Золотодобыча как процесс извлечения золота из естественных источников

Золотодобыча  — процесс извлечения золота из естественных источников.

 

Среднее содержание золота в литосфере составляет 4,3 × 10−7% по массе. Люди добывают золото с  незапамятных времён. Существует несколько  основных методов добычи золота, основными  из которых является промывание речного  песка и добыча золотоносной породы в шахтах. Из золотоносной породы золото можно извлечь амальгамированием, хлорированием, цианидным способом.

Всего человечеством  было добыто более 140 тысяч тонн золота. Из них более 40 % ушло на ювелирные  изделия, а 12 % на технические цели.

Собранное в одном  месте, добытое за всю историю  золото образовало бы куб с ребром, равным 19 м, то есть высотой с пятиэтажный  дом (тогда как руда и песок, из которого это золото извлечено, представляло бы гору высотой более 2,5 км). Золото, добываемое сейчас во всем мире за один год, поместилось бы в комнате  средних размеров.

Основные золотодобывающие страны: ЮАР, США, Австралия, Канада, Китай  и Россия.

В России первым золотодобытчиком считается Ерофей Марков, памятник которому стоит в городе Берёзовский  близ Екатеринбурга. 

Об истории добычи самородного золота см. золотая лихорадка в Сибири, золотая лихорадка на Аляске

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.

Наиболее устойчивая степень окисления золота в соединениях +3, в этой степени окисления оно  легко образует с однозарядными  анионами (F−, Cl−. CN−) устойчивые плоские квадратные комплексы [AuX4]−. Относительно устойчивы также соединения со степенью окисления +1, дающие линейные комплексы [AuX2]−. Долгое время считалось, что +3 — высшая из возможных степеней окисления золота, однако, используя дифторид криптона, удалось получить соединения Au+5 (фторид AuF5, соли комплекса [AuF6]−). Соединения золота(V) стабильны лишь со фтором и являются сильнейшими окислителями.

Степень окисления +2 для золота нехарактерна, в веществах, в которых она формально равна 2, половина золота, как правило, окислена до +1, а половина — до +3, например, правильной ионной формулой сульфата золота(II) AuSO4 будет не Au2+(SO4)2−, а Au1+Au3+(SO4)2−2. Недавно обнаружены комплексы в которых золото всё-таки имеет степень окисления +2.

Есть соединения золота со степенью окисления −1. Например CsAu (Аурид цезия) Na3Au (Аурид натрия) [2]. Эти соединения называют Ауриды.

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−

Цианоаураты легко восстанавливаются до чистого золота:

2Na[Au(CN)2] + Zn = Na2[Zn(CN)4] + 2Au

В случае реакции  с хлором возможность комплексообразования также значительно облегчает ход реакции: если с сухим хлором золото реагирует при ~200 °C с образованием хлорида золота(III), то в концентрированном водном растворе соляной и азотной кислот (царская водка) золото растворяется с образованием хлораурат-иона уже при комнатной температуре:

2Au + 3Cl2 + 2Cl− → 2[AuCl4]−

Золото легко реагирует  с жидким бромом и его растворами в воде и органических растворителях, давая трибромид AuBr3 [3].

Со фтором золото реагирует в интервале температур 300−400 °C, при более низких реакция не идёт, а при более высоких фториды золота разлагаются.

Золото также растворяется во ртути, фактически образуя легкоплавкий сплав (амальгаму).

Физиологическое воздействие

Некоторые соединения золота токсичны, накапливаются в  почках, печени, селезёнке и гипоталамусе, что может привести к органическим заболеваниям и дерматитам, стоматитам, тромбоцитопении. Органические соединения золота (препараты кризанол и ауранофин) применяются в медицине при лечении аутоиммунных заболеваний, в частности ревматоидного артрита. 
 

Геохимия  золота

Содержание золота в земной коре очень низкое — 0,5÷5 мкг/кг [4] [5] , 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, что соответствует 4 килограммам золота в 1 кубическом километре воды.

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.

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 19621кг/м³ (шар из чистого  золота диаметром 46 мм имеет массу 1 кг). Литровая бутыль, заполненная золотым  песком, весит приблизительно 16 кг[источник не указан 121 день]. 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. 

Распространение в природе и  добыча

Добыча благородных  металлов в России началась в XVII веке в Забайкалье с разработки серебряных руд, которая велась подземным способом. Первое письменное упоминание о добыче золота из россыпей Урала относится  к 1669 (летопись Долматовского монастыря). Одно из первых месторождений золота в России было открыто в Карелии в 1737; его разработка относится к 1745. Началом золотого промысла на Урале принято считать 1745, когда Е. Марков открыл Берёзовское рудное месторождение. В 1819 в россыпных месторождениях золота на Урале был обнаружен «новый сибирский металл» (платина). В 1824 на восточном склоне Уральских гор найдена богатая россыпь платины с золотом и заложен первый в России и Европе платиновый прииск. Позднее К. П. Голляховским и др. открыта Исовская система золото-платиновых россыпей, получившая мировую известность. В 1828 русский учёный В. В. Любарский опубликовал работы о первом в мире коренном месторождении платины, обнаруженном у Главного Уральского хребта. 95 % платины до 1915 года в основном добывали из россыпей, остальное количество получали при электролитическом рафинировании меди и золота.

