи Кордильер. Лидером в производстве
серебра является Мексика (2…2,5 тыс. т/год). В Европе крупнейшим
производителем серебра
является Польша. В Азии лидером по выпуску
серебра за последнее десятилетие стал Китай.
Серебро, как и золото, в природе встречается в самородном состоянии. Однако значительно чаще оно находится в рудах в форме минералов. Это обусловлено большей химической активностью серебра по
сравнению с золотом. Известно свыше 60 минералов серебра, которые
можно
разделить на следующие основные группы:
1) самородное серебро и сплавы с серебром – кюстелит (10…20 %
Ag), электрум;
2) сульфиды – аргентит Ag
3) сульфосоли – пираргирит Ag
4) антимониды – дискразит Ag
5) теллурид и селенид – гессит Ag
S, шромейерит AgCuS;
2
SbS3, прустит Ag3AsS3;
3
Sb;
3
Te, петцит Ag3AuTe2;
2
6) галлоиды и сульфаты – кераргерит AgCl, аргентоярозит
AgFe
(OH)
3
(SO
6
4)2
.
Наиболее важными в промышленном отношении минералами,
кроме самородного серебра и его сплавов с золотом, являются аргентит,
14
прустит, кераргерит. Встречается серебро в других видах руд, например
в сульфидных рудах цветных металлов.
Месторождения золота делятся на коренные (рудные) и россыпные.
Большинство промышленно важных коренных месторождений золота
принадлежат к гидротермальному типу.
Схему образования гидротермальных месторождений можно представить следующим образом. Образующаяся в глубине земной коры или в
верхних слоях мантии
земли магма, двигаясь вверх, внедряется в земную
кору и, не достигнув поверхности земли, медленно остывает и кристаллизуется. Магма представляет собой сложный, преимущественно силикатный
расплав, насыщенный растворенными в нем летучими компонентами – водой, углекислотой, сероводородом и т. д. При охлаждении магмы в определённой последовательности кристаллизуются породообразующие силикаты
(оливин, пироксен
, полевые шпаты, кварц и др.), практически не содержа-
щие в своём составе летучих компонентов. Температура последних стадий
кристаллизации кислых магм на глубине нескольких километров близка,
по-видимому, к 800
C. По мере кристаллизации магмы содержание лету-
чих компонентов в остаточном расплаве возрастает. В определённый момент оно достигает предела растворимости и происходит выделение газов.
С газами выносятся не только летучие, но и другие металлические и неметаллические компоненты, в т. ч. золото. По трещинам и порам газы устремляются в
окружающие горные породы, образуя гидротермальные растворы.
Вода глубинных гидротермальных растворов находится в виде сгущённого
пара, который при температуре t
372 C (критическая точка воды) под
давлением переходит в жидкую воду. В условиях высоких температур и
давлений вода способна растворять и переносить многие в обычных условиях нерастворимые соединения, в т. ч. золото, кремнезём и др. Двигаясь по
трещинам, гидротермальные растворы поступают в область более низкого
давления и постепенно остывают. Под влиянием
снижающегося давления и
температуры, а главное – в итоге сложного химического взаимодействия с
породами, из гидротермальных растворов осаждаются золото и другие минералы (кварц, пирит, арсенопирит и т. д.). Они постепенно заполняют
трещины, образуя жилы. Этот процесс может протекать в несколько приемов. При этом золото отлагается на любых ранее сформировавшихся ми
-
нералах: кварце, различных сульфидах, чаще всего на пирите и арсенопирите. При одновременном осаждении золото может выделяться не только
на поверхности других минералов, но и внутри них. При некоторых условиях золото выделяется в форме мелких кристаллов и даже дисперсных
включений. При благоприятных условиях – затянутом процессе кристаллизации из богатых
золотом растворов – могут образовываться крупные
кристаллы или агрегаты – самородки. В зависимости от условий образова-
15
ния и состава гидротермальных растворов образуются месторождения золотокварцевых руд, где золото ассоциировано с кварцем, или золотокварцево-сульфидных руд, где оно ассоциировано как с кварцем, так и с
сульфидами. Встречаются сплошные сульфидные руды золота и цветных
металлов. Разрушение коренных месторождений приводит к образованию
россыпных месторождений.
Таблица 2
Мировая добыча полезных ископаемых и их запасы1, m
2018 2019 Запасы
США 226 200 3,000
Аргентина 72 72 1,600
Австралия 315 330 10,000
Бразилия 85 85 2,400
Канада 183 180 1,900
Китай 401 420 2,000
Гана 127 130 1,000
Индонезия 135 160 2,600
Казахстан 100 100 1,000
Мексика 117 110 1,400
Папуа – Новая Гвинея 67 70 1,000
Перу 143 130 2,100
Россия 311 310 5,300
Южная Африка 117 90 3,200
Узбекистан 104 100 1,800
Другие страны (округлённо) 797 800 10,000
Мировая добыча полезных ископаемых и их запасы: запасы для Австралии, Канады, Индонезии, Папуа-Новой Гвинеи, Ирана и Южной Африки
были пересмотрены на основе правительственных и (или) отраслевых
отчетов.
