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

Процесс Багратиона

Имя прославленного полководца Багратиона, погиб­ шего при защите русской земли от французского нашест­

стал известен своими победами. Он вел бои на научном поприще и наибольшую славу ему принесла победа над золотом. Он заставил упорно не поддающийся растворе­ нию благородный металл перейти в раствор, что послужи­ ло основой к созданию нового способа извлечения его из руды.

В 1843 году Багратион установил, что «неподдающесся» золото можно растворить не в крепких кислотах, а в цианистых щелочах. Тщательно проведенные иссле­ дования ученого показали, как влияют на этот процесс температура, воздух и электрический ток. Труд Багра-

. тиона, в котором были заложены основы нового золотоизвлекательного процесса, был опубликован на следую­ щий год в «Бюллетене» Петербургской академии наук. К сожалению, должного внимания новому процессу ока­ зано не было — никто не пытался использовать его на практике.

Истины ради надо сказать, что препятствием к этому было и то, что основным реагентом нового процесса был цианистый натр — страшный яд, который небезопасен в обращении и в то время не так просто получался. Ученый не дожил до того момента, когда открытый им способ стал использоваться в промышленности. Это началось в очень ограниченных размерах лишь с 1889 года. Пример­ но к этому времени относится разработка этого же спосо­ ба за рубежом.

В 1897 году первый цианзавод был поставлен на Бе­ резовском руднике. Через год такой же завод построили

62

в Кочкаре, а несколько позже и на рудниках Сибири. Переходили к новому способу с опаской и первое время ограничивались его применением лишь при извлечении золота из бедных продуктов отработки после другого процесса (эфеля, хвосты амальгамационных фабрик).

По методу цианирования, как стал называться новый процесс, измельченную руду подают в громадные чаны, где она подвергается действию цианистого натрия или калия; при этом туда же обязательно подают воздух, так как в реакцию входит кислород. Золото, соединившись с цианистым натрием, остается в растворе и легко отде­ ляется от руды. На раствор действуют металлическим цинком (иногда алюминием). Цинк вытесняет из раст­ вора золото, и оно выпадает на дне в виде металла. Кре­ пость цианистых растворов строго контролируется, не только по соображениям техники безопасности, но и по­ тому что слишком крепкие растворы хорошо растворяют помимо золота и неблагородные металлы, чего совершен­ но не требуется.

Технически совершенный процесс, дающий возмож­ ность почти полностью извлечь золото из руды, так и не получил широкого распространения в царской России. Лишь в советское время замечательное открытие рус­ ского ученого нашло свое воплощение в горнорудной промышленности России. В период первой и второй пяти­ леток развернулось широкое строительство золотоизвлекательных фабрик, использующих процесс цианирования.

Обогащение и пирометаллургия

Для облегчения процессов извлечения золота руда нередко предварительно подвергается обогащению, то есть освобождается от большей части пустой породы.

63

Продукт обогащения называется концентратом. Сущест­ вует несколько видов обогащения, из которых главными являются гравитационный и флотационный.

Гравитационное обогащение представляет собой от­ деление золота от большинства пустой породы, благодаря его большому удельному весу. Этот способ очень старый и распространенный.

Флотационный способ приобретает все большее зна­ чение, но развиваться стал только с тридцатых годов. Основан он на различной смачиваемости минералов. Из­ мельченная руда вместе с водой перемешивается в специ­ альных машинах, куда добавляются и так называемые флотореагенты. Частицы минералов покрываются при этом тонкой пленкой флотореагента, благодаря чему они не смачиваются водой. При перемешивании в машину подается воздух, и образуется большое количество пу­ зырьков, всплывающих на поверхность. Флотореагенты имеют двоякое назначение: одни служат для образования пленки на частицах золота и некоторых минералов, дру­ гие же для создания пены. Первым обычно служит ксантат, а вторым сосновое масло. Частицы золота, покрытые пленкой, прилипают к воздушным пузырькам и подни­ маются на поверхность, образуя (вместе с частицами некоторых минералов) пену, которую собирают специ­ альные приспособления, а пустая порода, смоченная во­ дой, остается в машине во взвешенном состоянии. Чем мельче частицы золота, тем легче они флотируются. Крупные частицы предварительно отделяются на концен­ трационных столах (гравитационный способ).

