Золото: свойства и получение

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Содержание

Введение

1. История открытия элемента

2. Свойства золота

2.1 Физические свойства

2.2 Химические свойства

3. Проба золота

4. Нахождение золота в природе, его месторождения

5. Способы получения

5.1 Получение золота из руды

5.2 Получение слитков

6. Интересные факты

Заключение

Список литературы



Введение

Драгоценными (благородными) называют восемь металлов, выделенных в отдельную группу. К ним относятся золото, серебро, платина и металлы платиновой группы: палладий, родий, рутений, осмий и иридий. В природе металлы платиновой группы сопутствуют друг другу и имеют общие свойства.

Основу для использования в ювелирном деле составляют Au, Ag, Pt. Ведущее место занимают серебро и золото; наибольшее количество золотых сплавов, обладающих широкой цветовой гаммой, используются самостоятельно. Золотые изделия также могут быть изготовлены в сочетании с серебром и платиной.

Обладая уникальными свойствами: красивым цветом, пластичностью, способностью эстетически гармонично сочетаться с эмалями и драгоценными камнями, стойкостью к длительному воздействию окружающей среды и т.п., благородные металлы и сплавы широко используются для изготовления самых разнообразных ювелирных изделий.

Все благородные металлы находят также разнообразное техническое применение, главным образом, в электронной промышленности, приборостроении, космической технике. Обладая исключительно высокой кислотостойкостью, высокой температурой плавления, но в то же время повышенной твердостью и хрупкостью, металлы платиновой группы в ювелирном деле практически не применяются, но широко используются для изготовления химической посуды, в точном приборостроении, медицине (рутений), в качестве эталонных образцов (сплав осмия с иридием), термоэлектрических приборов (сплавы платины с родием) и т. п.



1. История открытия элемента

История золота - это история цивилизации. Первые крупицы этого металла попали в руки людей несколько тысячелетий назад, и тогда же он был возведен человеком в ранг драгоценного.

Самой богатой страной древнего мира считался Египет. Не случайно при раскопках захоронений египетской знати археологи находят много украшений и других золотых предметов.

“Отблески золота вспыхнули всюду, чуть только брызнул первый луч... Золото на полу, золото на стенах, золото там, в самом отдаленном углу, где рядом со стеной стоит гроб, золото яркое и светлое, как будто бы оно только что вышло совсем новое из рук золотых дел мастера...”, - писал один из участников первого проникновения в могилу неизвестного фараона, найденную в 1907 году в Долине царей близ Фив, на левом берегу Нила.

Спустя 15 лет английский археолог Говард Картер обнаружил там же гробницу фараона Тутанхамона, правившего в XIV веке до нашей эры. Тысячелетия сохранили здесь бесценные произведения древнего искусства, многие из которых сделаны из чистого золота. Мумия юного фараона покоилась в золотом гробу, весившем 110 кг. необычайно красива маска Тутанхамона, выполненная из золота и разноцветных поделочных камней.

Примерно два с половиной тысячелетия назад появились первые золотые монеты. Родиной их стала Лидия - могущественное рабовладельческое государство, располагавшееся в западной части Малой Азии. Лидия вела обширную торговлю с Грецией и своими восточными соседями. Для удобства расчетов при торговых сделках лидийцы ввели в обращение золотую чеканную монету - статер.

После завоевания Лидии персидским царем Киром золотые монеты начали чеканить и в других странах Ближнего и Среднего Востока.

Первые русские золотые монеты - гривенники и пятаки - появились в начале XVII века, выпущенные в обращение Василием Шуйским. При императрице Елизавете Петровне появилась крупная золотая монета достоинством в 10 рублей, получившая название “империал”.

Форма самородного золота разнообразна. Листочки , зерна, сфероиды, октаэдры, палочки и т. д. Поверхность частичек самородного золота покрыта пленками других веществ, главным образом гидроксида железа, затрудняющих извлечение золота при промышленной добыче.

Самородное золото почти всегда содержит серебро (в массовой доле от 5 до 30%) и почти всегда - медь (в массовой доле до 20%), изредка - металлы платиновой группы.

Из полукустарного промысла добыча золота превратилась в одну из самых современной отраслей промышленности. Старательский лоток можно встретить в наши дни только в музее.

За всю историю человечество добыло не более 1000000 тонн золота. Если это количество золота представить в идее куба, то высота его окажется равной всего 17 метрам. Только в земной коре, по мнению геологов, заключено приблизительно 100 миллиардов тонн золота.

Практически неисчерпаемые запасы этого металла растворены в водах рек, морей и океанов нашей планеты (0,01-0,05мг/т). многие зарубежные фирмы ведут сейчас исследования в этой области, может быть, в ближайшие годы океан станет неисчерпаемым золотым прииском.

