Добыча золота — это извлечение золота из разбавленных руд с использованием комбинации химических процессов. Ежегодно золотодобывающая промышленность производит около 3600 тонн [1] и еще 300 тонн получают путем переработки [2] .
Начиная с 20-го века золото в основном извлекалось в цианидном процессе путем выщелачивания руды раствором цианида . Затем золото может быть дополнительно очищено путем разделения золота , которое удаляет другие металлы (в основном серебро ) путем продувки газообразного хлора через расплавленный металл. Исторически небольшие частицы золота смешивались с ртутью , а затем концентрировались путем выпаривания ртути. Ртутный метод все еще используется в некоторых небольших операциях.
Золото встречается в основном как самородный металл , т. е. само золото. Иногда оно в большей или меньшей степени сплавлено с серебром , которое называется электрумом . Самородное золото может встречаться в виде крупных самородков, мелких зерен или хлопьев в аллювиальных отложениях или в виде зерен или микроскопических частиц (известных как цвет), внедренных в минералы горных пород. Другими формами золота являются минералы калаверит (AuTe), ауростибнит (AuSb 2 ) и мальдонит (Au 2 Bi). Эти последние три, хотя и встречаются реже, чем самородное золото, могут медленно реагировать с цианидом и, таким образом, их трудно обрабатывать. [3] Другие золотосодержащие руды включают различные теллуриды ( сильванит , нагьягит , петцит и креннерит ).
Определенные загрязняющие вещества в рудах могут мешать извлечению золота цианидом. Эти мешающие агенты называются «рудами, поглощающими прег». Например, золото может прочно связываться с углеродом, сопротивляясь обычной экстракции цианидом. Цианиды золота также связываются с некоторыми глинами. [3]
В то время как романтическая картина добычи золота фокусируется на самородках, реальность такова, что золото обычно извлекается из руд, содержащих >10 ppm металла. Таким образом, главная проблема заключается в концентрации этого следового количества. [2]
Основная технология — цианидный процесс , при котором золото выщелачивается из руды путем обработки раствором цианида. Первым шагом является измельчение (шлифовка) для увеличения площади поверхности и воздействия на золото экстрагирующего раствора. Извлечение осуществляется с помощью процессов выщелачивания из отвалов или кучного выщелачивания . Цианид натрия производится в масштабах миллиардов тонн в год в основном для этой цели. «Черный цианид», загрязненная углеродом форма цианида кальция (Ca(CN) 2 ), часто используется из-за его дешевизны. Сырая руда промывается раствором цианида концентрацией около 0,3% на воздухе, часто многократно, а водный экстракт собирается и очищается далее. Извлечение из раствора обычно включает адсорбцию на активированном угле, процесс «уголь в пульпе» .
Доказано, что тиосульфатное выщелачивание эффективно для руд с высоким содержанием растворимой меди или руд, подверженных прег-роббингу .
Выщелачивание методом объемного выщелачивания извлекаемого золота (BLEG) также является процессом, который используется для проверки области на наличие концентраций золота, где золото может быть не сразу обнаружено.
Амальгамирование с ртутью может использоваться для извлечения очень мелких частиц золота, и ртуть по-прежнему широко используется в мелкомасштабной кустарной добыче по всему миру. [4] Ртуть образует ртутно-золотую амальгаму с более мелкими частицами золота, а затем золото концентрируется путем выпаривания ртути из амальгамы. Это эффективно для извлечения очень мелких частиц золота, но процесс опасен из-за токсичности паров ртути . Крупномасштабное использование ртути прекратилось в 1960-х годах. Однако ртуть по-прежнему используется в кустарной и мелкомасштабной добыче золота (ASGM). [5] Один из механизмов, с помощью которого ртуть используется в гидравлической добыче, — это «подводное течение», в котором поток более мелких зерен отводится через покрытые ртутью медные пластины. Высокие скорости потока, связанные с гидравлической добычей, вызывают муку из ртути, износ частиц ртути, что способствует потере ртути в окружающую среду. [6]
Более 10 000 000 фунтов (4 500 000 кг) ртути загрязнило окружающую среду Калифорнии в результате россыпной добычи в конце девятнадцатого и начале двадцатого веков. Добыча на фабрике Stamp Mill внесла дополнительные 3 000 000 фунтов (1 400 000 кг) ртутного загрязнения. [6] Загрязнение ртутью водных путей Калифорнии является серьезной современной экологической проблемой, [6] как и загрязнение грунтовых вод , в основном неорганической ртутью. [7]
«Тугоплавкая» золотая руда — это руда, в которой ультратонкие частицы золота рассеяны по всем ее окклюдированным золотым минералам. Эти руды по своей природе устойчивы к извлечению стандартными процессами цианирования и адсорбции углерода. Эти тугоплавкие руды требуют предварительной обработки для того, чтобы цианирование было эффективным при извлечении золота. Тугоплавкая руда обычно содержит сульфидные минералы, органический углерод или и то, и другое. Сульфидные минералы — это непроницаемые минералы, которые окклюдируют золотые частицы, что затрудняет образование выщелачивающим раствором комплекса с золотом. Органический углерод, присутствующий в золотой руде, может адсорбировать растворенные комплексы золота и цианида во многом так же, как активированный уголь. Этот так называемый «preg-robbbing» углерод вымывается, потому что он значительно мельче, чем экраны для извлечения углерода, обычно используемые для извлечения активированного угля. [3]
Варианты предварительной обработки тугоплавких руд включают:
Процессы обработки огнеупорной руды могут предшествовать концентрации (обычно сульфидной флотации). Обжиг используется для окисления как серы, так и органического углерода при высоких температурах с использованием воздуха и/или кислорода. Биоокисление подразумевает использование бактерий, которые способствуют реакциям окисления в водной среде. Окисление под давлением представляет собой водный процесс удаления серы, осуществляемый в непрерывном автоклаве, работающем при высоких давлениях и несколько повышенных температурах. Процесс Albion использует комбинацию сверхтонкого измельчения и атмосферного, автотермического, окислительного выщелачивания.