Если большинство металлов добывается из руд пиро­ металлургическими процессами («пиро» — огонь), то есть выплавкой, то в извлечении из руд золота основное — гидрометаллургические процессы.

64

Бывают, однако, случаи, когда ни амальгамацией, ни цианированием извлечь золото не удается. Цианированию прежде всего мешает присутствие в руде меди. Если меди я руде не более 0,5 'процента, то она еще поддается циани­ рованию, но при больших ее содержаниях руду приходит­ ся подвергать пирометаллургической обработке с одно­ временной выплавкой меди, золота и серебра.

Присутствие больших количеств мышьяка, сурьмы, серы затрудняет оба гидрометаллургических процесса, и в таких случаях приходится делать предварительный об­ жиг руды, при котором эти элементы выгорают. Возмож­ но это лишь тогда, когда руда достаточно богата золотом, иначе не оправдаются затраты на предварительный обжиг.

Но есть и такие руды, которые в любом случае долж­ ны обжигаться. Как показала практика, золото, Хотя и благородный металл, но с некоторыми элементами все же вступает в соединение. Пример этому — открытый Багра­ тионом процесс цианирования и хлоринация. В том и дру­ гом случае золото вступает в соединение по воле чело­ века. Но оказывается, и в природе золото не всегда нахо­ дят самородным — металлическим. Оно встречается и в виде соединений с другими элементами. Такие руды были обнаружены в Австралии. Они не поддавались ни амаль­ гамации, ни цианированию, так как золото в них было соединено с редким элементом теллуром. Эти руды тре­ бовалось обязательно подвергать обжигу.

При обжиге теллур улетучивается в виде окисла, а золото остается в руде в металлическом состоянии. Встре­ чаются (хотя и очень редко) такие руды, где золото сое­

динено с селеном. Эти руды также обрабатываются об­ жигом.

Предварительный обжиг может обезвредить и влияние меди для последующего цианирования. Медь, конечно,

не улетучится при обжиге, но, присутствуя в руде в виде окиси, она при высокой температуре связывается с окисью железа, образуя соединение, не растворимое в циани­ стых щелочах, и, таким образом, процессу не мешает.

Гидрометаллургия не была известна народам древно­ сти, и они пользовались исключительно пирометаллургическим способом. Когда стала развиваться химия и было открыто множество химических процессов, то стало ка­ заться, что для извлечения золота, как более совершен­ ные, будут применяться только гидрометаллургические процессы. Однако природа сделала свои поправки и за­ ставила в отдельных случаях опять обратиться к искус­ ству древних.

Смола и золото

Меньшую часть земного шара занимает суша, боль- ■шая часть ее покрыта морями и океанами. Моря принима­ ют в себя воды рек, которые могут нести с собой золото. Так как вода морей соленая, в ней всегда имеются какието количества хлора, благодаря которому золото может переходить в раствор. Со дна Красного моря, отделяю­ щего Азию от Африки, и сейчас добывают голубой мине­ рал, из которого извлекают золото. Частицы ила и план­ ктона (микроскопические живые существа) сосредоточи­ вают (адсорбируют) на своей поверхности соли золота. Частички эти оседают на дно и образуют залежи голубого минерала с значительной примесью золота. В тонне этого минерала содержится золота от 1 до 5 граммов. Но зо­ лото может быть и просто растворенным в воде. Ученые Белоруссии подсчитали, что в каждом кубометре морской воды содержится шесть миллионных долей грамма золо­ та (шесть тысячных миллиграмма). Ничтожнейшее коли-

66

чество! Однако если бы удалось полностью его извлечь из воды, то каждому жителю нашей планеты можно было бы выдать по два килограмма золота. К этому следует добавить, что реки непрерывно несут свои воды в море и содержание золота в нем все время повышается.

Не одна ученая голова задумывалась над вопросом: нельзя ли каким-нибудь способом извлечь это раство­ ренное в морской воде золото?

В начале нашего века возле города Генуи в Италии была произведена такая попытка. Морскую воду пропу­ скали через освинцованные цинковые стружки в надежде, что золото на них осядет. Нельзя сказать, что опыт был совершенно неудачен. Нет, золото, а вслед за ним и сереб­ ро осели на стружках, но в каком количестве! Пропустив 550 литров воды, получили всего 0,6 миллиграмма золота и 1,1 миллиграмма серебра. Пробовали осаждать золото на металлах, шлаке, цементном клинкере, древесном угле, коксе — дело подвигалось очень медленно. Стали по­ лучать 3, 5, 8 миллиграммов золота из кубометра воды, но этого было мало: не оправдывались затраты.