Учеными также установлено, что золото присутствует в крови и тканях живых организмов (0,1 - 0,4мг/кг).

В начале XVI века испанские и португальские завоеватели нашли более доходный способ добычи золота: они подвергли варварскому грабежу древние государства Америки, открытой в 1492 году Христофором Колумбом.

Накопленное за много веков ацтеками, инками, майя и другими народами Нового Света, золото широким потоком хлынуло в Европу. У древних народов, населявших Латинскую Америку, золото считалось священным металлом, металлом бога Солнца.

Золото - один из самых тяжелых металлов. Именно это свойство позволило Архимеду уличить в мошенничестве ювелиров сиракузского царя Герона, изготовивших по его заказу золотую корону.

Чистое золото - очень мягкий и пластичный металл. Кусочек его со спичечную головку можно вытянуть в проволоку длиной в несколько километров или раскатать в прозрачный голубовато-зеленый лист площадью 50 м².

Если царапнуть ногтем по чистому золоту, на нем останется след. Поэтому золото, идущее на ювелирные украшения, обычно содержит лигатуры - добавки меди, серебра, никеля, кадмия, палладия и других металлов, придающих золоту прочность.

Одно из самых важных свойств золота - его исключительно высокая химическая стойкость. На него не действуют кислоты и щелочи. Лишь “царская водка” (смесь азотной и соляной кислот) способна растворить золото.

В настоящее время сравнительно большая доля добываемого золота идет на изготовление ювелирных изделий, украшений, сувениров и зубных протезов, спрос на которые продиктован прежде всего модой и ценой на золото.

Использование золота в таких отраслях промышленности, как электроника, связь, космическая техника, химия меньше зависит от колебаний цен на золото.

Несомненно, что если бы не специфические монетарные функции золота, этот металл гораздо более широко применялся бы в технике уже в настоящее время.



2. Свойства золота

2.1 Физические свойства

Цвет золота ярко-желтый, если в нем отсутствуют примеси. Но чистое золото (и то не совсем) бывает почти исключительно в банковских слитках. В природном золоте и ювелирных изделиях всегда есть примеси серебра, меди и др., то есть фактически мы всегда имеем дело со сплавами золота с другими металлами. Цвет природного золота может зависеть от размера частиц. Например, золото Балейского месторождения Читинской области описано следующим образом: «Золото находится в жилах обычно в виде мельчайших частиц. Эти частицы иногда скапливаются, давая рыхлые сростки и скопления, видимые простым глазом. Внешний вид этих скоплений таков, что впервые видящий их наблюдатель не узнает в них золота. Это серо-зеленые пятна весьма непривлекательного вида с тусклым блеском или вовсе без блеска. Такого рода золото носит название «зеленого» золота. Гораздо реже встречается так называемое «желтое» золото, несколько отличающееся по виду и составу от «зеленого». Отношение количества «зеленого» к «желтому» примерно составляет 20:1.

В ювелирном деле золотом иногда называют сплавы, в которых собственно золота меньше 40 %. Сплав, известный как «белое золото», - это сплав золота с палладием. Десятая часть палладия придает слитку бело-стальной оттенок. Платина окрашивает золото в белый цвет даже интенсивнее палладия. Никель тоже позволяет получить золотые сплавы белого цвета с едва уловимым желтым оттенком. Из белого золота изготавливают ювелирные украшения с бриллиантами. Такая оправа прекрасно отражает блеск камней и будто дополнительно их освещает. По сравнению с желтым белое золото более стойко к воздействию атмосферы. Таким образом, цвет сплавов зависит от количества и состава примесей.



Табл.1. Цвет золота в зависимости от количества и состава примесей

Доля золота, %	Доля примесей, %	Основной состав примесей	Цвет сплава
100,0	0	-	желтый
96,0	4,0	Медь	желтый
		Медь	красный
75,0	25,0	медь, серебро, никель; медь, серебро	желтый
		никель, цинк, медь; палладий, серебро, медь	белый
50,0 - 58,0	42-50	медь, серебро	красный
		серебро, медь	желтый
		серебро, медь	зеленый
37,5	62,5	медь, серебро	красный
		серебро, палладий, медь	розовый

