Золото и его переробка
Реферат виконав студент Богдан Олександр
Національний Університет ім.Т.Г.Шевченка
Київ
Основные свойства Начинать разговор о золоте лучше всего со свойств этого металла и только потом переходить к тому, как эти свойства используются человеком. Золото интересно тем, что в его характеристиках весьма часто употребляется слово “очень”, но редко “самый”, так как до “самого” этому металлу почти всегда немного не хватает.
Оно очень тяжелое, но платина все-таки тяжелее. Плотность золота 19,32 г/см3 . Это значит, что золотой шар диаметром всего лишь 46 мм будет иметь массу, равную 1 кг. Здесь мы указали плотность химически чистого золота, но, поскольку в природе такое не встречается, его “естественная” плотность в зависимости от количества примесей может составлять от 15-16 до 18-19 г/см3.
Золото очень мягкий металл (и опять-таки не самый мягкий, свинец и олово, например, еще мягче). Чистое золото царапается ногтем. Мягкость всегда делала золото очень удобным для обработки материалом.
Но в тоже время она никогда не доставляла радости владельцам золотых украшений, которые легко царапаются, теряют свой блеск и привлекательность. Поэтому при изготовлении ювелирных изделий в золото добавляют для крепости другие металлы, обычно медь или серебро.
Золото очень легко истирается, превращаясь в тончайшую пыль. Благодаря этому свойству оно рассеяно везде, и таким образом, широко распространено в природе.
Золото очень ковко и тягуче, что, конечно, является результатом его мягкости. Однако ковкость и тягучесть золота принято рассматривать отдельно, поскольку благодаря этим свойствам оно обладает такими возможностями для его обработки, которые могут поразить даже весьма осведомленного человека. Золото можно расковать до такой малой толщены, что оно станет на просвет зеленого цвета. Толщина такого золотого листка составляет 1 мкм (0,001 мм). 1 г золота можно превратить в проволоку длиной более 300 м, а одним килограммом золотой фольги можно покрыть поверхность площадью 530 м2.
Золото - хороший проводник тепла и электрического тока, опять-таки очень хороший но не самый. По этим качествам оно уступает четырем металлам, в частности серебру. Температура плавления золота 1063 ОС, оно обладает большой летучестью, которая возрастает при повышении температуры. Модуль упругости золота 79 х 103 Па.
Наибольшей прочностью при разрыве обладает золотая проволока, протянутая в холодном состоянии.
В природе золото встречается чаще всего в самородном виде. Реже оно входит в состав некоторых минералов, часть из которых приведена ниже Табл.1.
МИНЕРАЛ
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ, %
Золото
Au (70 - 100), Ag (следы - 30), Fe (0 - 1), Cu (0 - 1,4)
Электрум
Au (57 - 70), Ag (30 - 43), Fe (0 -1), Cu (0 - 1,4)
Кюстелит
Au (20 - 28), Ag (72 – 80)
Серебро
Au (0-0,8), Ag (98 - 100), Fe (0 - 0,1), Cu (0 -0,01), Hg (0 – 1,1)
Медистое золото
Au (74,3 – 80,1), Ag (2,3 - 20), Cu (9 – 20,4), Bi (0 – 0,26)
Порпецит
Au (85,98), Ag (4,17), Cu (0,1), Pb (8,2 – 11,6)
Мольдонит
Au (64,5), Bi (35,5)
Золотые амальгамы
Au (34,2 – 41,6), Ag (0 - 5), Hg (57,4 – 61), Pt (0 – 0,1)
Платинистое золото
Au (86), Ag (3), Pt (10,5)
Иридистое золото
Au (62,1), Ag (2,1), Fe (0,6), Cu (0,6), Pb (следы), Pt (3,8), Ir (30)
Родистое золото
Au (88,4), Rh (11,6)
Кроме выше указанных встречаются также минералы, в которых золото соединео с теллуром, - петцит, калаверит, креннерит, сильванит, нагиягит.
Самородное золото, имеющее примеси серебра и меди, существенно отличается от искусственных сплавов с этими же металлами. Сплав имеет однородную структуру, которая образуется в результате затвердевания расплавленной смеси металлов. Самородный металл появляется в результате кристаллизации из водных растворов.
В чистом виде золото имеет красивый соломенно-желтый цвет с сильным металлическим блеском. В данном случае можно сказать что золото – самый желтый из всех металлов.
В природе золото в чистом виде не встречается, а металлы-примеси (прежде всего медь и серебро) придают ему различные цвета и оттенки – от бледно-желтого (даже зеленоватого) до ярко желто-красного. Примесь палладия окрашивает золото в белый цвет (“белое” золото).
