С древнейших времен промывка водой золотоносного грунта – это самый распространённый способ извлечения золота. В лотках и ситах промывали грунт, отделяя золотой песок. В наше время метод промывки используют в так называемых драгах – огромных плавающих установках. Как правило, они работают по небольшим речкам.
Представляете, что происходит с экологией. Вода в реке превращается в муть, в ней гибнет все живое.
Но существуют методы, которые позволяют при добыче обойтись без воды или существенно сократить её использование. Эти способы основаны на использовании других физических свойств золота, таких как магнитная восприимчивость некоторых частиц или способность вступать в реакцию с другими металлами.
Рассмотрим основные технологии извлечения золота без промывки.
1. Ртутное амальгамирование (исторический метод)
Это один из старейших методов извлечения золота. Принцип основан на способности ртути соединяться в золотом, образуя твердый сплав - амальгаму.
Как это работает? Золотоносный песок приводится в тесный контакт с ртутью. Золото «прилипляется» к ртути, сплавляется, отделяясь от легких частиц пустой породы. Затем смесь нагревают, ртуть испаряется (возгоняется), а в остатке остается чистое золото.
В некоторых странах до сих пор используют этот опасный метод.
Это крайне токсичный метод. Пары ртути чрезвычайно опасны для здоровья и окружающей среды. С середины XX века этот метод повсеместно запрещен для любительского использования и заменен более безопасными технологиями.
2. Сухая гравитационная сепарация (для засушливых регионов)
В местах, где вода в дефиците, используются устройства, заменяющие воду потоком воздуха. Золото, как тяжелый металл, ведет себя в воздушном потоке иначе, чем легкий песок.
Смесь песка и золота подается на вибрирующую или продуваемую воздухом поверхность (например, специальный стол или конус). При этом легкие частицы песка сдуваются воздухом или сметаются механическими скребками. А тяжелые частицы золота из-за своей массы, проходят сквозь воздушную завесу или сетку и оседают в специальных улавливающих камерах. Этот метод эффективен для относительно крупного золота (свободное золото) и используется в промышленных масштабах в пустынных регионах.
3. Магнитная и электро-динамическая сепарация (для мелкого золота и песков с магнетитом)
Это более современный метод, который эффективен, когда золото сцеплено с магнитными минералами (например, магнетитом) или когда речь идет об очень мелких частицах, которые плохо поддаются гравитационному разделению.
Песок пропускают через сильное магнитное поле. Магнитный железняк (магнетит), к которому часто прилипают частички золота, притягивается к магниту и отделяется от песка. Полученный концентрат затем обрабатывается химически.
4. Электро-динамическая сепарация
Используется для чистого золота. Золото (проводник тока) в импульсном магнитном поле получает импульс и «выпрыгивает» из потока непроводящего материала (песка), что позволяет его собрать отдельно. Эффективен для извлечения мелких и тонких фракций золота, которые даже не видны глазу (золотая пыль).
Важно понимать, что ни один из «сухих» методов не дает такого высокого процента извлечения золота (особенно мелких фракций), как традиционная промывка водой на лотках. Промышленные сухие установки показывают извлечение около 70%, что значительно ниже мокрого извлечения. Даже при «сухих» методах песок должен быть идеально высушен. Влажный песок слипается и делает невозможным его разделение воздухом или вибрацией.
В промышленных масштабах часто используют технологии растворения золота. Одна из самых распространенных технологий - щелочное цианирование.
Щелочное цианирование
Это основной процесс извлечения золота из руд, который основан на избирательном растворении в слабых растворах цианида натрия или калия. Этот метод, впервые запатентованный в конце 1880-х годов, до сих пор остается главным в мировой золотодобыче благодаря своей высокой эффективности и экономичности.
Потом эти кучи с золотоносным грунтом поливают реагентами, собирают его и перерабатывают.
Процесс включает несколько ключевых этапов, от химического растворения до получения конечного продукта - слитка золота (сплава Доре).
1. Химическая основа процесса
Реакция растворения золота в щелочном цианистом растворе является электрохимической и требует присутствия как цианид-иона (CN⁻), так и кислорода (O₂). Суммарная реакция описывается уравнением Эльснера:
4Au + 8NaCN + O2 + 2H2O => 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH
Из этого уравнения следует несколько важных условий:
- Золото переходит в раствор в виде устойчивого комплексного цианида [Au(CN)₂]⁻.
- Кислород является критически важным компонентом. Растворение золота не происходит без доступа воздуха.
- Щелочная среда необходима для стабильности процесса. При низком pH цианид превращается в газообразный синильную кислоту (HCN), которая не растворяет золото и чрезвычайно опасна для всего живого. Поэтому pH раствора поддерживают на уровне 10,5-11 с помощью извести (CaO) или едкого натра (NaOH).
2. Технологические схемы выщелачивания
В зависимости от типа руды и ее свойств применяются разные методы цианирования:
3. Извлечение золота из раствора (сорбция и цементация)
После выщелачивания золото необходимо выделить из жидкой фазы. Существует два основных способа:
- Сорбция активированным углем (CIP – Carbon-in-Pulp)
- Это самая современная и распространенная технология.