Золото - очень мягкий металл, его твердость 2,5-3,0 по 10-балльной шкале твердости (шкале Мооса). В полевых условиях твердость проверяют, прежде всего, с помощью ножа. Его острием проводят по поверхности изучаемого минерала. Если нож оставляет царапину, значит твердость меньше 5. Золото, имеющее твердость 2,5-3,0, не только легко царапается, но и при значительном усилии режется ножом. На нем можно оставить след даже сильно прикусив зубами. «На зуб» раньше пробовали золотые монеты. На поддельных монетах из меди сделать отметину зубами невозможно, а на золотой монете имея крепкие зубы отметку поставить можно. Проверка на твердость - это важный тест для отличия золота от похожих по цвету металлов или минералов. Золото легко полируется и обладает высокой отражательной способностью. Через очень тонкие листы золота отлично могут проходить солнечные лучи, при этом тепловая их часть будет отражаться. По этой причине, тонкие слои золота используются для тонированных стекол современных небоскребов в жарком климате. Это позволяет экономить энергию, необходимую на то, чтобы содержать интерьер таких зданий в прохладности в течение всех горячих летних месяцев. Подобные тонкие слои золота используются также в защитном шлеме космонавтов, чтобы отражать большой поток инфракрасных лучей в открытом космосе.

Золото обладает исключительной способностью распыляться, давать частицы, соизмеримые с длиной световой волны, уноситься тоннами в виде мельчайшей пыли в реках, рассеиваться по полу, стенам и мебели золотосплавочных лабораторий и исчезать из банковского обмена за счет истирания монет. При золотом обращении ежегодно терялось от 0,01 до 0,1% веса монеты.

Золото имеет чрезвычайно высокую пластичность (тягучесть) и ковкость (расковывается до толщины 8•10^-5 мм), т.е. из одного грамма золота можно получить лист фольги площадью до 1м² . Благодаря высокой пластичности, золото может быть измельчено, искривлено, сдавлено, сжато, золоту можно придать различную форму, не ломая на части. Фактически, желтый металл может быть истолчен до полупрозрачности, может быть тонким, как лист бумаги, и оставаться таким же красивым и блестящим. Производство тонколистового (сусального) золота позволяет покрывать им купола церквей, отделывать дворцовые залы. Из одного грамма золота можно вытянуть проволоку длинной 2610 м. Получаемая нить очень тонкая (диаметром 2•10^-6мм), что необходимо сегодняшней электронной индустрии, где нужно создавать электрические цепи в чипах очень маленьких размеров. Из-за высокой электрической проводимости и устойчивости к окислению, золото имеет большой спрос в электронной промышленности. Сейчас неудивительно найти золото в таких устройствах как телевизор, мобильный телефон, калькулятор, не говоря уже о более сложной электронике. Высокая ковкость золота еще один признак, позволяющий отличить золото от похожих минералов. Например, если положить частицу золота на твердый камень и ударить по ней молотком, то она расплющится, а кусочек желтого пирита рассыплется на мелкие частички.

Температура плавления золота составляет 1063? С, кипения 2947? С. Расплавленное золото имеет бледно-зеленый цвет. Пары золота зеленовато-желтого цвета. Все металлы, входящие в состав сплава с золотом, понижают температуру его плавления. При нагревании золота и его сплавов выше температуры плавления золото начинает улетучиваться, и летучесть его тем выше, чем выше температура. Летучесть золота в значительной мере возрастает также в том случае, когда в сплаве присутствуют другие металлы, обладающие летучими свойствами, например, цинк, мышьяк, сурьма, теллур, ртуть и др. Сплавы по своим свойствам не похожи на те металлы, из которых они образовались. Так, например, сплав золота с серебром обладает значительно большей твердостью, чем золото и серебро, но зато не имеет их ковкости и тягучести. То же самое дает и примесь меди.

Золото имеет еще одно отличительное качество - это плотность золота. Его плотность - 19,3 г/см3 - означает, что оно весит в 19,3 раза больше, чем равный объем чистой воды. Более высокую плотность имеют только некоторые металлы платиновой группы (индий - 22,6 г/см3). Частица золота в 2,5 раза тяжелее, чем такая же по размеру частица серебра, и приблизительно в 8 раз тяжелее куска кварца, который обычно находится рядом с золотом. 1 кг золота можно представить в виде куба с ребром 37,3 мм или шара диаметром 46,2 мм. Полстакана золотого песка, добытого из россыпного месторождения, также весит около килограмма. Высокая плотность золота - это свойство, которое чаще всего используется для его извлечения из породы.

Плотность самородного золота несколько ниже, чем химически чистого, и, в зависимости от примесей в нем серебра и меди, колеблется в пределах 18--18,5.