Цвет золота также зависит от толщены куска металла и его агрегатного состояния. Так, очень тонкая золотая пластинка имеет на просвет, как говорилось выше, зеленый цвет. Такого же цвета и расплавленное золото, а его пары – зеленовато-желтого. В депрессионном состоянии золото обычно рубинового или темно-фиолетового цвета. К цвету золота мы еще вернемся, когда будем говорить о его применении.
Иногда самородное золото бывает покрыто пленкой оксидов железа. В этом случае цвет его может быть самым заурядным – грязно-бурым, коричневым, а то и почти черным. При добыче такое золото очень трудно отличить от вмещающей пустой породы, и поэтому нужен весьма тщательный контроль, чтобы избежать потерь. О таком золоте говорят что оно “в рубашке”, которая может состоять не только из оксидов железа. В некоторых случаях это могут быть мельчайшие частицы пустой породы, вдавленные в поверхность золотины. Надо сказать, что такая “рубашка” не только мешает различать золото, но и затрудняет его обработку – амальгамацию или цианирование
Золото хорошо поглощает рентгеновские лучи. Дробность атомной массы природного золота (196,9) говорит о том, что оно состоит из смеси различных изотопов. Как и положено “благородному” металлу, золото в химические реакции вступает очень не охотно (опять “очень”), но с некоторыми элементами оно все-таки взаимодействует, в частности с галоидами (хлором, бромом, йодом), образуя соединения типа AuCl, AuCl3. Взаимодействует оно также с цианидами, ртутью и теллуром. Существуют соединения полученные искусственным путем, в том числе и так называемое гремучее золото – Au(NH)3, (CH)3, которое легко взрывается при ударе или просто при нагреве. В некоторых жидкостях, хотя и очень трудно, золото растворяется. В воде, содержащей хлор, серную кислоту или гумусовые кислоты, можно растворить небольшое количество золота; в смеси азотной (одна часть) и соляной (три части) кислот, называемой “ЦАРСКОЙ ВОДКОЙ”, а также в цианидах (в слабых растворах) растворимость золота значительно выше, и этим широко пользуются в практике золотодобычи. Извлечение золота из руд, песков и концентратов, основанное на его растворении в цианидах, - один из основных процессов при его гидрометаллургической переработке.
Золото кристаллизуется в кубической системе. Форма кристаллов может быть удлиненной или октаэдрической. При затвердевании после плавки кристаллы золота выглядят неправильными многоугольниками. Чем медленнее идет охлаждение, тем больше размеры кристаллов.
В 1953 году Ф. Фриденсбург, исходя из предельной глубины разработки 3000 м, определил, что земная кора содержит 4 470 000 000 т золота. В настоящее время золотые рудники ЮАР вплотную подошли к 4-километровой глубине. Результаты расчетов для этой глубины еще более впечатляющие.
Находки золота в метеоритах являются неопровержимым доказательством того, что золото распространено не только на Земле, но и на других космических телах. Об этом, к тати, спектральные линии золота обнаруженные на Солнце.
Но золото встречается не только в горных породах. Весьма много его в морях и океанах, хотя концентрация его и общее количество не установлены. Раннее считалось, что в тонне морской воды находится от 5 до 10 мг золота. В настоя время можно считать установленным, что в действительности его немного меньше – от 0,001 до 0,4 мг. Но если принять даже содержание золота в тонне воды равным 0,02 мг, то и в этом случае в Мировом океане должно быть около 27 млн. т желтого металла. Вполне закономерно, что человек уже неоднократно задумывался над тем, как извлечь золото из морской воды. В этом направлении работали многие специалисты, но результаты пока неутешительны. При существующем уровне технологий, золото из морской воды добывать можно, но издержки производства при этом будут столь велики, что сама добыча теряет всякий смысл.
Джон Густафон сообщает, что профессор Тюбингенского университета Байер из 100 л воды, взятой в неаполитанском заливе, извлек 1,4 мг золота. Это необычно высокая концентрация. В прибрежных водах США в 1901 году Вагнером было установлено содержание золота в тоне воды, равное 16 мг. В 1923 году исследования Хабера и Аррениуса в Атлантическом океане у берегов Северной Европы показали содержание золота на тонну воды равным 0,014-0,4 мг. У берегов Австралии были обнаружены сравнительно высокие концентрации – от 3,65 до 65 мг/т.
В морской воде содержится не только раствореное золото. Недавно в Красном море обнаружены так называемые “придонные илы”, которые, кроме золота, в значительных количествах содержат во взвешенном состоянии многие другие полезные материалы.
Предполагают, что “придонные илы” образовались в результате деятельности природных источников термальных вод. Золото здесь представлено настолько малыми частицами, что его извлечение пока не может быть осуществлено. И все-таки золота “придонных илов” заставляет многих исследователей искать пути его получения, поскольку колоссальное количество драгоценного металла, наличие которого предполагается в земном ядре, добыть еще труднее.