Мировые ресурсы: оценка запасов золота США показала наличие 33 000 т
золота в выявленных (15 000 тонн) и неоткрытых (18 000 т) ресурсах. По оценкам, почти четверть нераскрытого золота содержится в порфировых медных
месторождениях. Однако запасы золота в Соединенных Штатах составляют
лишь небольшую часть мировых запасов золота.
Заменители: основные металлы, покрытые золотыми сплавами, широко
используются в электротехнических и электронных изделиях, а также в ювелирных изделиях, чтобы сэкономить на золоте; многие из этих продуктов постоянно перестраиваются для поддержания высоких стандартов полезности с
более низким содержанием золота. Как правило, палладий, платина и серебро
могут заменить золото.
1
Согласно данным геологического общества (из ежегодного отчета U.S. Geological
Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2020).
16
В древние времена золото добывали из россыпей. В значительных
масштабах золото добывали в Африке, Южной Америке, Азии (Китай),
Европе (Испания). Широкой известностью пользовались богатейшие
россыпи Калифорнии, Австралии, Канады, Аляски. Примерно к концу
XIX в. золотые россыпи были в основном выработаны и преобладающим сырьем стали коренные руды.
Современные крупные месторождения коренного
золота находятся
в Канаде, США, России, Папуа – Новая Гвинея, Австралии, Зимбабве,
Гане, Доминиканской Республике, на Филиппинах и других странах.
Крупнейшим в мире месторождением золота являются конгломераты
Витватерсранда (ЮАР). Конгломераты сложены из кварцевых галек,
прочно сцементированных мелкозернистым кварцем с примесью других
минералов. Золото находится в цементе. Помимо золота конгломераты
Витватерсранда содержат уран
. Попутное извлечение урана существенно повышает рентабельность переработки этих руд. Руды Витватерсранда содержат золота около 13 г/т. Запасы руд огромные. Поэтому
около 60 % всей добычи золота приходится на долю ЮАР.
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое кларк золота и серебра в природе?
2. Каково распределение золота в рудном материале?
3. Каков минеральный состав золотых руд?
4. Чем объяснить рождение крупного и мелкого золота?
5. Как рождалось россыпное золото?
6. Какова классификация золота по его тонине в природе?
7. Типичные примеси в самородном золоте?
8.
Какие вы знаете, минералы, содержащие серебро?
9. Какова схема образований гидротермальных месторождений зо-
лота?
10. Каковы условия создания в природе крупных самородков?
17
ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗОЛОТА И СЕРЕБРА
ИЗ РУДНОГО СЫРЬЯ
Основной характеристикой руды является технологический тип, к кото-
рому она относится. Различают шесть основных технологических типов руд:
1) золотокварцевый, золотосульфидный со свободным и цианиру-
емым золотом (легко вскрываемые и обогатимые);
2) золотомышьяковистый с тонковкраплённым золотом в сульфи-
ды и другие минералы (упорные руды);
3) золотосеребряный тип (легко вскрываемые);
4) золотомедный, золото
5) золотосурьмяный (упорные);
6) золотоносный, окисленные руды (легковскрываемые).
Технологические схемы переработки золотоносных руд отличаются
большим разнообразием. Выбор той или иной схемы зависит от основных
факторов: характер золота в руде и его крупность, вещественный состав руды, характер минералов, с которыми ассоциировано золото (обычно кварц
или сульфиды), присутствие
Выбранная схема должна обеспечивать высокое извлечение золота,
комплексное использование сырья, минимальные удельные затраты материальных, энергетических и трудовых ресурсов, минимальное загрязнение окружающей среды отходами производства. Определяющими
параметрами являются себестоимость готового продукта на данном
предприятии и хорошо известная рыночная цена золота. Так, весьма по
казательной в этом аспекте является работа многих золотодобывающих
шахт, где себестоимость отработки в большой степени зависит от глубины самой шахты. Конечной продукцией золотоизвлекательных предприятий является черновое золото или богатые золотосодержащие осадки.
Дальнейшая переработка этих продуктов осуществляется на аффинажных заводах с получением золота и серебра высокой чистоты.
Технологическая
подготовительные – дробление, измельчение;
обогатительные – гравитационное обогащение, флотация;
металлургические – амальгамация, цианирование, плавка и т. д.
схема переработки руд должна включать стадии:
В прил. 1 приведена общая технологическая схема получения золота из руды. Далее рассмотрим более подробно отдельные стадии общей
технологической схемы получения золота из руды.
-свинцово-цинковый (упорные);
в руде других ценных компонентов и др.
-
4.1. Подготовка руд к извлечению золота и серебра
В данном курсе не предусмотрено изложения материала по золотодобывающим горным работам.
