Что нужно для раствора золота

В чем растворяется золото: обзор химикатов, способных растворить золото

Золото — крайне малоактивный металл. Даже в природе оно встречается, в основном, в виде самородков (в отличие от щелочных и щелочноземельных металлов, находящихся исключительно в составе минералов или других соединений). При долгом нахождении на воздухе оно не окисляется кислородом ( сей благородный металл ценят в том числе и за это). Поэтому найти, в чем растворяется золото, достаточно сложно, но можно.

Промышленный метод

При добыче золота из так называемых золотоносных песков приходится работать со взвесью примерно одинаково мелких частиц золота и песчинок, которые нужно отделить друг от друга. Можно сделать это с помощью промывания, а можно использовать цианид натрия или калия — разницы нет. Дело в том, что золото образует растворимый комплекс с цианид-ионами, а песок не растворяется и остается как есть.

Ключевым моментом в этой реакции является наличие кислорода (того, что содержится в воздухе, достаточно): кислород окисляет золото в присутствии цианид-ионов и получается комплекс. При недостаточном количестве воздуха или сама по себе без цианида реакция не идет.

Сейчас это наиболее распространенный способ промышленного получения золота. Конечно, до получения конечного продукта еще много стадий, но нас интересует конкретно этот этап: растворы цианидов — то, в чем растворяется золото.

Амальгама

Процесс амальгамации также применяют в промышленности, только уже при работе с рудами и твердыми породами. Суть его заключается в способности ртути образовывать амальгаму — интерметаллическое соединение. Строго говоря, ртуть в этом процессе не растворяет золото: оно остается в амальгаме в твердом виде.

При амальгамации идет смачивание породы жидкой ртутью. Однако процесс «вытягивания» золота в амальгаму долгий, опасный (пары ртути ядовиты) и малоэффективный, поэтому этот метод уже редко где применяют.

Царская водка

Есть много кислот, способных разъедать живые ткани и оставлять страшные химические ожоги (вплоть до летального исхода). Однако нет такой одиночной кислоты, в какой растворяется золото. Из всех кислот подействовать на него может только знаменитая смесь — царская водка. Это азотная и соляная (хлороводородная) кислоты, взятые в соотношении 3 к 1 по объему. Замечательные свойства этого адского коктейля обусловлены тем, что кислоты берутся в очень больших концентрациях, что сильно повышает их окислительную способность.

Царская водка начинает действовать с того, что азотная кислота начинает окислять сперва соляную, и в ходе этой реакции образуется атомарный хлор — очень реакционноспособная частица. Именно она идет на атаку золота и образует с ним комплекс — золотохлористоводородную кислоту.

Это очень полезный реактив. Очень часто золото хранят в лаборатории именно в виде кристаллогидрата такой кислоты. Нам же оно служит лишь подтверждением того, что золото растворяется в царской водке.

Стоит еще раз обратить внимание на то, что окисляет металл в этой реакции не одна из двух кислот, а продукт их взаимной реакции. Так что если взять, например, одну лишь «азотку» — известную кислоту-окислитель — ничего не выйдет. Ни концентрация, ни температура не смогут сделать так, чтобы золото растворилось в азотной кислоте.

Хлорка

В отличие от кислот, в частности хлороводородной кислоты, отдельные вещества могут стать тем, в чем растворяется золото. Широко известная бытовая хлорка — раствор газообразного хлора в воде. Конечно, обычным магазинным раствором ничего не сделаешь, нужны концентрации повыше.

Хлорная вода действует следующим образом: хлор диссоциирует на соляную и на хлорноватистую кислоты. Хлорноватистая кислота под светом разлагается на кислород и соляную кислоту. В таком разложении выделяется атомарный кислород: как и атомарный хлор в реакции с царской водкой, он очень активен и окисляет золото за милую душу. В итоге опять получается комплекс золота с хлором, как и в предыдущем способе.

Другие галогены

Кроме хлора, золото также неплохо окисляют и другие элементы седьмой группы таблицы Менделеева. В полной мере сказать о них: «то, в чем растворяется золото» — трудно.