Золото попадает в воды морей самыми различными путями. Прежде всего этому способствуют реки, которые на своем пути размывают золотосодержащие породы, растворяют некоторое количество освободившегося золота и несут в своих струях мельчайшие золотые пылинки.
Согласно расчетам река Амур ежегодно выбрасывает в Татарский пролив более 8 т золота, что превышает годовую добычу ряда золотодобывающих стран.
Часть золота попадает в море из метеоритного вещества. В своей книге Л.В.Фирсов указывает, что ежегодно в атмосфере земли распыляется около 3500т метеоритного вещества, в котором находится примерно 18 кг золота. Следовательно, только за последний миллион лет в земной атмосфере было распылено 18 тыс. т золота, большая часть которого в конечном итоге попала в Мировой океан.
По наблюдениям французских ученых вулкан Этна на острове Сицилия ежедневно вместе с пеплом выбрасывает в атмосферу в виде мельчайших частиц 2,5 кг золота.
Золото попадает в океан и из золотосодержащих горных пород, имеющих выход в береговой зоне или на морском дне.
Можно сказать что золото окружает нас буквально по всюду, в небольших концентрациях оно содержится в почве, грунтовых водах, растениях, организмах животных. В растения оно попадает вместе с солями, растворенными в грунтовых водах, с растительной пищей поступает в организм животных. Впервые “растительное” золото обнаружено в золе растений французским химиком Клодом Луи Бертоле .Из тонны еловой древесины можно извлечь 1,27 мг золота, из тонны осины – 2 мг, из тонны березы – всего 0,6 мг. Хорошо накапливает золото кукуруза, а обычный хвощ, растущий на почве с содержанием золота около 0,1 мг в тонне, может накопить столько металла, что в тонне золы окажется 6 г золота. В тонне каменного угля обнаруживают до 10 мг золота (уголь образовывается из древесины).
В Британском центре ядерных исследований подвергли анализу шерсть оленей и других животных из заповедников страны и установили в ней наличие золота. В воде и в почве заповедника этот металл не обнаружен. Поэтому вопрос откуда он взялся в шерсти животных пока не ясен. Золото формируется в белковой структуре волос в небольших, но одинаковых для всех животных количествах. Это позволяет думать, что оно играет определенную роль в жизнедеятельности организмов.
Таким образом, золото есть повсюду, даже в виноградном вине (это обнаружил Русель Д’Арсэ еще в 1779 году).
Если условно считать (учитывая все разрабатывавшиеся месторождения в мире) промышленным считать содержание золота в руде 3-4 г/т, то это составит 0,0003-0,0004%. По отношению к оловянной руде это в тысячу раз меньшая концентрация, а по отношению к железно руде в сотни тысяч раз. Этим и определяется высокая трудоемкость добычи золота. Найти золотую руду, выгодную для разработки тоже гораздо труднее, чем железную. Месторождения золотых руд отличаются весьма сложным строением и залеганием.
Местонахождения богатейших месторождений
Хотя промышленные концентрации золота обычно невысоки, тем не менее встречались месторождения с поразительно большим содержанием драгоценного металла. Так известны рудники и прииски, где среднее содержание золота составляло 60-80, а иногда и 100г на каждую тонну руды или песков.
К ним в первую очередь следует отнести “Дорн” в Южной Каролине, “Литтл Джони” в Колорадо (США), “Санта Маргарита” в районе Чихуахуа (Мексика), “Эль Калас” (Венесуэла), “Тимбукту Риф” (Западная Австралия). В районе Клондайка широкую известность получили такие россыпи, как “Эльдорадо” и “Бонанца” (Южная Америка).
Когда речь идет о золоте, обычно называют его пробу и отмечают ее в виде цифры на изделии. ПРОБА – ЭТО ЧИСЛО ВЕСОВЫХ ЧАСТЕЙ ХИМИЧЕСКИ ЧИСТОГО ЗОЛОТА В 1000 ЧАСТЯХ САМОРОДНОГО ЗОЛОТА ИЛИ СПЛАВА.
В России в ювелирном деле для золота установлены следующие пробы: 375, 500, 583, 750, 958. В применении к золоту используется и такая единица как КАРАТ. Но этот , “золотой карат” означает не абсолютное количество золота, а относительное его содержание в сплаве. Принято , что чистому золоту соответствует 24 карата, тогда золото 500 пробы будет 12 карат, а 750 – 18 карат. УНЦИЯ-1 унция золота равна 31,1г.
