Добыча и получение драгоценных металлов

Драгоценными, или благородными, называют во­семь металлов: золото, серебро, платину, а также платиновые металлы: палладий, родий, рутений, ири­дий и осмий. В ювелирной практике используются только золото, серебро и платина. Все эти металлы обладают высокой коррозионной стойкостью.

Историки предполагают, что золото было первым металлом, найденным человеком. Самородки золота были достаточно мягкими, их можно было сплющить, придать им какую-то форму простым механическим воздействием: проделать в них дырку и носить как украшение. Самородное золото — наиболее распрос­транено в природе. Самородки и крупные зерна золо­та находят в песках и ряде руд.

Первое месторождение золота в России было от­крыто Ерофеем Марковым под Екатеринбургом в се­редине XVIII в., до этого оно только ввозилось. С этого момента Россия начала свою золотодобычу, положив начало развитию новой отрасли. Чуть позже, в 1814 г. месторождение рассыпного золота было обнаружено и на Урале. Но еще долгое время добыча золота в России носила чисто кустарный характер, слабо кон­тролируемый государством. Методы добычи золота оставались крайне несовершенными и его предпочи­тали получать наиболее простым способом — непос­редственно из россыпей. Коренные изменения в зо­лотодобыче появились только в начале XX в., когда начали активно использовать гидравлический способ добыча металла и с помощью драг. В первом случае вода под большим давлением размывает рудные по­роды, отделяя золото от основной породы, которая потом идет в повторную переработку. Во втором слу­чае драга (плавучее сооружение, оснащенное цепью ковшей) поднимает со дна водоемов породу, которая промывается таким образом, чтобы содержащееся в ней золото осаждалось.

Сейчас основную массу золота получают из руд­ных залежей, извлекая его на специализированных металлургических заводах двумя способами – циа­нированием и амальгированием. Первый был открыт еще в 1843 г. ученым П.Р. Багратионом. Суть его зак­лючается в том, что в результате обработки золотосо­держащих руд цианистыми растворами получают золотосодержащий раствор. Потом путем отфильтрации пустой породы металлическими осадителями получают золото. После этого 15%-ным раствором серной кислоты удаляют примеси из осадка. Остав­шуюся пульпу промывают, тщательно фильтруют, вы­паривают и сплавляют в слитки.

Амальгация известна людям уже более 2 тысяч лет и основана на способности золота в нормальных условиях вступать в соединения с ртутью. Измель­ченную руду пропускают вместе с водой по амальга­мированной поверхности ртути. В результате части­цы золота образуют полужидкую амальгаму, кото­рая на две трети состоит из ртути. Ртуть испаряют, а оставшееся золото сплавляют в слитки.

Однако ни один из этих способов не позволяет по­лучить золото сколько-нибудь высокой пробы. По­этому для получения более чистого металла слитки отправляют на аффинажные (очистительные) заводы.

Самородное серебро встречается в природе гораздо реже, чем золото, а потому и было открыто челове­ком значительно позже. Добыча его на сегодняшний день не превышает 20% от общей добычи этого метал­ла. Соответствующие руды содержат до 80% серебра (аргентина — смеси серебра и серы), но основную массу его все-таки добывают попутно при выплавке и рафинировании свинца и меди. Попутной считают добычу металла, находящегося в незначительных концентрациях пород разрабатываемых месторожде­ний, например, цветных металлов. Как и золото, се­ребро получают путем цианирования или амальгирования, а затем повышают его чистоту на аффинаж­ных заводах.

Запасы платины, как и других металлов платино­вой группы (палладия, осмия, иридия, родия, руте­ния), довольно скудны. Только платина и палладий, так же как и золото, встречаются в природе как в самородках, так и в рудах. Этим обусловлено то, что человечеству металл знаком уже многие сотни лет (его называли «белым золотом»), а вот применения ему долгое время не находили. Добывать его начали еще в XVIII в., но еще несколько десятков лет не могли найти платине достойного применения из-за крайне высокой температуры плавления. Основны­ми способами добычи этого металла являются про­мывка платиносодержащих песков и хлоринация. Получают ее и при электролизе золота.

После промывки платиносодержащих песков по­лучают так называемую шлиховую платину, которая в свою очередь поступает для дальнейшей обработки на аффинажные предприятия.

Хлоринацией платину получают следующим обра­зом: рудный концентрат подвергают в специализиро­ванных печах окислительному обжигу. После чего смешивают с поваренной солью и помещают в хлор­ную печь, где металл выдерживают около 4 часов при  температуре 500—600 °С. Полученный продукт обра­батывается раствором соляной кислоты, который выщелачивает из концентрата металлы платиновой группы. Затем металлы осаждаются: платиновая груп­па – цинковой пылью, медь – известняком, ни­кель – белильной известью. Осадок платиновой груп­пы сплавляют и отправляют на аффинажные заводы.

Использование драгоценных металлов в ювелирном деле, а также в качестве общепризнанной мировой валюты, требует получения их в состоянии высокой очистки. Это, как уже говорилось выше, достигается путем аффинажа (очистки) на специализированных производствах. Процесс очистки основан на электро­литическом разделении или на селективном осажде­нии соединений металлов. Основным сырьем, кото­рое поступает на производство, является: шлиховый металл, получаемый при обогащении россыпей; ме­талл, получаемый в результате обработки цианистых осадков; металл, получаемый после перегонки ртути из амальгамы; металлический лом ювелирных, тех­нических и бытовых изделий.

Металлы, содержащие золото или серебро, перед аффинажем подвергаются приемной плавке для оцен­ки химического состава металлов в полученном слит­ке. Платиновый шлиховый металл и платиновые шламы подобную плавку не проходят, а сразу посту­пают в обработку. Аффинаж серебряных и золотых металлов обычно проводится электролизом. Серебря­ные сплавы, содержащие золото, обрабатываются в азотном электролите. Золотые сплавы, содержащие серебро, — в соляном. Процесс основан на  раствори­мости серебра и нерастворимости золота на аноде в азотно-кислом электролите и на осаждении чистого серебра из раствора на катоде. Анод в таких случаях отливается из аффинируемого металла, катод — из серебра или другого металла, не растворяющегося в азотной кислоте. Аффинаж золота электролизом ведут в растворе хлорного золота и соляной кислоты. Аноды таких ванн изготавливают из металла, поступающего в аф­финаж, а катод для осаждения золота делают из вол­нистой золотой жести. Полученное таким образом золото имеет чистоту 999,9-й пробы.

Основными источниками сырой платины и ее спут­ников служат: шламы электролиза никеля и меди; шлиховая платина, полученная обогащением россы­пей; сырая платина — побочный продукт электроли­за золота и различный лом. При аффинаже шлихо­вого металла подготовительной операцией является растворение металла в «царской водке». Осмий при этом остается в нерастворимой части минералов, а из полученных растворов последовательно осаждаются металлы платиновой группы.

В первую очередь осаждается непосредственно пла­тина. Для этого в раствор добавляется раствор хло­ристого аммония. При этом получают осадок хлоро-платината аммония, который промывают вначале хло­ристым аммонием, а затем — соляной кислотой, потом высушивают и прокаливают. После плавки по­лучают платину, чистота которой составляет 99,84-99,86%. При дополнительном растворении и осаж­дении получают химически чистую платину.

Иридий осаждается из раствора значительно медленнее. При этом, помимо иридия, осаждающегося в виде хлороиридата аммония, осаждается и оставша­яся в растворе платина. Прокаливание осадка позво ляет получить губку, содержащую смесь иридия с небольшим количеством платины. Для разделения металлов губку обрабатывают раствором разбавленной «царской водки», растворяющей только платину. Затем металл осаждается.

После получения платины и иридия раствор под­кисляют серной кислотой и подвергают цементации железом и цинком. Это позволяет осадить оставшие­ся в растворе металлы. Осадок черного цвета отфиль­тровывают, промывают горячей водой, высушивают и прокаливают. Прокаленный осадок вновь обраба­тывают горячей серной кислотой для удаления меди. Очищенный от меди осадок подвергают воздействию «царской водки» и получают раствор, содержащий палладий и часть платины, а также нерастворенную чернь, которая содержит иридий и родий. Чернь от­деляется фильтрованием через бумагу и промывает­ся горячей водой.

После растворения осажденных металлов и фильт­рации их хлористым аммонием из раствора осаждают остатки платины. Палладий осаждается в виде хлоро-палладозамина, поэтому раствор нейтрализуют водным раствором аммиака, а затем подкисляют серной кис­лотой. Осадок прокаливают, измельчают и в резуль­тате в струе водорода восстанавливается палладий.

Одна из важных характеристик металлов — твер­дость — определяется по методу шведского инжене­ра Ю.А. Бринелля (1849-1925). Определяют твердость металлов вдавливанием в испытуемый образец сталь­ного закаленного шарика.