Моя специальность называется «Обогащение полезных ископаемых». В нашем крае основные минеральные ресурсы представлены углем, железной рудой, известняком, доломитом, каолинитом, огнеупорной глиной и др. В процессе обученя я многое узнал о принципах и техноглогии обогащения этих полезных ископаемых. В индивидуальном задании я хочу рассказать о таком нетипичном минерале для нашего региона, как золото. Моя задача описать этот драгоценный металл как химический элемент, экономический ресурс и выделить некоторые методы его обогащения.
Итак, золото – элемент побочной подгруппы первой группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 79. Обозначается символом Au (лат. Aurum). Простое вещество золото – благородный металл жёлтого цвета.
Происхождение названия
Чистое золото — мягкий металл жёлтого цвета. Красноватый оттенок некоторым изделиям из золота, например, монетам, придают примеси других металлов, в частности меди. В тонких плёнках золото просвечивает зелёным. Золото обладает исключительно высокой теплопроводностью и низким электрическим сопротивлением.
Физические свойства
Чистое золото — мягкий металл жёлтого цвета. Красноватый оттенок некоторым изделиям из золота, например, монетам, придают примеси других металлов, в частности меди. В тонких плёнках золото просвечивает зелёным. Золото обладает исключительно высокой теплопроводностью и низким электрическим сопротивлением. Золото – очень тяжёлый металл: плотность чистого золота равна 19621 килограмм в кубическом метре (шар из чистого золота диаметром 46 мм имеет массу 1 кг). Литровая бутыль, заполненная золотым песком, весит приблизительно 16 кг. Тяжесть золота – плюс для его добычи. Самые простые технологические процессы, такие, как, например, промывка на шлюзах, могут обеспечить весьма высокую степень извлечения золота из промываемой породы. Золото очень ковко и тягуче. Из кусочка золота массой в один грамм можно вытянуть проволоку длиной в три километра или изготовить золотую фольгу в 500 раз тоньше человеческого волоса (0,1 мкм). Через такой листочек фольги луч света просвечивает зеленоватым цветом. Мягкость чистого золота настолько велика, что его можно царапать ногтем. Поэтому в ювелирных изделиях золото всегда сплавляется с медью или серебром. Состав таких сплавов выражается пробой, которая указывает число весовых частей золота в 1000 частей сплава (в российской практике). Проба химически чистого золота соответствует 999,9 пробе — его ещё называют «банковским» золотом, так как из такого золота изготавливают слитки [1].
Химические свойства
Золото — самый инертный металл, стоящий в ряду напряжений правее всех других металлов, при нормальных условиях оно не взаимодействует с большинством кислот и не образует оксидов, благодаря чему было отнесено к благородным металлам, в отличие от металлов обычных, легко разрушающихся под действием окружающей среды. Затем была открыта способность царской водки растворять золото, что поколебало уверенность в его инертности.
Из чистых кислот золото растворяется только в горячей концентрированной селеновой кислоте:
2Au + 6H2SeO4 = Au2(SeO4)3 + 3H2SeO3 + 3H2O
Золото сравнительно легко реагирует с кислородом и другими окислителями при участии комплексобразователей. Так, в водных растворах цианидов при доступе кислорода золото растворяется, образуя цианоаураты:
4Au + 8CN + 2H2O + O2 = 4[Au(CN)2] + 4 OH
Золото также растворяется во ртути, фактически образуя легкоплавкий сплав (амальгаму).
Геохимия золота
Содержание золота в земной коре очень низкое — 3 мкг/кг, но месторождения и участки, резко обогащённые металлом, весьма многочисленны. Золото содержится и в воде. 1 л и морской, и речной воды несёт примерно 4•10-9 г золота.