К ним следует относить: разведку, проведение буровзрывных работ, эксплуатацию горной техники и транспортных
машин, рудосортировку, вывоз руды и пустой породы на склады, доставку
18
руды до места её переработки. Горнодобывающая часть любого горного
предприятия является базовой для данного предприятия. Именно здесь
рождаются успех и провал планового задания золотодобычи, а в общей
себестоимости банковского золота доля горных работ составляет
50…70 %. Менеджеру золотоперерабатывающей фабрики будет интересно знать, что увеличение расхода взрывчатки при буровзрывных работах
на 20 % сократит
расходы электроэнергии, стальных шаров и футеровки у
него примерно на такое же количество.
В настоящее время золото и серебро извлекают из коренных руд
либо с помощью гидрометаллургических процессов, либо с применением комбинированных схем, в которых большую роль играют приёмы
обогащения различными методами.
4.1.1. Дробление, измельчение
До 60 % затрат на золотоперерабатывающей фабрике приходится
на рудоподготовку, т. е. на дробление и измельчение. Среди затрат на
первом месте стоят: электроэнергия, ремонт оборудования, стальные
шары, футеровка дробилок и мельниц, заработная плата. Главным
назначением рудоподготовки является уменьшение куска руды до такой
степени, при которой максимальная часть золотин будет вскрыта, т. е.
золотина
покажется из рудного тела хотя бы одним боком. Этого будет
уже достаточно для её извлечения на последующих операциях. Полностью вскрыть всё золото практически невозможно из-за присутствия в
руде весьма тонкого золота, вскрытие которого становится экономически невыгодным. Считается, что при помоле 80 % класса – 0,074 мм
10 % золота останется в пульпе недоступным
для извлечения. Идеаль-
ным вариантом является, конечно, полное отделение золотины во время
измельчения от рудного тела, что позволит ей в потоке пульпы двигаться исключительно самостоятельно по своим законам.
Для руд с крупным золотом достаточно грубого измельчения (90 %
класса – 0,4 мм). Но практически всегда с крупным есть и мелкое золото.
Поэтому измельчают
до –0,074 мм (иногда до –0,044 мм).
Как правило, выделяют:
1) крупное и среднее дробление в щековых и конусных дробилках
с поверочным грохочением. Получают материал после двух стадий
дробления крупностью –20 мм;
2) мокрое измельчение в шаровых и стержневых мельницах. Из-
мельчение чаще двухстадийное: на первой стадии в стержневых мельницах, на второй – в
шаровых мельницах.
В настоящее время на золотодобывающих предприятиях как в России, так и за рубежом большое распространение получило рудное само-
19
измельчение (измельчительная среда – неклассифицированные по крупности куски измельчаемой руды) и рудно-галечное самоизмельчение
(измельчительная среда – специально выделенная по крупности и прочности фракций кусков измельчаемой руды (галя)). Для повышения производительности мельниц самоизмельчения иногда в них добавляют и
стальные шары в количестве до 15 % от рабочего объема мельницы.
Самоизмельчение проводят
либо в воздушной среде (мельница Аэрофол), либо в водной среде (в специальных мельницах, у которых отношение диаметра к длине больше, чем в шаровых мельницах).
Применение самоизмельчения имеет ряд преимуществ перед из-
мельчением в шаровых мельницах:
1. Капитальные затраты на строительство фабрики с самоизмель-
чением значительно меньше за счет отсутствия
цехов среднего и мелкого дробления. Но здесь будут выше удельные расходы электроэнергии,
стальных шаров и футеровки. В целом же снижение текущих трудозатрат, рост производительности, культуры производства говорят о преимуществах применения самоизмельчения.
2. В мельницах самоизмельчения кусок руды будет уменьшать
свой размер в первую очередь по плоскости спайки
рудных блоков, т. е.
там, где наиболее вероятно приурочена золотина. Это скорее позволит
ей освободиться от «рудной куртки», стать самостоятельной и не попасть под переизмельчение.
3. Уменьшаются потери золота в виде наклёпа на поверхности
шаров и стержней.
4. Увеличивается степень извлечения золота при дальнейшей гид-
рометаллургической переработке (до 4 %), снижается расход
реагента
(цианида) до 35 % за счет того, что в мельнице Аэрофол более однород-
ный продукт измельчения, отсутствует тонкая взвесь металлических частиц от истирания шаров и стержней, которая играет отрицательную
роль в гидрометаллургии.
4.1.2. Классификация
Классификация – это способ разделения твёрдых частиц в жидкой
(или воздушной) среде. Способ основан на различии в скоростях падения
частиц разного размера и плотности в окружающей среде. Скорость падения твёрдых частиц относительно жидкости определяется соотношением следующих, действующих на частицу сил; силы тяжести, подъёмной (архимедовой) силы, гидродинамического сопротивления жидкости
и сил механического взаимодействия частиц при их соприкосновении.
Сила тяжести P, направленная вниз, определяется объёмом V и
плотностью pT частицы
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]