Разделение — это процесс, при котором золото очищается до коммерчески доступного стандарта, обычно ≥99,5%. Удаление серебра представляет особый интерес, поскольку эти два металла часто очищаются совместно. Стандартная процедура основана на процессе Миллера . Разделение достигается путем пропускания газообразного хлора в расплавленный сплав. Эта техника практикуется в больших масштабах (например, 500 кг). Принцип метода использует благородство золота, так что при высоких температурах золото не реагирует с хлором, но практически все загрязняющие металлы реагируют. Таким образом, при температуре около 500 °C, когда газообразный хлор пропускают через расплавленную смесь (опять же, в основном золото), сверху образуется шлак низкой плотности, который можно декантировать из жидкого золота. Хлорид серебра и другие драгоценные металлы можно извлечь из этого шлака. Шлаковый слой часто разбавляют флюсом, например бурой, чтобы облегчить разделение. [2]
Существуют альтернативные методы разделения золота. Серебро можно растворить селективно, кипячением смеси с 30% азотной кислотой, этот процесс иногда называют инкварацией. Аффинация — это в значительной степени устаревший процесс удаления серебра из золота с использованием концентрированной серной кислоты . [8] Электролиз с использованием процесса Вольвилла — еще один подход.
Выплавка золота началась где-то около 6000 – 3000 гг. до н.э. [9] [10] [11] Согласно одному источнику, эта технология начала использоваться в Месопотамии или Сирии. [12] В Древней Греции Гераклит писал на эту тему. [13]
По данным де Лесерды и Саломонса (1997), ртуть впервые начали использовать для добычи примерно в 1000 году до нашей эры [14] , по данным Мича и других (1998), ртуть использовалась для получения золота до последнего периода первого тысячелетия. [15] [16] [17] [18]
Плинию Старшему была известна технология извлечения путем дробления, промывки и последующего нагревания, в результате чего полученный материал превращался в порошок. [19] [20] [21]
Как и все металлы, золото нерастворимо в воде. Однако золото проявляет отличительные свойства: в присутствии ионов цианида оно растворяется в присутствии кислорода (или воздуха). Это превращение было описано в 1783 году Карлом Вильгельмом Шееле , но только в конце 19 века реакции стали использоваться в коммерческих целях. Расширение добычи золота в южноафриканском Ранде начало замедляться в 1880-х годах, поскольку новые месторождения, как правило , представляли собой пиритовую руду . Золото было трудно извлекать из таких руд.
Процесс, известный как хлорирование, когда-то использовался для обработки пиритной золотой руды. Обычно руду обжигали , а затем обрабатывали газообразным хлором. Остаток извлекали, чтобы получить водный раствор хлорида золота. Он использовался, в частности, на руднике Маунт-Морган , где он использовался до 1911 года. Хлоридный процесс устарел с развитием цианидного процесса . [22] [23]
В 1887 году Джон Стюарт Макартур , работая в сотрудничестве с братьями доктором Робертом и доктором Уильямом Форрестом для компании Tennant в Глазго , Шотландия , разработал процесс Макартура-Форреста для извлечения золотых руд. Путем суспендирования измельченной руды в растворе цианида было извлечено до 96 процентов золота. [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30]
Процесс был впервые использован в больших масштабах в Витватерсранде в 1890 году, что привело к буму инвестиций, поскольку были открыты более крупные золотые рудники. В 1896 году Бодлендер подтвердил, что для этого процесса необходим кислород, в чем сомневался Макартур, и обнаружил, что перекись водорода образуется в качестве промежуточного продукта. [31]
Метод, известный как кучное выщелачивание, был впервые предложен в 1969 году Горным бюро США [32] и использовался до 1970-х годов [33] .