Табл. 2. Важнейшие физические свойства и диагностические признаки золота

Свойства	Значение
Цвет	желтый
Цвет черты (на неглазированной фарфоровой пластинке)	желтая
Блеск	металлический
Твердость по шкале Мооса	2,5-3,0
Плотность при температуре 20єC	19,32 г/см3
Температура, плавления, град.С - кипения	1063 2947
Удельная теплопроводность при температуре 0єC, Вт/(м•К)	311,48
Сопротивление при температуре 0є, Ом	2,065•10-8
Электропроводность по отношению к меди, %	75
Предел прочности отожженного золота при растяжении, МПа	100-140

2.2 Химические свойства золота

Золото (Au, от латинского Aurum) - химический элемент 1-й группы периодической системы таблицы Менделеева, атомный номер 79, атомная масса 196,9665. Почти все природное золото состоит из изотопа 197 Au. Валентность золота в химических соединениях обычно +1, +3. Сера и кислород на золото не действуют ни при какой температуре. Исключение - атомы золота на поверхности. При 500-700°С они образуют чрезвычайно тонкий, но очень устойчивый оксид, не разлагающийся в течение 12 часов при нагреве до 800° С. Это может быть Au₂O₃ или AuO(OH). Такой оксидный слой найден на поверхности крупинок самородного золота.

Не реагирует золото с водородом, азотом, фосфором, углеродом, а галогены с золотом при нагревании образуют соединения: AuF3, AuCl3, AuBr3 и AuI. Особенно легко, уже при комнатной температуре, идет реакция с хлорной и бромной водой. В быту опасность для золотых колец представляет йодная настойка - водно-спиртовой раствор йода и иодида калия:

2Au + I2 + 2KI > 2K[AuI2]

Щелочи и большинство минеральных кислот на золото не действуют. На этом основан один из способов определения подлинности золота. Весь истолченный металл пересыпается в фарфоровую чашку, куда наливается азотная кислота в количестве, достаточном для покрытия всего металла. Чашку с кислотой и металлом, при непрерывном помешивании стеклянной палочкой, подогревают на примусе до кипения. Если при этом не происходит растворения металла и выделения пузырьков газа, то металл является золотом. Смесь концентрированных азотной и соляной кислот («царская водка») легко растворяет золото:

Au + HNO3 + 4HCl > H[AuCl4] + NO + 2H2O

После осторожного выпаривания раствора выделяются желтые кристаллы комплексной золотохлористоводородной кислоты HAuCl4 ·3H2O. Царскую водку, способную растворять золото, знал еще арабский алхимик Гебер, живший в 9-10 веке. Менее известно, что золото растворяется в горячей концентрированной селеновой кислоте:

2Au + 6H2SeO4 > Au2(SeO4)3 + 3H2SeO3 + 3H2O

В концентрированной серной кислоте золото растворяется в присутствии окислителей: йодной кислоты, азотной кислоты, диоксида марганца. В водных растворах цианидов при доступе кислорода золото растворяется с образованием очень прочных дицианоауратов:

4Au + 8NaCN + 2H2O + O2 > 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH

эта реакция лежит в основе важнейшего промышленного способа извлечения золота из руд - цианирования.

Действуют на золото и расплавы из смеси щелочей и нитратов щелочных металлов:

2Au + 2NaOH + 3NaNO3> 2Na[AuO2] + 2Na2O,



пероксиды натрия или бария:

2Au + 3BaO2 > Ba[AuO2]2 + 3BaO

водные или эфирные растворы высших хлоридов марганца, кобальта и никеля:

3Au + 3MnCl4 > 2AuCl3 + 3MnCl2

тионилхлорид:

2Au + 4SOCl2 > 2AuCl3 + 2SO2 + S2Cl2,

некоторые другие реагенты.

Интересны свойства мелкораздробленного золота. При восстановлении золота из сильно разбавленных растворов оно не выпадает в осадок, а образует интенсивно окрашенные коллоидные растворы - гидрозоли, которые могут быть пурпурно-красными, синими, фиолетовыми, коричневыми и даже черными. Так, при добавлении к 0,0075%-му раствору H[AuCl4] восстановителя (например, 0,005%-го раствора солянокислого гидразина) образуется прозрачный голубой золь золота, а если к 0,0025%-му раствору H[AuCl4] добавить 0,005%-й раствор карбоната калия, а затем по каплям при нагревании добавить раствор танина, то образуется красный прозрачный золь. Таким образом, в зависимости от степени дисперсности окраска золота меняется от голубой до красной.

При размере частиц золя 40 нм максимум его оптического поглощения приходится на 510-520 нм (раствор красный), а при увеличении размера частиц до 86 нм максимум сдвигается до 620-630 нм (раствор голубой). Реакция восстановления с образованием коллоидных частиц используется в аналитической химии для обнаружения малых количеств золота.

При восстановлении соединений золота хлоридом олова в слабокислых растворах образуется интенсивно окрашенный темно-пурпурный раствор так называемого кассиевого золотого пурпура (он назван так по имени Андреаса Кассия, стекловара из Гамбурга, жившего в 17 в.). Кассиев пурпур, введенный в расплавленную стеклянную массу, дает великолепно окрашенное рубиновое стекло, количество затрачиваемого при этом золота ничтожно. Кассиев пурпур применяется и для живописи по стеклу и фарфору, давая при прокаливания различные оттенки - от слаборозового до ярко-красного.