Золоторудные месторождения возникают преимущественно в районах развития гранитоидов, небольшое их количество ассоциирует с основными и ультраосновными породами. Золото образует промышленные концентрации в постмагматических, главным образом гидротермальных, месторождениях. В экзогенных условиях видимое золото является очень устойчивым элементом и легко накапливается в россыпях. Однако субмикроскопическое золото, входящее в состав сульфидов, при окислении последних приобретает способность мигрировать в зоне окисления. В результате золото иногда накапливается в зоне вторичного сульфидного обогащения, но максимальные его концентрации связаны с накоплением в зоне окисления, где оно ассоциирует с гидроокислами железа, марганца. Миграция золота в зоне окисления сульфидных месторождений, происходит в виде бромистого и йодистого соединений в ионной форме. Некоторыми учёными допускается растворение и перенос золота сульфатом окиси железа или в виде суспензионной взвеси.
В природе известны 15 золотосодержащих минералов: самородное золото с примесями серебра, меди и др., электрум Au и 25 – 45% Ag; порпесит AuPd; медистое золото, бисмутоаурит (Au, Bi); родистое золото, иридистое золото, платинистое золото. Остальные минералы представлены теллуридами золота: калаверит AuTe2, креннерит AuTe2, сильванит AuAgTe4, петцит Ag3AuTe2, мутманит (Ag, Au)Te, монтбрейит Au2Te3, нагиагит Pb5AuSbTe3S6.
Для золота характерна самородная форма. Среди других его форм стоит отметить электрум, сплав золота с серебром, который обладает зеленоватым оттенком и относительно легко разрушается при переносе водой. В горных породах золото обычно рассеяно на атомарном уровне. В месторождениях оно зачастую заключено в сульфиды и арсениды.
Различаются первичные месторождения золота, россыпи, в которые оно попадает в результате разрушения рудных месторождений и месторождения с комплексными рудами, в которых золото извлекается в качестве попутного компонента.
Добыча золота
Люди добывают золото с незапамятных времён. С золотом человечество столкнулось уже в V тыс. до н. э. в эпоху неолита благодаря его распространению в самородном состоянии.
По предположению археологов, начало системной добычи было положено на Ближнем Востоке, откуда золотые украшения поставлялись, в частности, в Египет. Именно в Египте в гробнице королевы Зер и одной из королев Пу-аби Ур в Шумерской цивилизации были найдены первые золотые украшения, датируемые III тыс. до н. э. В России принято считать началом золотодобычи 21 мая (1 июня) 1745 г., когда Ерофей Марков, нашедший золото на Урале, объявил о своем открытии в Канцелярии Главного правления заводов в Екатеринбурге. За всю историю человечеством добыто около 140 тыс. т золота (если сплавить все это золото воедино, получится куб со стороной примерно 19 м). В 2007 году добыли 2 380 т золота, а в 2008 — 2 330 т. Лидерами добычи стали:
• Китай (добыл в 2007 году 275 т, а в 2008 г. — 295 т), • ЮАР (252/250), • США (238/230), • Австралия (246/225), • Перу (170/175), • Россия (157/165), • Канада (101/100), • Индонезия (118/90), • Узбекистан (85/85), • Гана (84/84), • Папуа — Новая Гвинея (65/65), • Чили (42/42), • Мексика (39/41), • Бразилия (40/40).В России существует около 16 золотодобывающих компаний. Лидером добычи золота в России является компания Полюс Золото на которую приходится около 20 % рынка. Наибольшее количество золота добывается в Чукотском АО, Красноярском крае и Амурской области [3]. Разведанные мировые запасы золота оцениваются в 100 тыс. т.
Обогащение золота
Для получения золота используются его основные физические и химические свойства: присутствие в природе в самородном состоянии, способность реагировать лишь с немногими веществами (ртуть, цианиды). C развитием современных технологий более популярными становятся химические способы.
1. Метод промывки основан на высокой плотности золота, благодаря которой в потоке воды, минералы с плотностью меньше золота (а это почти все минералы земной коры) смываются, и металл концентрируется в тяжёлой фракции, песка состоящего из минералов повышенной плотности, который называется шлихом. Этот процесс называется отмывкой шлиха или шлихованием. В небольших объёмах её можно проводить вручную, при помощи промывочного лотка. Этот способ используется с древнейших времён, и до сих пор для отработки маленьких россыпных месторождений старателями, но основное его применение — поиск месторождений золота, алмазов и других ценных металлов.