С фтором золото может реагировать по-разному: при прямом синтезе (с температурой 300-400°С) образуется фторид золота III, который в воде немедленно гидролизуется. Он настолько неустойчив, что разлагается даже при воздействии плавиковой (фтороводородной) кислоты, хотя среди фторид-ионов ему должно быть комфортно.

Также действием сильнейших окислителей: фторидов благородных газов (криптона, ксенона) можно получить и фторид золота V. Такой фторид вообще взрывается при контакте с водой.

С бромом дела обстоят несколько проще. Бром в обычных условиях — жидкость, и золото неплохо рассеивается в его растворах, образуя растворимый бромид золота III.

С йодом золото также реагирует при нагревании (до 400°С), образуя йодид золота I (такая степень окисления объясняется меньшей активностью йода по сравнению с другими галогенами).

Таким образом, золото, несомненно, реагирует с галогенами, однако растворяется ли золото в них — спорное утверждение.

Раствор Люголя

На самом деле, йод (обычный йод I2) в воде нерастворим. А растворим его комплекс с йодидом калия. Это соединение называется раствором Люголя и он умеет растворять золото. Между прочим, им же часто смазывают горло болеющим ангиной, так что не все так однозначно.

Читайте также:  Subnautica свинец где достать

Эта реакция также идет через образование комплексов. Золото образует с йодом комплексные анионы. Используется, как правило, для травления золота — процесс, при котором взаимодействие идет только с поверхностью металла. Раствор Люголя удобен в этом случае, потому что в отличие от царской водки и цианидов, реакция идет заметно медленнее (и реактивы доступнее).

Бонус

Говоря о том, что одиночные кислоты — это то, в чем золото не растворяется, мы немного соврали — на самом деле такие кислоты есть.

Хлорная кислота — одна из самых сильных кислот. Ее окислительные свойства чрезвычайно высоки. В разбавленном растворе они проявляются плохо, однако в больших концентрациях творят чудеса. При реакции образуется ее соль перхлорат золота — желтый и неустойчивый.

Из кислот, в каких растворяется золото, есть еще горячая концентрированная селеновая кислота. В результате также образуется соль — селенат золота красно-желтого цвета.

Источник

Как растворить хлором золото в домашних условиях

Хлорка, широко применяемая в быту, — это водный раствор газообразного хлора, относящегося к группе галогенов. Для аффинажа хлорка, приобретенная в обычном магазине, не подойдет, т.к. ее концентрация слишком низка.

Концентрированный раствор хлора оказывает следующее действие: хлор распадается на соляную и хлорноватистую кислоты, вторая, в свою очередь, под действием солнечных лучей разлагается на соляную кислоту и кислород. Как и в реакции с царской водкой, выделяется атомарное вещество, которое с легкостью окисляет самородок.

Йод сам по себе — не растворимое в воде вещество. Растворяется его соединение с йодидом калия. Это лекарственный препарат под названием Люголь.

Золото растворяется в Люголе из-за того, что йод создает непрочные соединения — анионы. Но реакция проходит намного медленнее, нежели с кислотами, да и растворяется лишь верхний слой металла.

Метод Миллера:

Газообразный хлор пропускают через сырьё, содержащее золото. При этом другие металлы, снижающие пробу золота, переходят в легколетучие хлориды (порядок по эффективности удаления: цинк, железо, сурьма, олово, мышьяк, медь, свинец, висмут, серебро, теллур, селен).
Образующийся в результате реакции хлорид золота растворяют в воде или соляной кислоте.
Этот метод нельзя применять в домашних условиях, так как образуются летучие высокотоксичные высшие хлориды металлов. Более того, газообразный хлор, используемый в процессе, крайне ядовит. Эти яды воздействуют не только на работника, но и окружающую среду. Применение его возможно только на предприятиях со специальным вытяжным оборудованием.