Проба в различных системах
Система проб
Сплав, его применение
Метрическая
Каратная
Русская
1000
24
96
Чистое золото
958
23
92
Высокопробный ювелирный сплав
916
22
88
Британский монетный сплав
900
21,6
86,4
Международный монетный сплав
750
18
72
Сплав для дорогих ювелирных изделий
583
14
56
Ювелирный сплав, для перьев ручек, часов
500
12
48
Сплав для дешевых ювелирных изделий
375
9
36
Сплав для дешевых ювелирных изделий
Динамика изменения цен на золото.
Сокращение предложения золота из новой добычи возмещаются поставками вторичного металла, получаемого от переработки ранее изготовленной золотосодержащей продукции (золотого лома). Поступления из этого источника превысили 600-тонную отметку.
Переработка золотого лома (в т чистого металла)
1991 г.
1992 г.
1993 г.
1994 г.
1995 г.
Индустриальные страны
120
89
118
115
123
В том числе:
США
39
44
51
54
55
Япония
43
13
20
14
16
Италия
14
11
23
23
27
Развивающиеся страны
330
359
414
457
461
В том числе:
Индия
70
75
91
90
97
Египет
54
57
46
43
40
Саудовская Аравия
48
73
91
96
97
“Восточный блок”
20
25
26
22
18
Мировой итог
470
473
558
594
602
Особенности скупки и переработки золотого лома в различных регионах мира:
Преобладающая доля вторичного металла происходит из преимущественно из Среднего Востока, Индийского субконтинента.
Главный источник золотого лома - ювелирная продукция, вышедшая из моды или реализуемая владельцами вследствие нужды в деньгах. В США перерабатывают свыше 45% всего золотого лома развитых стран, из этих изделий получают 75% вторичного металла.
Вторичный металл формирует существенную часть сырьевой базы ювелирного промысла развивающихся стран.
Золото встречается в природе почти исключительно в самородном состоянии, главным обра-зом в виде мелких зёрен, вкраплённых в кварц или содержащихся в кварцевом песке. В небоьших ко-личествах золото встречается в сульфидных рудах железа, свинца и меди. Следы его открыты в мор-ской воде. Общее содержание золота в земной коре составляет около 5*10-7 вес.%. Крупные место-рождения золота находятся в Южной Африке, на Аляске, в Канаде и Австралии.
Золото отделяется от песка и измельченной кварцевой породы промыванием водой, которая уносит частицы песка, как более лёгкие, или обработкой песка жидкостями, растворяющими золото. Чаще всего применяется раствор цианида натрия (NaCN), в котором золото растворяется в присутст-вии кислорода с образованием компелексных анионов [Au(CN)2]-:
4Au + 8NaCN + O2 + 2H20 —> 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH
Из полученного раствора золото выделяют цинком:
2Na[Au(CN)2] + Zn —> Na2[Zn(CN)4] + 2Au
Освобождённое золото обрабатывают для отделения от него цинка разбавленной серной кис-лотой, промывают и высушивают. Дальнейшая очистка золота от примесей (главным образом от се-ребра) производится обработкой его горячей концентрированной серной кислотой или путём электро-лиза.
Метод извлечения золота из руд с помощью растворов цианидов калия или натрия был разра-ботан в 1843 году русским инженером П.Р.Багратионом. Этот метод, принадлежащий к гидрометал-лургическим способам получения металлов, в настоящее время наиболее распространён в металлур-гии золота.
Золото — ярко-жёлтый блестящий металл. Оно очень ковко и пластично; путём прокатки из не-го можно получить листочки толщиной менее 0.0002 мм, а из 1 грамма золота можно вытянуть прово-локу длиной 3.5 км. Золото — прекрасный проводник тепла и электрического тока, уступающий в этом отношении только серебру и меди.
Ввиду мягкости золото употребляется в сплавах, обычно с серебром или медью. Эти сплавы применяются для электрических контактов, для зубопротезирования и в ювелирном деле. В химическом отношении золото — малоактивный металл. На воздухе оно не изменяется даже при сильном нагревании. Кислоты в отдельности не действуют на золото, но в смеси соляной и азотной кислот (царской водке) золото легко растворяется:
Au + HNO3 + 3HCl —> AuCl3 + NO + 2H2O
Так же легко растворяется золото в хлорной воде и в аэрируемых (продуваемых воздухом) растворах цианидов щелочным металлов. Ртуть тоже растворяет золото, образуя амальгаму, которая при содержании более 15% золота становится твёрдой.
Известны два ряда соединений золота, отвечающие степеням окислённости +1 и +3. Так, золо-то образует два оксида — оксид золота(I), или закись золота, - Au2O - и оксид золота(III), или окись золота - Au2O3. Более устойчивы соединения, в которых золото имеет степень окисления +3.
Все соединения золота легко разлагаются при нагревании с выделением металлического золота.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://ref.com.ua