Еще в середине прошлого столетия была открыта спо­ собность некоторых природных материалов обменивать при пропускании через них воды один входящий в их состав металл на другой, растворенный в воде. Примером этому может служить глауконит, применяющийся для того, чтобы не допустить соли кальция в котлы, где они служат причиной образования накипи. Пропуская через себя воду, глауконит задерживает кальций и отдает вместо него натрий, соединения которого накипи не обра­ зуют. Подобные материалы в наше время имеют широкое применение, называются они ионитами или ионообменниками. Сначала такую способность знали только у при­ родных материалов, но потом научились изготовлять

подобные материалы искусственно. Химия наших дней разработала способы получения всевозможных искусст­ венных смол. В их числе в 1935 году были получены и та­ кие, которые, подобно природным материалам, обладали ионообменной способностью. Их стали использовать для производства химических анализов, для очистки сточных вод и т. д. У ученых возникла идея попытаться при помо­ щи таких смол улавливать золото, растворенное в воде. Этим занялись ученые Московского ишстіитута имени Д. И. Менделеева А. Даванков и В. Лауфер. Используя смолу Н-0, которую изготовляла кафедра технологии пластмасс, ученые получили небольшое количество золо­ та из морской воды. Сконструированный ими приборчик сотрудник океанологии С. А. Дембовский захватил с со­ бой на экспедиционное судно и в Тихом океане при его помощи получил несколько миллиграммов золота из мор­ ской воды.

Смола, уловившая золото, сжигалась, а стоила она недешево. Однако примерный подсчет показал, что затра­ ты с лихвой покрываются добытым золотом, если не учи­ тывать расходов на сооружение самих установок. На­ шлось много поборников нового дела, которые не без основания утверждали, что несмотря на то, что в морской воде золота в сотни, а то и в тысячи раз меньше, чем в руде, все же имеет смысл разрабатывать новый процесс, так как затраты на добычу руды, ее измельчение, транс­ портировку, обработку составляют колоссальные цифры, тогда как вода ничего этого не требует.

Когда об этих опытах стало широко известно, то к ученым с письмом обратился из дальних краев один из работников золотых приисков. В своем стремлении по­ мочь ученым хотя бы советом он рекомендовал исполь­ зовать их установку для извлечения золота из пульпы

68

рек, где оно находится в пылевидном взвешенном со­ стоянии.

Ученые не оставили этот совет без внимания: ведь действительно на Урале, Памире, в Сибири есть мно­ жество рек, в водах которых золота, конечно, больше, чем в морской воде. Ученые продолжили работы и нашли новый способ концентрации золота и серебра на смолах. Способ казался фантастическим: вес поглощенного ме­ талла составлял 200 процентов от веса смолы для золота и 300 процентов для серебра! Каждый килограмм смолы улавливал 2 килограмма золота или 3 килограмма сереб­ ра! Лишь после этого смолу сжигали.

Как же этого достигли? После того как ионообменная смола захватывала какие-то количества золота или се­ ребра из растворенных солей, ее промывали гидросуль­ фитом натрия или каким-нибудь другим восстановителем. Золото и серебро при этом восстанавливались до метал­ ла и осаждались тут же на смоле, застревая в ее порах, а смола вновь приобретала ионообменные свойства, снова могла ухватывать золото и серебро. Через смолу пропу­ скали новые порции воды, и операция повторялась. Так продолжалось до тех пор, пока все поры смолы не оказы­ вались забитыми золотом и серебром и не могли уже пропускать через себя воду. Тогда смолу сжигали и по­ лучали чистые золото и серебро. Так был решен вопрос о резком сокращении расхода дорогостоящей смолы.

Различные изделия из золота, серебра, платины под­ вергаются полировке. При этом часть металла исчезает с промывными водами, где находится в пылевидном взве­ шенном состоянии. Это считалось неизбежной потерей, так как частички металла очень мелкие, простым глазом невидимые и при отстое на дне сосуда нс выпадают. Про­ мывные воды шлифовальных отделений ювелирных фаб-

69