- Активированный уголь загружают в пульпу в противоточных чанах.
- Уголь имеет высокое сродство к комплексу `[Au(CN)₂]⁻` и извлекает его из раствора.
- Загруженный (насыщенный) золотом уголь отделяют от пустой породы с помощью сит.
Цементация цинком (процесс Меррилла-Кроу)
Классический метод, который тоже до сих пор используется.
- Раствор очищают и деаэрируют (удаляют кислород, чтобы не расходовать цинк впустую).
- Добавляют цинковую пыль. Происходит реакция: 2[Au(CN)2]- + Zn => [Zn(CN)_4]2- + 2Au
Далее золото выпадает в виде черного осадка.
Десорбция (элюирование) и электролиз
Большая часть золота в современных процессах извлекается из насыщенного угля. Этот этап требует высокой температуры и давления:
Десорбция (элюирование). Золото снимают (десорбируют) с поверхности угля, промывая его горячим раствором едкого натра и цианида при температуре до 150°C. Получается небольшой объем, но очень концентрированного золотосодержащего раствора - элюата.
Электролиз. Элюат пропускают через электролизные ванны, где катодом служит стальная вата. Под действием электрического тока золото осаждается на вату.
Регенерация угля. Отработанный уголь очищают от примесей, прокаливая при температуре около 650°C в бескислородной среде, после чего он снова готов к использованию.
Плавка. Осажденное золото снимают с катодов, плавят в печи при 1000°C с добавлением флюсов и разливают в слитки.
Как известно, цианид является токсичным веществом, поэтому современные предприятия обязаны проводить детоксикацию хвостов (отработанной руды) перед их складированием. Процесс строго контролируется.
Существует еще кислотное выщелачивание. Это «мокрый» метод, но не требующий большого объема воды.
Главный лабораторный метод - «Царская водка». Самым известным и мощным растворителем золота является «царская водка» - смесь концентрированных азотной (HNO₃) и соляной (HCl) кислот. Этот метод чаще всего используется для анализа проб, но не в промышленности.
Хлоридное выщелачивание
Перспективная альтернатива. Это экологически более безопасная альтернатива цианированию для переработки золотоносных руд. Вместо цианида используются растворы солей, содержащие хлор. Процесс может протекать при атмосферном давлении и температуре 90–100°C.
В кислой среде в присутствии окислителя (например, хлора или гипохлорита) хлорид-ионы (Cl⁻) образуют с золотом комплекс [AuCl₄]⁻. Стабильность комплекса невысока, поэтому золото из раствора необходимо извлекать быстро. Для этого используют уголь или ионообменные смолы, которые добавляют прямо в реактор. Уголь адсорбирует золото прямо в процессе выщелачивания. Технология позволяет использовать для выщелачивания даже морскую воду (источник хлоридов), что удешевляет процесс.
Аминокислотно-тиомочевинное выщелачивание
Химическая новинка. Современная разработка, позволяющая эффективно выщелачивать золото в кислой среде без использования токсичных реагентов.
В кислом растворе соединяют аминокислоту (например, глицин) с тиомочевиной, образуя новое соединение (AAT). В присутствии окислителя (например, ионов железа Fe³⁺) это соединение эффективно переводит золото в раствор. Соединение AAT работает значительно эффективнее, чем чистая тиомочевина.
Хотя кислоты эффективно растворяют золото, этот метод редко используется для прямого извлечения золота из рядового грунта из-за высокой стоимости, коррозионной опасности и технологических сложностей (необходимость быстрого улавливания золота из раствора).
Бактериальное выщелачивание
Это эффективный промышленный метод. Он применяется для переработки так называемых «упорных» руд, в которых мельчайшие частицы золота заперты внутри кристаллической решетки сульфидных минералов (пирит, арсенопирит).
Используются бактерии (например, Acidithiobacillus ferrooxidans, Sulfobacillus), которые окисляют сульфиды. «Съедая» руду, они разрушают кристаллическую решетку и буквально «высвобождают» золото.
Автоклавное выщелачивание
Этот метод тоже используется для «упорных» золотосодержащих руд, где золото физически или химически связано с сульфидами (например, с пиритом или арсенопиритом). Простая кислота не растворяет само золото напрямую, а разрушает вмещающую его породу.
Измельченную руду помещают в автоклав (реактор высокого давления) и обрабатывают серной кислотой (H₂SO₄) при высокой температуре и давлении. Кислота окисляет сульфиды, высвобождая из них мельчайшие частицы золота, которое затем извлекают уже другими методами (например, цианированием).
Эти технологии эффективны для породы с большим содержанием золота, например, для добычи из этой:
Есть мнение, что в древности тоже использовали практически промышленные методы добычи золота. Например, древнеримский золотоносный карьер Лас-Медулас поражает своим масштабом выработки грунта.
Трудно представить, что это сделано вручную. Подробнее про это место – в статье: