Файл: Казаков Б.И. Металлы рассказывают о себе.pdf

В металлургии имеются понятия: плавка на штейн и плавка на шпейзу. В случае плавки на штейн присутст­ вующие в руде сернистые соединения различных метал­ лов, прежде всего железа, растворяют в себе в некотором количестве и чистые металлы, в частности металлы благо­ родные, то есть золото и серебро. Когда плавят на шпей­ зу, то происходит то же самое, только растворяются благородные металлы уже не в сернистых, а в мышья­ ковистых или сурьмянистых соединениях. Одним словом, штейн — это сплав, в котором благородные металлы от­ делены от руды совместно с сернистыми соединениями неблагородных металлов. Шпейза — такой же сплав, но неблагородные металлы присутствуют в нем в виде мышьяковистых и сурьмянистых соединений. Когда руду обжигают «намертво», то таких промежуточных продук­ тов получиться не может — образуются только шлак и сплав чистых металлов.

Так и поступали древние. Они получали металличе­ ский сплав, в котором кроме золота присутствовали еще серебро и другие металлы. Умение разделить их и полу­ чить чистое золото и составляло тайну, раскрытия кото­ рой так добивались завоеватели от египетских жрецов.

Как же они это делали? Вековое изучение вопроса да­ ло им знание интересной особенности: восстановленный свинец собирает в себе, все золото и серебро, отделяя их таким образом от неблагородных металлов. Такой сплав благородных металлов со свинцом называется веркблеем. Древние мастера после обжига «намертво» делали плав­ ку на веркблей. Если веркблей подвергнуть окислитель­ ному обжигу, то есть с подачей большого количества воздуха, то весь свинец перейдет в окись свинца, а благо­ родные металлы останутся неизменными. Древние масте­ ра так и поступали, но еще нужно было образовавшуюся

54

окись отделить от металлов. Кто и когда проводил опыты по этому вопросу — неизвестно, но жрецы хорошо знали одно очень важное обстоятельство: если такую плавку проводить в горшках из костяной золы, то окись будет всасываться в стенки горшка, да еще и увлечет за собой все случайные примеси (грязь), оставив чистый сплав золота и серебра. Но это еще не все. Надо отделить золо­ то от серебра. Каким образом проводилось это древни­ ми — со всей достоверностью еще пока не установлено, но искусством этим они владели.

В средние века удаление серебра из золота произво­ дили при помощи серы. Абсолютно чистого золота при этом все же не получалось. Чистое золото стали по­ лучать лишь тогда, когда началось массовое производст­ во калийной селитры.

Неизвестный алхимик, для большей авторитетности подписавшийся под своими трудами именем самого бо­ га Гермеса — покровителя искусств,— написал «Книгу квинтэссенции». В ней он сообщил рецепт отделения золо­ та от серебра в следующих словах: «Вы, конечно, знаете, что во многих предметах золото и серебро смешаны, как в золоченых сосудах, драгоценнных вещах. Если хотите одно отвести от другого, то положите смесь их в крепкую водку, сделанную из купороса и селитры: серебро раство­ рится, но не золото. «Крепкая водка» — это азотная кис­ лота. Способ получил широкое распространение в Вене­ ции около 1500 года.

В средние века методы и приемы горного дела и ме­ таллургии мало отличались от древних. В XVI столетии прославился своим десятитомным трудом итальянский металлург Ваноччио Бирингуччио. Его «Пиротехния» — это свод знаний металлургии того времени, и прежде всего металлургии благородных металлов. Природное зо­

55

лото почти всегда содержит в себе какие-то количества серебра, и в то же время многие серебряные руды содер­ жат в себе золото. Вследствие этого как в древности, так и в средние века золотые монеты содержали в себе сереб­ ро, теряя таким образом в ценности, и, наоборот, многие серебряные монеты содержали такое количество золота, что имело смысл заняться его извлечением из монет.

Нужно было выучиться определять чистоту металла и количественное содержание в нем посторонних приме­ сей. Иными словами, «взять металл на пробу». У Берингуччио в его знаменитом труде, помимо сообщения мето­ дов и примеров металлургии благородных металлов, име­ лись указания и как брать металл «на пробу». Следом за ним об этом писал и знаменитый ученый, которого назвали «отцом металлургии»— Георгий Агрикола. При Езятии металла «на пробу» в употребление вошли точ­ ные весы. Таким образом, зародился пробирный анализ, или пробирное искусство. В основе своей оно повторяло металлургический процесс, но только в миниатюре,— в лабораторных условиях.

Знаменитого английского ученого Исаака Ньютона все знают прежде всего как открывателя закона всемир­ ного тяготения. Знают и о многих других его трудах в области механики, изучения света и т. д. Но Ньютон был и химиком. Мало кому известно, что в течение 25 лет он был главой лондонского монетного двора. Методы про­ бирного искусства, которыми пользовался Ньютон в лон­ донском Тауэре, очень сходны с современными. С поста­ новкой этого дела в Тауэре в 1698 году знакомился Петр I. Любознательный царь интересовался всеми под­ робностями, все пробовал сам и все записывал. Петру, как уже говорилось, не удалось найти золота в России, но пробирное искусство в своей стране он ввел.

56

Уже в 1707 году в приходно-расходной книге «Прика­ за рудных дел» имеются записи о покупке материалов для испытания руд. В 1720 году у Петра появилась и ла­ боратория пробирного искусства. Петр, очень интересо­ вавшийся этим вопросом, не только собственноручно про­ водил испытания, но и составлял методики «огневой про­ бы» и чертежи пробирной печи. Уже после Петра великий ученый М. В. Ломоносов написал книгу «Первые основа­ ния металлургии или рудных дел», в которой сообщил методику опробования руд на золото, серебро и другие металлы, а также во всех деталях описал устройство и все предметы оборудования пробирной лаборатории. Изу­ чив это искусство во время пребывания своего у саксон­ ских мастеров, Ломоносов сам проводил у себя многочис­ ленные опыты по опробованию руд. Аналитической химии, то есть систематизированных методов качественного и количественного анализа, тогда еще не существовало. Пробирное искусство было ее предшественником, ибо, по­ мимо определения золота и серебра, оно использовалось и для определения неблагородных металлов.

Вобщих чертах пробирный процесс (если он отно­ сился к руде) сводился к следующему. В лабораторных печах проводили обжиг руды, после чего в руду добавля­ ли свинец или флюсы — свинцовые соединения, затем проводили плавку на веркблей. Отделение золота от се­ ребра производили купелированием; для этого в чашечки, изготовленные из костяной золы, помещали веркблей и плавили в печи, причем зорко следили за процессом: яркая вспышка света сигнализировала об окончании плавки.

Внаше время, когда аналитическая химия располага­ ет самыми совершенными методами, пробирное искусство вовсе не потеряло своего значения, и в горнодобывающих

57

районах имеются специальные пробирные лаборатории. Почему так? Дело в том, что содержание благородных металлов в рудах, как правило, очень низкое. В анали­ тических методах навеску пробы обычно берут полграм- ма-грамм, и если такую навеску применить к руде, содержащей золото, то придется определять его ничтож­ нейшие количества, а тут легко ошибиться. Ведь если в руде содержится 10 граммов золота на тонну, то это со­ ставляет 0,001 процента, а при взятии навески в 1 грамм придется определять золото в количестве 0,00 001 грамма. Если взять большую навеску, то процесс усложняется, увеличивается и вероятность ошибки. В пробирном же искусстве, где берут навески в 50, 100, 200 граммов, при­ ходится определять количества золота в 0,5; 1; 2 милли­ грамма. Плавкой такие количества определяются гораздо точнее и быстрее.

Пробирному искусству, которое было тайной египет­ ских жрецов, во все времена придавали большое значе­ ние. К руководству им привлекались самые квалифици­ рованные силы, оно всегда находилось в поле зрения царей и королей. В царской России, например, в монет­ ном дворе пробирерами служили горные инженеры, почти все в генеральском чине.

Уловители золота

Ясно, что при содержании золота в руде несколько граммов на тонну, различить его невооруженным глазом можно только в редких случаях. Лишь химическая обра­ ботка руды дает возможность обнаружить в ней золото. Поэтому-то такое большое значение и придается пробир­ ному анализу. Но что представляет собой золотоносная руда?

58

Золото может быть рудным и россыпным, то есть за­ ключенным в рудных, прежде всего в кварцевых жилах или в продуктах разрушения таких жил. При разрушении верхней части жилы различные сернистые соединения окисляются и вымываются водой. Золото не окисляется и скапливается в этой окисленной зоне. В большинстве случаев в руде присутствует железо. При его окислении получается ржавчина; таким образом золото скопляется, по выражению геологов, в «железной шляпе». Ниже этой «шляпы» располагается золотоносная жила, которую не тронуло разрушение. Этими признаками руководствуют­ ся разведчики при поисках.