Промывка используется для разработки крупных россыпных месторождений, но при этом применяются специальные технические устройства: драги и промывочные устройства. Полученные шлихи, кроме золота, содержат множество других плотных минералов и металл из них извлекается, например, путём амальгамации.
Методом промывки разрабатываются все россыпные месторождения золота, ограничено он применяется на коренных месторождениях. Для этого породу дробят и затем подвергают промывке. Этот метод не может быть применён на месторождениях с рассеянным золотом, где оно так распылено в породе, что после дробления не обособляется в отдельные зёрна и смывается при промывке вместе с другими минералами. К сожалению, при промывке теряется не только мелкое золото, которое легко смывается с промывочной колоды, но и крупные самородки, гидравлическая крупность которых не позволяет им спокойно оседать в ячейках коврика. Поэтому на драгах и на промприборах обязательно следят за крупными катящимися обломками — это вполне могут оказаться самородки!
Этот метод добычи золота исторически был первым, и он очень дёшев, потому что не требует строительства дорогих заводов, и в случае речных отложений не нужно дробить породу. Экономически рентабельна отработка россыпей с содержанием золота более 0,1 г на 1 кубический метр рыхлой породы (песков, суглинков и т. д.).
2. Метод амальгамации основан на способности ртути образовывать сплавы — амальгамы с различными металлами, в том числе и с золотом. В этом методе увлажнённая дроблёная порода смешивалась со ртутью и подвергалась дополнительному измельчению в мельницах — бегунных чашах. Амальгаму золота (и сопутствующих металлов) извлекали из получившегося шлама промывкой, после чего ртуть отгонялась из собранной амальгамы и использовалась повторно.
Метод амальгамации известен с I века до н. э., наибольшие масштабы приобрёл в американских колониях Испании начиная с XVI века: это стало возможным благодаря наличию в Испании огромного ртутного месторождения — Альмаден. В более позднее время использовался метод внешней амальгамации, когда дроблёная золотоносная порода при промывке пропускалась через обогатительные шлюзы, выстланные медными листами, покрытыми тонким слоем ртути.
Метод амальгамации применим только на месторождениях с высоким содержанием золота или уже при его обогащении. Сейчас он используется очень редко, главным образом старателями в Африке и Южной Америке.
3. Цианирование. Золото растворяется в растворах синильной кислоты и её солей, и это его свойство дало начало ряду методов извлечения путем цианирования руд.
Метод цианирования основан на реакции золота с цианидами в присутствии кислорода воздуха: измельчённая золотоносная порода обрабатывается разбавленным (0,3-0,03 %) раствором цианида натрия, золото из образующегося раствора цианоаурата натрия Na[Au(CN)2] осаждается либо цинковой пылью, либо на специальных ионнообменых смолах.
Метод цианирования первоначально применялся на крупных заводах, где порода дробилась и цианирование проводилось в специальных чанах. Однако развитие технологии привело к появлению метода кучного выщелачивания, который заключается в следующем: готовится водонепроницаемая площадка, на неё насыпается руда и её орошают растворами цианидов, которые, просачиваясь через толщу породы, растворяют золото. После этого они поступают в специальные сорбционные колонны, в которых золото осаждается, а регенерированный раствор вновь отправляется на кучу.
Метод цианирования ограничен минеральным составом руд, он неприменим, если руда содержит большое количество сульфидов или арсенидов, так как цианиды реагируют с этими минералами. Поэтому цианированием перерабатываются малосульфидные руды или руды из зоны окисления, в которой сульфиды и арсениды окислены атмосферным кислородом.
Для извлечения золота из сульфидных руд используются сложные многоэтапные технологии. Золото, добытое из месторождений, содержит различные примеси, поэтому его подвергают специальным процессам высокой очистки, которые производятся на аффинажных заводах.