Растворение золота в хлорной воде:

Газообразный хлор продувается через холодную воду или холодный раствор соляной кислоты. В полученном растворе золото будет растворяться при комнатной температуре. Нагревать хлорную воду не рекомендуется, так как при нагревании хлор будет улетучиваться из раствора.
Реакция хлора с водой:
Cl2 + H2O = HClO + HCl
Реакция хлорной воды с золотом:
2 Au + 3 HClO + 5 HCl = 2 H[AuCl4] + 3 H2O
Данный способ подходит для домашнего использования, если собрать прибор для получения хлора. Но с хлором нужно работать очень аккуратно и только на открытом воздухе.

Растворение золота в смеси соляной кислоты и гипохлорита натрия:

2 Au + 3 NaClO + 8 HCl = 2 H[AuCl4] + 3 NaCl + 3 H2O
Золото в таком растворе будет растворяться даже при комнатной температуре.
Раствор гипохлорита натрия продаётся в магазинах как хлорный отбеливатель «Белизна».
Этот метод подходит для домашних условий. Только придётся где-то достать соляную кислоту или самому сделать.

Анодное растворение металлического золота в соляной кислоте:

Реакция проводится в электролизной ванне, где неочищенное золото сплавлено в слиток и является анодом.
Au + 4 HCl − 3 e− = AuCl4− + 4 H+
Чтобы предотвратить выделение золота на катоде, электролиз проводится в ячейке с мембраной. Способ, в частности, используется для приготовления электролита при электрохимическом аффинаже золота. Часть золота присутствует в растворе в виде хлоридных комплексов золота(I) AuCl2-, что важно при низких концентрациях.
Такой способ плохо подходит для домашних условий из-за необходимости иметь золото, сплавленное в слиток.

Растворение золота в концентрированной хлорной кислоте:

2 Au + 8 HClO4 = Cl2 + 2 Au(ClO4)3 + 2 O2 + 4 H2O
Концентрированная HClO4 реагирует с золотом при комнатной температуре, при этом образуя различные нестойкие оксиды хлора и жёлтый раствор растворимого в воде перхлората золота (III). Реакция обусловлена сильной окислительной способностью Cl2O7.
Этот метод плохо подходит для домашних условий из-за труднодоступности хлорной кислоты и из-за токсичных газов, выделяющихся в ходе реакции.

Гидрохлорирование золотосодержащих руд, история проблемы

Использование хлора в рудном гидрометаллургическом цикле производства золота имеет достаточно длинную историю. С середины и до конца (80-90 годы) XIX столетия хлоринационное выщелачивание золота, основанное на образовании водорастворимого хлорокомплекса AuCl -4 по реакции:
2Au+3Cl2+2Cl-=2AuCl -4 ,

являлось основным и практически единственным способом гидроме­таллургической переработки золотосодержащих руд.

Впервые экспериментальные работы по извлечению золота хлором были проведены Перси, который сделал сообщение о них в 1848 г. Первая заводская хлоринационная установка была создана в 1849 г. в Рейхештейне. В последующие годы в США и Австралии построен ряд заводов по выщелачиванию золота из руд хлором с использованием различных вариантов аппаратурного оформления процесса /1/.

Хлоринацию газообразным хлором, как правило, производили под небольшим давлением в серии последовательно расположенных деревянных перколяционных чанов с плотными освинцованными крышками и ложными днищами, на поверхность которых насыпали слой гравия и песка. Хлор подавали в нижнюю часть чана (под песчаный фильтр) и пропитывали им руду в течение 12—36 ч. После этого чан заполняли водой. Вытесняемый при этом избыточный хлор через выпускную свинцовую трубу в верхней части чана поступал в последующий хлоринационный чан. После пропитывания хлором загрузки последнего чана, избыток его вытеснялся в 1-й чан, и этим цикл хлоринации завершался. Такая систем обеспечивала максимальную степень использования хлора, расход которого при обработке предварительно обожженной (с целью удаления сульфидной серы) руды составлял менее 1% от массы обрабатываемого материала.