Из россыпей золото добывают промывкой. Для этого существуют промприборы, драги, гидравлические уста­ новки, а также простые лотки, или «колыбели», по кали­ форнийскому выражению. С извлечением рудного золота дело обстоит сложнее, для этого используются различ­ ные химические процессы.

С давних пор известен жидкий металл — ртуть. Ока­ залось, что он способен растворять в себе другие металлы, подобно тому как вода растворяет различные соли. Начи­ ная с VI века нашей эры ртуть стали использовать для извлечения золота из руды. Для этого руду как можно тоньше измельчали (сейчас это делают на бегунных ча­ шах), смешивали с водой, получая пульпу, и пульпу эту медленно прогоняли через ртуть. Тяжелые частицы оседа­ ли на дно и растворялись в ртути, а все остальное сноси­ лось водой. Раствор металлов в ртути называется амаль­ гамой. При нагревании амальгамы до 800° ртуть испаря­ лась и оставалось так называемое черновое золото.

Этот процесс тысячу лет с лишним был единствен­ ным способом извлечения золота из руд. Он далек от совершенства. Более 80 процентов содержащегося в руде

59

золота этим путем извлечь не удается, на многих же амальгамационных фабриках процент извлечения еще ниже: от 55 до 70 процентов. Ртутью на амальгамацион­ ных фабриках натирают медные листы и укладывают их на под желоба, по которому прогоняется пульпа. Золото лишь тогда будет растворяться в ртути, когда оно обна­ женной поверхностью соприкасается с ртутью. Именно это обстоятельство и заставляет мелко дробить золото­ носную руду.

Есть целый ряд случаев, когда что-то мешает амаль­ гамации. Сернистые минералы, присутствующие в руде, реагируют с ртутью -и насыщают ее неблагородными ме­ таллами. Металлы эти легко окисляются (особенно легко в присутствии серной кислоты, которая может получить­ ся из сернистых соединений), образующиеся окислы по­ крывают поверхность ртути пленкой, препятствующей соединению друг с другом отдельных ее капелек.' Такая ртуть теряет способность растворять золото, ртуть, как говорят, «заболевает» (пемзуется), она разбивается на тончайший порошок, легко уносимый током воды. Такая «болезнь» ртути влечет за собой выход из строя амальга­ мационных листов: они зеленеют, амальгама с них легко сдирается ударами частичек руды и уносится водой, ув­ лекая с собой и то золото, которое в ней растворено. Если в руде присутствуют мышьяк и сурьма, то они легко вза­ имодействуют с ртутью и ускоряют ее «пемзование».

Иногда процесс амальгамации протекает вполне нор­ мально, но попадаются частички золота с пленкой посто­ ронних окислов, которые не допускают соприкосновения ртути с металлом. Это так называемое золото «в рубаш­ ке», которое ускользает от амальгамации. Уловленное ртутью золото находится в смеси с другими металлами и называется «черновым». Металлы нужно отделить от

60

золота, и потому полученный продукт отправляют на аф­ финаж, на специальные заводы.

Для очистки золота пользуются его свойством давать непрочные соединения с хлором, которые при высокой температуре распадаются. На аффинажных заводах «черновое» золото расплавляют в шамотовых тиглях и через расплавленную массу пропускают струю газообраз­ ного хлора. Хлор соединяется как с золотом, так и с дру­ гими, присутствующими в расплаве металлами. Но хло­ ристые соединения свинца, олова, цинка, сурьмы и неко­ рых других металлов при этом улетучиваются, а хлористые медь и серебро остаются в тигле в виде рас­ плавленной массы. Так как температура в тигле высокая, то золото с хлором не соединяется, а остается на дне в металлическом виде.

Расплав охлаждают, извлекают из тигля и легко от­ деляют золото от остальной массы. Таким способом полу­ чают золото до 998 пробы, то есть 998 частей золота в 1 000 частях, или золото чистоты 99,8 процента. Если хотят получить особо чистое золото, то используют элек­ тролитические ванны, в которых на анод завешивают «черновое» золото, а с катода снимают высокопробное золото.

Свойство золота вступать в соединение с хлором было использовано и для его извлечения из руды. Руду так же тонко измельчали, увлажняли и обрабатывали газооб­ разным хлором. Получившееся при этом хлорное золото легко растворялось в воде, откуда его «высаживали» железным купоросом, сероводородом и другими реаген­ тами.

Это так называемый способ хлоринации. В настоя­ щее время он очень редко применяется, уступив более совершенному способу цианирования.

61