В геологических процессах подвижность золота связана с водными растворами, имеющими высокую температуру (сотни градусов) и находящимися под высоким давлением. Золото при этом может находиться в форме различных простых и смешанных комплексов: гидроксильных, гидроксохлоридных, гидросульфидных. В низкотемпературных гидротермальных условиях, а также в биосфере, миграция золота возможна в виде растворимых металлоорганических комплексов.

В нормальных природных условиях золото стойко к различным типам минеральных вод и атмосферной коррозии. Частицы золота практически не меняются с течением времени. Изделия из золота сделанные тысячи лет назад сохраняются практически неизменными в земле и морской воде. Со временем они не только не теряют своей ценности, но становятся дороже. Такая устойчивость дает основание относить золото к группе благородных металлов.



3. Проба золота

Количественное содержание химически чистого золота (по массе) в природном твердом растворе или сплаве (изделии) выражается пробой. В международной практике применяются метрическая (в большинстве стран, в том числе и в России) и каратная системы проб.

При метрической системе содержание металла определяется числом его единиц в 1000 единицах лигатурной массы раствора (сплава), при каратной в 24 единицах. До 1927 года в СССР, а также в дореволюционной России, действовала золотниковая система проб, при которой содержание золота определялось количеством золотников в фунте лигатурной массы (1 русский фунт = 409,5 г = 96 золотникам; 1 золотник = 4,27 г = 96 долям; 1 доля = 44,4 мг).

В метрической системе химически чистому золоту соответствует 1000-я проба, а твердый раствор (сплав), например, 750-й пробы, содержит 750 частей химически чистого золота и 250 частей примесей, или же 75,0% золота и 25,0% примесей.

Расчетом устанавливается взаимное отношение и перевод различных систем проб. Например, 450-я метрическая проба изделия (сплава) соответствует:

450/1000 ґ 96= 43,2 золотниковой

и 550/1000 ґ 24= 10,8 каратной пробам.

Самородное золото обладает различной пробой (наиболее часто 940-900, 890-740, 680-600-й и крайне редко 550-й). Для производства ювелирно-бытовых изделий обычно используются золотые сплавы различной пробы, так как золото в чистом виде слишком мягкое и легко истирается.

Ювелирным сплавам за счет добавления лигатурных цветных металлов (меди, серебра, реже никеля, палладия, цинка, кадмия и др.) придаются требуемые для механической обработки свойства и желательный цвет. В таблице 3 указаны наиболее часто используемые для производства ювелирных украшений сплавы и соотношение различных систем обозначения их пробы, распространенные в бывшем СССР и России.

золото химический проба ювелирный

Табл.3. Пробы и основной состав лигатуры ювелирных золотых сплавов, принятых в бывшем СССР и Российской Федерации

Система обозначения проб
метрическая	золотниковая	каратная
1000	96	24
958	92	23
750*	72	18
583/585*	56	14
500*	48	12
375*	36	9
*Пробы Российской Федерации



4. Золото в природе

Золото в небольших количествах содержится во многих горных породах. Среднее его содержание в литосфере (Кларк) составляет 4,3 мг/т.

Золото содержится в организмах и в растениях. Есть предположение, что золото имеет определенное значение для организма животных. В золе растений золото впервые обнаружено французским химиком Клодом Луи Бертолле в XVIII веке. По современным данным содержание золота в некоторых гумусовых почвах достигает 0,5 г/т. Растения, произрастающие на таких участках, поглощают золото, сосредотачивая его в корневой системе, стеблях, стволах и в ветвях. В настоящее время разработаны методы поиска месторождений (биогеохимические), основанные на выявлении ореолов с повышенным содержанием золота в золе растений.

Огромное количество золота содержится в гидросфере. Во всех видах пресных вод его среднее содержание составляет порядка 3•10-9% (0,03 мг/т), но иногда многократно выше, например, в подземных водах золоторудных месторождений содержание золота достигает порядка 1 мг/т. На изменении содержания золота в подземных водах основан один из методов поиска золоторудных месторождений (гидрохимический метод).

В морских водах содержание золота также колеблется: в полярных морях - 0,05 мг/т, у берегов Европы - 1-3•мг/т. Наиболее высокая концентрация золота отмечается в прибрежной зоне США - до 16 мг/т., в водах Карибского моря - 15-18 мг/т., в водах Мертвого моря - до 50 мг/т.