Читайте также:  Как можно повысить жаропрочность стали

Усовершенствованный вариант хлоринации предусматривал использование в качестве основных реакционных аппаратов металлических вращающихся барабанов («бочек»), изготовленных из железа и футерованных изнутри свинцом. Аппараты имели производительность от 12 до 18 т руды и работали в периодическом режиме. Преимуществами данного способа хлоринации, по сравнению с предыдущим, являлись:

— перетирание рудного материала при выщелачивании (что имеет особое значение для удаления с поверхности золотых частиц пленок хлористого серебра);

— возможность работы при более высоком давлении хлора;

— использование вместо газообразного хлора других хлорсодержащих реагентов, в частности, хлорной извести, генерирующей Сl2 в результате взаимодействии Ca(OCl)2 с вводимой в процесс серной кислотой.

Процесс хлоринации в бочках осуществляли следующим образом. Сначала в бочку заливали воду, затем вводили хлорную известь и сверху загружали обожженную руду. После этого на слой руды заливали серную кислоту, и крышку, закрывающую люк, плотно затягивали болтами.

По опыту золотоизвлекательной фабрики «Криппл-Крик» (США) и некоторых других объектов, практикующих данную технологию, расход хлора в процессе «бочечной» хлоринации обожженных золото- и серебросодержащих руд составлял 0,15—0,5% от массы исходной руды.

Наиболее значительного масштаба хлоринационное выщелачивание золота достигнуто на фабрике «Маунт Морган» (Австралия), где этот процесс производили в открытых перколяционных чанах посредством выщелачивания руды хлорной водой. Руду подвергали сухому измельчению в шаровых мельницах до крупности минус 20 меш (0,84 мм) и обжигали во вращающихся цилиндрических печах. Обожженную руду выщелачивали в открытых бетонных чанах прямоугольной формы вместимостью по 100 т. Необходимую для процесса хлорную воду производили из газообразного хлора путем пропускания его через скрубберы с последующим накапливанием хлорной воды в закрывающихся емкостях, откуда затем подавали на орошение руды в открытые чаны-перколяторы. Раствор (с концентрацией хлора 1,4 г/л) заливали в чаны в таком количестве, чтобы уровень его был выше уровня руды. Контакт руды с раствором продолжался в течение 36—64 ч, при расходе хлора 1,3 кг на 1 т руды. Осаждение золота из растворов производили адсорбцией на «фильтрах» из древесного угля по реакции:

Извлечение золота описанным процессом, в зависимости от характера руды, составляло от 92 до 95%,

Кроме угольной адсорбции, как установлено многочисленными экспе­риментальными исследованиями, извлечение золота из хлоридных растворов может быть осуществлено и химическими способами с использованием в качестве осадителей металла сульфата железа (П), сернистого газа, а также сероводорода и сульфидов тяжелых металлов (СuS, PbS, FeS). В первых двух вариантах (FeSO4, SO2) золото осаждается в форме металла, в остальных случаях — в виде сульфида Au2S3.

Приведенное выше описание ранее применявшейся гидрохлориционной технологии извлечения золота из руд, естественно, соответствовало техническому уровню производства золота того периода. Однако многие моменты данной технологии не утратили своей актуальности и в настоящее время в связи с вновь возродившимся интересом к использованию хлора в гидрометаллургии золота (о чем будет сказано в последующих разделах статьи).

Кардинальным фактором, определившим судьбу гидрохлоринационного способа извлечения золота, явилось создание (1887—1889) и последующее бурное развитие процесса цианистого выщелачивания. Можно считать, что с освоением технологии цианирования произошла наиболее крупная техническая революция в мировой золотодобывающей промышленности. Благодаря своим технологическим, экономическим, а также, как это ни странно звучит на первый взгляд, и экологическим преимуществам (см.бюлл. «Золотодобыча», вып. 112—114, 2008), цианистый процесс прочно занял ведущее место в промышленной практике производства золота из руд коренных месторождений, вытеснив из нее все остальные альтернативные гидрометаллургические варианты, включая и хлоринацию.