Регенерация осуществляется действием 10 % раствора щелочи на растворы солей золота с последующим осаждением аффинажного золота на алюминий из горячего раствора гидроксида [3].
4. Технология кучного выщелачивания золота. Кучное выщелачивание золота применяется при разработке небольших месторождений, переработке старых отвалов, бедных забалансовых руд. Выщелачивание ведётся цианистыми растворами. В руде не должно быть избытка тонких фракций, а также глины, препятствующих просачиванию раствора. Оптимальной считается крупность руды до 5 мм.
Содержание золота в исходной руде 0.5 – 10 г/т. Куча должна быть относительно небольшой ёмкости – около 10000 т руды. Основание кучи должно быть заасфальтировано либо покрыто полимерной плёнкой.
Технология выщелачивания золота включает следующие операции:
1. Растворение золота 0.1 % раствором цианистого натрия с получением продуктивного раствора (1 часть золота на 2*106 частей воды);
2. Абсорбция золота углём с последующей десорбцией в горячих щелочных растворах;
3. Электролитическое осаждение золота.
Цианистые растворы готовят смешивая воду с NaCN (0.5 – 1 г/л). рН поддерживают 10 – 10,5, регулируя подачей извести. Продолжительность выщелачивания составляет 30 – 80 суток. Промывают руду 10 – 20 суток. Извлечение золота составляет 60 – 80 %. Процесс используется в США, Канаде, Африке и других странах.
Золото как объект инвестирования
Золото является важнейшим элементом мировой финансовой системы, поскольку данный металл не подвержен коррозии, имеет много сфер технического применения, а запасы его невелики. Золото практически не терялось в процессе исторических катаклизмов, а лишь накапливалось и переплавлялось. В настоящее время мировые банковские резервы золота оцениваются в 32 тыс. тонн (если сплавить все это золото воедино, получится куб со стороной всего лишь 12 м).
Золото издавна использовалось многими народами в качестве денег. Золотые монеты — самый хорошо сохраняющийся памятник старины. Однако как монопольный денежный товар оно утвердилось только к XIX веку. Вплоть до Первой мировой войны все мировые валюты были основаны на золотом стандарте (период 1870—1914 называют «золотым веком»). Бумажные купюры в это время выполняли роль удостоверений о наличии золота. Они свободно обменивались на золото.
Золото для инвестиций выступает в нескольких формах — золотые слитки, золотые монеты, золотой песок. Инвестиционные монеты являются лучшим средством для инвестиций в РФ: покупатель не платит НДС. Тем не менее, цена за 1 грамм золота в монетах в России превышает цену 1 грамма в слитках даже с учетом НДС и процентов на спред последнего (например, в Сбербанке РФ). В отличие от аукционов E-bay, где стоимость чётко коррелирует с мировой ценой. Золото в монетах чеканки Uncirculated (название чеканки для инвестиционных монет) может стоить на 20-30 % дороже золота в слитках 50 или 100 граммовых, даже с учетом того, что за золото в слитке платится 18 % НДС и проценты так называемого «спреда» банку (около 2 % на покупку золота банком и 2 % на его продажу Вам, то есть в сумме около 4 % помимо НДС).
Кроме того, динамика цен на золото является важнейшим экономическим индикатором, позволяя оценить склонность инвесторов к риску. Зачастую можно наблюдать, что цена на золото и фондовые индексы движутся в противофазе, так как в периоды неустойчивой экономической ситуации инвесторы предпочитают консервативные активы, защищенные от полного обесценивания. И наоборот, когда ожидания роста экономики становятся оптимистичнее, аппетиты к повышенной доходности растут, заставляя котировки жёлтого металла снижаться [1].
Сегодня золото не теряет своей актуальности и всеэквивалентности, уступая лишь платине. Золото применяется во многих отраслях промышленности, ювелирном деле, медицине. На сегодня существует множество идей и тенденций в разработке новых технологий добычи и обогащения этого драгоценного металла.