Океаны насыщаются золотом вследствие приноса его грунтовыми, поземными и поверхностными водами, за счет распыления метеоритов, выбросов вулканических веществ и ряда других естественных источников. Французскими исследователями было выяснено, что сицилийский вулкан Этна каждый день выбрасывает в виде мелких частиц более 2,5 кг и большая часть этого уходит в океан. По подсчетам каждый год в атмосфере Земли распыляется примерно 3,5 тыс. метеоритного вещества, содержащие примерно 18 кг золота, что составляет за миллион лет где-то 18 тыс.т. Поступление золота в океаны происходит также с речными и морскими взвесями, а также в виде растворимых металлоорганических комплексов. Циркулирующие на золотоносных площадях поверхностные и подземные водотоки содержат, как правило, золото, находящееся во взвешенном состоянии, или растворенное золото, которое может достигнуть океана. Особенно велик перенос золота речными системами. Специалисты посчитали, что только Амур в своих водах за год выносит в океан около 8,5 т золота.

Общее количество золота в водах Мирового океана оценивается в 25-27 млн.т. Это чрезвычайно много. Человечеством за все время добыто около 150 тыс.т. Ведутся изыскания технологий извлечения золота из воды океанов, запатентованы технические решения, но приемлемых экономических показателей добычи золота из воды пока не достигнуто.

В земной коре золото может находиться в сплошных горных массах - рудах или в разрушенных горных породах - россыпях. В первом случае оно называется рудным, а во втором - россыпным золотом. Россыпи обычно встречаются в долинах рек, ручейков или сухих логов и образуют более или менее мощные пласты, прикрытые слоем пустой породы, так называемыми торфами. Золото находится в россыпях в виде кусочков, чешуек, зерен и пыли.

Золото в рудных и россыпных месторождениях встречается главным образом в сплавах с серебром, медью, железом и другими металлами. Кроме этих природных сплавов золота известны также платинистое и родистое золото, в состав которых соответственно входят платина и родий. Чаще всего в состав самородного золота входит от 5 до 30 % серебра. Относительно редко, но все же встречается в природе сплав золота с 30--40% серебра, который называется электрумом. Довольно распространено в природе самородное медистое золото, состоящее из 74--80% золота, 2--16% серебра, 9--20% меди.

Больше всего в природе частиц золота размером от доли микрона до десятков микронов. Такие частицы называются дисперсными. Условно они делятся на грубодисперсные и тонкодисперсные (высокодисперсные). В грубодисперсных системах частицы имеют размеры от 1 мкм и выше, в тонкодисперсных -- от 1 нм до 1 мкм (0,001 мм).

Дисперсные частицы золота есть в породах, в воде и в растениях. Такие частицы видны только в электронный микроскоп, их не удастся взвесить на лучших микроаналитических весах. Расчетная масса частицы размером 0,001 мм составляет всего 0,00000001 мг, а предел взвешивания лучших микроаналитических весов -- 0,0001 мг. Количество мельчайших частиц золота несметное. В каждом грамме золота заключено больше 100 миллиардов таких частиц. При огромном количестве дисперсных частиц их извлечение представляет наибольшую трудность и обходится дороже всего.

Чрезвычайно много в природе также золотин размером порядка 0,01 мм. Самая крупная золотина этого класса (0,01 мм) имеет массу порядка 0,00001 мг и ее также невозможно взвесить на микроаналитических весах. В каждом грамме золота количество таких частиц превышает 100 миллионов. Несмотря на то, что золота мельче 0,01 мм в природе больше, чем любого другого, оно находится преимущественно в рассеянном состоянии. Иногда оно концентрируются в виде включений в некоторые минералы (пирит, арсенопирит и т.п.), но если свободное золото крупностью 0,01-0,1 мм попадает в речной поток, то оно преимущественно рассеивается. Мелкие легкие золотинки свободно переносятся во взвешенном состоянии даже при небольшой скорости течения.

Золото крупнее 0,1 мм относится к «гравитационному», то есть к такому, которое осаждается в воде под действием силы тяжести и образует скопления, выгодные для отработки - россыпные месторождения. Извлеченное из россыпей золото часто называют «золотой песок». Фактически так оно и есть, частицы золота легко пересыпаются и их можно насыпать в кожаный мешочек (раньше так носили в кармане или сумке), золотой песок можно ссыпать в бутылку (в ней удобно прятать золото) или в любую емкость.

Золотины размером 8 мм и более обычно имеют массу свыше 1 г и называются самородками. Различают самородки мелкие (1-10 г), средние (10-100 г), крупные (100-1000 г), весьма крупные (1-10 кг) и гигантские (более 10 кг). Однако иногда самородками называют также золотины «резко выделяющиеся по размерам среди других частиц металла», и нижний предел массы самородка принимают 0,1 грамма.

Самый крупный самородок золота найден в Австралии - “Плита Холтермана” (285 кг вместе с кварцем, чистого золота 83,3 кг); на Урале найден самородок золота “Большой треугольник” (36,2 кг). Большинство крупных самородков имеют свои имена (Табл.4).