Уже к 1918 г. в мире не осталось ни одной действующей установки по хлоринационному выщелачиванию золота из руд или рудных концентра­тов.

В то же время в СССР и за рубежом продолжались интенсивные исследования по изучению теоретических и технологических аспектов гидрохлоринационного процесса с сопоставлением показателей этого процесса с цианированием золотосодержащих руд и концентратов. При этом установлен ряд преимуществ гидрохлорирования, позволявших с достаточной степенью оптимизма оценивать перспективы его использования в золотодобывающей промышленности. К ним отнесены /2/:

а) более высокая скорость выщелачивания золота хлорхлоридными растворами в связи с использованием больших концентраций окислителя (молекулярного хлора). Так, например, И.А.Каковский (1975) определил, что в сопоставимых условиях удельная скорость растворения золота при хлоринации в 13 раз выше, чем при цианировании с использованием кислорода, и в 43 (!) раза выше, чем при цианировании с продувкой воздуха.

б) возможность получения богатых по содержанию Au солянокислых растворов, из которых впоследствии удобно извлекать золото прямым электролизом.

в) эффективность применения хлоринационного выщелачивания золота к различным рудным материалам, трудно поддающимся цианированию, например, к сурьмянистым, мышьяковистым, медистым, теллуристым концентратам.

Однако, как показали соответствующие технологические разработки, перечисленные выше преимущества гидрохлорирования, тем не менее, не могут в полной мере компенсировать такие главные недостатки этого процесса, как необходимость использования агрессивных химических сред (соответственно — коррозионноустойчивых конструкционных материалов) и, особенно, высокий расход хлора в гидрометаллургическом цикле. Последнее обстоятельство вызвано тем, что в отличие от щелочных цианистых растворов (как правило, с очень низкой концентрацией растворителя — NaCN) кислые хлорсодержащие растворы обладают ярко выраженным коллективным растворяющим действием по отношению к большой группе минеральных компонентов, и, прежде всего, к сульфидам.

Читайте также:  Что такое унция серебро

Отражением этого факта являются приведенные выше примеры промышленного использования хлоринации, когда обработке этим методом подвергали предварительно обожженные руды с минимальным содержанием сульфидной серы.

Кроме сульфидов, активными «потребителями» хлора являются карбонаты и оксиды щелочных металлов (CaO, MgO, и др.), сернокислые соли железа, тальк и другие химические соединения, присутствующие в исходном сырье или образующиеся в процессе окислительного обжига золотосодержащих руд (концентратов).

Наряду с высоким расходом хлора, при хлоринационном выщелачивании такого рода материалов происходит образование растворов с очень высоким солевым фоном, последующая химическая очистка которых вызывает гораздо более сложные проблемы по сравнению с очисткой циансодержащих хвостов и сточных вод.

По указанным выше причинам хлор пока не может рассматриваться как равноценный заменитель цианидов в гидрометаллургическом производстве золота (а также и серебра) из рудного сырья.

В настоящее время известны лишь отдельные, весьма немного­численные примеры такого рода. Одним из них является хлоринационное выщелачивание золота из «шлакового» сурьмяного концентрата (огарок окислительного возгоночного обжига сурьмы) на заводе «Консолидейтед Мэрчисон» в ЮАР /3/. По другой информации /2/ данный процесс применен при переработке руды, содержащей теллуриды золота, на предприятии «Эмперор Гоулд Майн» (Фиджи).

Вместе с тем открыты и получили соответствующее развитие возможности использования хлора в гидрометаллургии золота не в качестве заменителя цианидов, а как реагента в технологических операциях, дополняющих процесс цианирования. К таковым относятся:

— хлорное обезвреживание хвостов цианистого выщелачивания;

— применение хлора в целях нейтрализации сорбционноактивного углерода при цианировании технологически упорных углистых золотых руд и концентратов.