Для извлечения благородных  металлов из россыпных месторождений  в XIX веке создаются многочисленные конструкции золотоизвлекательных машин (например, бутара, вашгерд). С 1-й половины XIX века на уральских приисках широко применялась буторная разработка. В 30-х гг. XIX века на приисках воду для размыва пород россыпей подавали под напором. Дальнейшее совершенствование этого способа привело к созданию водобоев — прототипов гидромонитора. В 1867 А. П. Чаусов около озера Байкал впервые осуществил гидравлическую разработку россыпи; позднее (1888) этот способ был применен Е. А. Черкасовым в долине реки Чебалсук в Абаканской тайге. В начале XIX века для добычи золота и платины из обводнённых россыпей применили землечерпалки, а в 1870 в Новой Зеландии для этой цели — драгу.

Начиная со 2-й половины XIX века глубокие россыпи в России разрабатываются подземным способом, а в 90-х гг. XIX века внедряются экскаваторы и скреперы.

В 1767 Ф. Бакунин в  России впервые применил плавку серебряных руд с использованием шлаков в  качестве флюсов. В работах шведского  химика К. В. Шееле (1772) содержалось указание на переход золота в раствор при действии цианистых соединений. В 1843 русский учёный П. Р. Багратион опубликовал труд о растворении золота и серебра в водных растворах цианистых солей в присутствии кислорода и окислителей, заложив основы гидрометаллургии золота. 

Технология  металлической платины

Очистка и обработка  платины затруднялась высокой температурой её плавления (1773,5° С). В 1-й половине XIX века А. А. Мусин-Пушкин получил ковкую платину прокаливанием её амальгамы. В 1827 русские учёные П. Г. Соболевский  и В. В. Любарский предложили новый  способ очистки сырой платины, положивший начало порошковой металлургии. В течение  года этим способом было очищено впервые  в мире около 800 кг платины, то есть осуществлена переработка платины в больших масштабах. В 1859 французские учёные А. Э. Сент-Клер Девиль и А. Дебре впервые выплавили платину в печи в кислородно-водородном пламени. Первые работы по электролизу золота относятся к 1863, в производство этот метод введён в 80-х гг. XIX века.

Цианистый процесс

Кроме амальгамации, в 1886 впервые в России было осуществлено извлечение золота из руд хлорированием (Кочкарьский рудник на Урале). В 1896 году на том же руднике пущен первый в России завод по извлечению золота цианированием (первый такой завод построен в Йоханнесбурге (Южная Африка) в 1890). Вскоре цианистый процесс применили для извлечения серебра из руд.

В 1887—1888 в Англии Дж. С. Мак-Артур и братья Р. и У. Форрест получили патенты на способы извлечения золота из руд обработкой их разбавленными щелочными цианистыми растворами и осаждения золота из этих растворов цинковой стружкой. В 1893 проведено осаждение золота электролизом, в 1894 — цинковой пылью. В СССР золото добывают в основном из россыпей; за рубежом около 90 % золота — из рудных месторождений.

По эффективности  добычи благородных металлов из россыпей лучшим является дражный способ, менее  экономичны скреперно-бульдозерный и  гидравлический. Подземная разработка россыпей почти в 1,5 раза дороже дражного способа; в СССР её применяют на глубоких россыпях в долинах рр. Лены и Колымы. Серебро добывают главным образом из рудных месторождений. Оно встречается в основном в свинцово-цинковых месторождениях, дающих ежегодно около 50 % всего добываемого серебра; из медных руд получают 15 %, из золотых 10 % серебра; около 25 % добычи серебра приходится на серебряные жильные месторождения. Значительную часть платиновых металлов извлекают из медно-никелевых руд. Платину и металлы её группы выплавляют вместе с медью и никелем, и при очистке последних электролизом они остаются в шламе. 

Гидрометаллургия

Для извлечения благородных  металлов широко пользуются методами гидрометаллургии, часто комбинируемыми с обогащением. Гравитационное обогащение благородных металлов позволяет  выделять крупные частицы металла. Его дополняют цианирование и  амальгамация, первое теоретическое  обоснование которой дано советским  учёным И. Н. Плаксиным в 1927. Для цианирования наиболее благоприятно хлористое серебро; сульфидные серебряные руды часто цианируют после предварительного хлорирующего обжига. Золото и серебро из цианистых растворов осаждают обычно металлическим цинком, реже углём и смолами (ионитами). Извлекают золото и серебро из руд селективной флотацией. Около 80 % серебра получают главным образом пирометаллургией, остальное количество — амальгамацией и цианированием. 

Аффинаж

Благородные металлы  высокой чистоты получают аффинажем. Потери золота при этом (включая  плавку) не превышают 0,06 %, содержание золота в аффинированном металле обычно не ниже 999,9 пробы; потери платиновых металлов не свыше 0,1 %. Ведутся работы по интенсификации цианистого процесса (цианирование под  давлением или при продувке кислорода), изыскиваются нетоксичные растворители для извлечения благородных металлов, разрабатываются комбинированные  методы (например, флотационно-гидрометаллургический), применяются органические реагенты и др. Осаждение благородных металлов из цианистых растворов и пульп  эффективно осуществляется с помощью  ионообменных смол. Успешно извлекаются  благородные металлы из месторождений  при помощи бактерий (см. Бактериальное выщелачивание).