В последние десятилетия самородки начали искать с помощью металлодетекторов (разновидность миноискателей). Крупнейший самородок найденный металлодетектором весит 27,2 кг. Его нашел в Австралии в штате Виктория Кевин Хиллер (Kevin Hillier) 26 сентября 1980 года. Самородок назван «Рука Судьбы». Его размеры: 47 см в длину, 20 см в ширину и 9 см толщиной, проба 926. Кевин продал свой самородок в 1981 году за 1 000 000 долларов в казино «Золотой Самородок» в Лас-Вегасе.

Табл. 4. Крупнейшие самородки мира

Год находки	Место находки	Масса, кг	Присвоенное название	Источник сведений
1842	Россия, Урал	36,2	«Большой треугольник»	В.В.Данилевский
1851	Австралия, шт.Новый Южный Уэльс	45,3	«Хандреуейт»	Дж.Салмон
1857	Австралия, Кингоуэр	65,7; 54	«Блестящий Баркли»	Дж.Салмон
1857	Австралия, шт.Виктория	42	«Донноли»	В.И.Соболевский
1858	Австралия, Балларат	69	«Желанный»	В.И.Соболевский
1868	Австралия, Балларат	50	«Канадец 1-й»	Дж.Салмон
1870	Австралия, шт.Виктория	60,7	нет	Дж.Салмон
1870	Калифорния	48	нет	Дж.Салмон
1872	Австралия, район Сиднея	285/83,2	«Плита Холтермана»	В.И.Соболевский
1873	Калифорния	108,8	нет	Дж.Салмон
1899	Западная Австралия	45,3	нет	Дж.Салмон
1901	Япония, о.Хоккайдо	71	«Японец»	В.И.Соболевский
1937	Австралия	32	«Золотой орел»	Из газет
1954	США, Калаверас	72,9	нет	Дж.Салмон
1954	Калифорния	36,3	«Оливер Мартин»	Дж.Салмон
1983	Бразилия, шт.Пара	39,5; 36	нет	Из газет
н.д.	Калифорния	88,4	нет	Дж.Салмон
н.д.	Австралия	75,4	нет	Д.С.Ньюбери
н.д.	Австралия, шт.Виктория	44,7	«Леди Хотэм»	Дж.Салмон
ХХ век	Западный Китай	44	нет	Дж.Салмон
н.д.	Австралия, шт.Виктория	40	«Канадец 2-й»	В.И.Соболевский
н.д.	Калифорния	35,6	«Посейдон 2-й»	В.И.Соболевский

Трудно назвать другой металл, который в истории человечества сыграл бы большую роль, чем золото. Во все времена люди старались завладеть золотом хотя бы путем преступлений, насилий и войн. Начиная с первобытного человека, украшавшего себя золотыми блестками, намытыми в песках рек, и кончая современным промышленником, обладающим огромным производством, человек в упорной борьбе завладел частью природного богатства. Но эта часть золота ничтожна по сравнению с количеством распыленного в природе металла и с потребностями и желаниями самого человечества. Сегодня поиски золота и его месторождений идут все усиливающимся темпом, по добыче золота во всем мире работает не менее пяти миллионов человек, а добывается его около трех тысяч тонн ежегодно. Природа очень бережно хранит свои сокровища и упорно не отдает человеку этот металл. В наши дни создано большое количество золотодобывающей, самой современной техники, но наибольший эффект в золотодобыче дают все возрастающие знания человека о свойствах золота.



5. Способы получения

5.1 Получение золота из руды

Извлечение золота из руд и песков россыпных месторождений производится гравитационным и флотационным обогащением .В случае добычи из руд их предварительно подвергают дроблению и измельчению. Золото из измельченного материала извлекают либо непосредственно, либо после его обогащения.

Одним из методов химического извлечения золота является амальгамация, известная с начала промышленной добычи драгметаллов, но в настоящее время практически не используемая. по данному способу измельченную руду обрабатывают ртутью, которая избирательно смачивает золото, образуя амальгаму, или же извлекают золото вследствие только поверхностного амальгамирования его частичек. Амальгамацию иногда совмещают с измельчением. Очищенную и промытую амальгаму отжимают для удаления избытка ртути; ее жидкую часть возвращают на извлечение Au, а отжатую подвергают отпарке - отгонке ртути путем нагревания. В результате получают черновое золото, которое отправляют на переплавку.

Наиболее широко распространенным способом извлечения золота является растворение его в водном растворе цианида натрия или калия (после механического извлечения крупных частиц) в присутствии кислорода. Поскольку извлечение золота резко возрастает при повышении концентрации растворенного кислорода, чаще используют чистый кислород, а не воздух. Получающийся комплекс затем разлагают цинковой пылью или стружкой согласно реакции:

2NaAu(CN)₂ + Zn = NaZn(CN)₄ + Auv.