Способ детоксикации цианидов хлором является доминирующим в отечественной практике переработки золоторудного сырья и достаточно широко применяется за рубежом. По сравнению с другими альтернативными методами обезвреживания циансодержащих жидких отходов хлоринационный процесс обеспечивает наиболее полную очистку растворов как от цианидов (CN — ), так и от тиоцианатов (CNS — ). Существенный вклад в развитие и освоение хлоринационной технологии обезвреживания циансодержащих отходов и в изучение процессов природной деградации цианидов внесен специалистами созданной в 1967 г. в Иргиредмете лаборатории «Охраны окружающей среды».

Процесс химической пассивации сорбционноактивного углерода хлором перед цианированием углистых золотосодержащих руд разработан и реализован на нескольких предприятиях США в 70—80-х годах прошлого века. Наиболее интересными примерами промышленного использования такого варианта являются золотоизвлекательные фабрики «Джеррит Кэньон» и «Кэрлин».

На «Джеррит Кэньон» производят переработку двух типов руды: углистых (Au 8,5 г/т) и окисленных (5,8 г/т). Углистые руды характеризуются высоким содержанием углеорганического материала и пирита, с которым ассоциирована часть золота. Окисленные руды содержат меньшее количество органического углерода и больше карбонатных минералов: кальцита, доломита и др.

В 1983 г. на фабрике внедрена совместная переработка обоих типов руды. По принятой технологии углистая руда (сгущенный продукт измельчения с плотностью 53% твердого) подвергают окислению в атмосфере хлора. Процесс протекает в течение 16–20 ч при 70–80°С и небольшом избыточном давлении. Для нейтрализации образующейся при окислении пирита серной кислоты подается сода.

Хлорирование производят в герметических емкостях. Непрореагировавший хлор улавливают карбонатно-бикарбонатным раствором и возвращают в виде хлорной извести в процесс. Расход хлора составляет 12–23 кг на 1 т руды. После такой предварительной обработки пульпу направляют на цианирование, осуществляемое по методу CIL (сорбционное выщелачивание с гранулированным активированным углем), совместно с окисленной рудой. Сочетание процессов хлорного окисления и сорбционного цианирования обеспечивает извлечение золота из смеси руд (Au 6,7 г/т) на уровне 92%.

На фабрике «Кэрлин», в связи с вовлечением в эксплуатацию упорных углеродсодержащих руд, в 1974 г. запущена отдельная секция по их переработке (540 т в сутки). Руду (Au 5,5 г/т) подвергают хлорированию путем продувки пульпы газообразным хлором в течение 20 ч при 27–38°С. Чаны для хлоринации герметизированы и работают с повторным использованием выделяемого Сl2. С целью снижения расхода хлора (который первоначально достигал 200 кг на 1 т руды), на фабрике реализован процесс «факельного» хлорирования и, кроме того, осуществлена технология «двойного окисления». Суть технологии заключается в том, что руду в виде пульпы (40–50% твердого) первоначально обрабатывают воздухом в 4-х последовательно расположенных чанах, с добавкой соды (25 кг на 1 т твердого) при подогреве острым паром до 80°С. Полученную пульпу охлаждают до 50°С, после чего обрабатывают хлором последовательно в 6 чанах. Расход хлора при этом составляет примерно 25 кг на 1 т руды. Прохло­рированная пульпа поступает на цианирование совместно с измельченной окисленной рудой. Извлечение золота в цианистом цикле из углистой руды — 86,9%, из окисленной руды — 88%, что свидетельствует о достаточно высокой степени подавления сорбционноактивного углерода в процессе «двойного окисления».

Имеются также другие примеры применения гидрохлорирования, о которых будет рассказано в дальнейшем.

1. Плаксин И.Н. Металлургия благородных металлов.-М.:Металлургиздат, 1943.-420 с.

2. Котляр Ю.А, Меретуков М.А., Стрижко Л.С. Металлургия благородных металлов: Учебник в 2-х кн.-М.: МИСИС, Издат.дом «Руда и металлы», 2005.-Кн.2.-392 с.

3. Лодейщиков В.В. Технология извлечения золота и серебра из упорных руд. В 2-х т.-Иркутск; Иргиредмет, 1999.-786 с.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл и камни