Образовавшийся шлам золота в смеси с избытком цинковой пыли обрабатывают затем серной кислотой, промывают, отфильтровывают и плавят с добавкой флюсов. Полученное таким образом золото содержит много примесей, для очистки от которых его подвергают аффинажу.

Извлечение золота из песков россыпных месторождений сводится к предварительному разрыхлению с последующей промывкой на шлюзе, представляющем собой наклонный желоб, покрытый перфорированными стальными листами, деревянными трафаретами или пеньковыми коврами, на которых задерживаются частички золота при промывке водой золотоносных песков.

Более совершенными методами являются: отсадка, производимая с помощью отсадочных машин, и добыча при помощи драг - сложных агрегатов, в которых совмещается добыча и извлечение золота.

Золото в настоящее время добывают с помощью драг, достигающих высоты четырехэтажного дома, оснащенных автоматическими устройствами, приборами дистанционного управления, промышленными телевизионными установками. Мощная драга, которую обслуживают всего несколько операторов, заменяет труд 12 тысяч старателей.

5.2 Получение слитков

При производстве полуфабрикатов (полосы, проволока и др.) из чистого золота используют слитки, выпускаемые аффинажным заводом.

Наиболее эффективным способом получения слитков из сплавов золота, обеспечивающим высокую производительность труда, качество металла и рентабельность производства, является метод непрерывного литья в водоохлаждаемые кристаллизаторы или бесслитковая прокатка - совмещенный метод непрерывного литья с последующей деформацией.

Выбор технологического процесса и металлургического оборудования для него определяется свойствами сплава, номенклатурой и сортаментом полуфабрикатов. Одним из решающих факторов являются литейные свойства сплавов, определяющую роль в которых играют склонность к зональной ликвации, температурный интервал кристаллизации и прочностные свойства в интервале температур затвердевания слитка.

Значительная обратная ликвация способна привести к браку по химическому составу, к неравномерности свойств в готовых полуфабрикатах и наблюдается в сплавах, склонных к образованию широких двухфазных областей в процессе кристаллизации слитка.

Экспериментальные исследования и опыт промышленного использования метода непрерывного литья позволяют разделить сплавы золота на три группы в соответствии с их литейными свойствами.

1. малолегированные сплавы золота и сплавы с узкими температурными и концентрационными интервалами кристаллизации, при затвердевании которых не образуются или образуются незначительные по ширине двухфазные области. В этих сплавах практически отсутствует склонность к ликвации. К этой группе относятся сплавы следующих составов, %: 75Au + 25Ag; 72,7Au + 27,3Ag; 60Au + 40Ag; 58,3Au _ 41,7Ag; 98Au + 2Cu; 91,6Au + 8,4Ag; 58,3Au + 41,7Ag; 37,5Au + 62,5Ag; Au-Pt с содержанием платины 15,7, 10 и 25%; сплавы Au-Pd c 2-40%Pd; Au-Ni c 2-20% Ni; 98Au + 2Co; Au + 0,2Pd и др.

2. сплавы со средним температурным и концентрационным интервалами кристаллизации, затвердевающие с образованием двухфазных областей и имеющие относительно небольшую склонность к зональной ликвации. Ко второй группе сплавов относится большинство трехкомпонентных ювелирных сплавов системы Au-Ag-Cu типа ЗлСрМ 75-12,5; ЗлСрМ 58,3 - 8,0; ЗлСрм 33,5 - 33,5 и др.

3. сплавы с широким температурным и концентрационным интервалами кристаллизации, затвердевающие с образованием значительных двухфазных областей, обладающие высокой склонностью к зональной ликвации и широким диапазоном прочностных характеристик в интервале температур затвердевания. К этой группе относятся золотые припои (58,3Au + 19Ag + 18Cu + 3Cd + 2Zn; 60Au + 10Ag + 20Cu + 10Cd) и ряд многокомпонентных сплавов типа Au-Ag-Pd-Cu.

Каждой группе сплавов должна соответствовать наиболее рациональная технологическая схема полунепрерывного литья.

Анализ современных методов литья слитков позволяет выделить три основных направления, по которым будут развиваться способы непрерывного литья:

1) полунепрерывное или непрерывное литье на вертикальных, не зависящих от плавильных печей установках с водоохлаждаемыми кристаллизаторами скольжения;

2) бесслитковая прокатка (непрерывное литье с совмещением процесса прокатки);

3) непрерывное литье заготовки и готовых полуфабрикатов на установках с вертикально или горизонтально вмонтированными в плавильную печь кристаллизаторами.

Для сплавов золота всех перечисленных групп наивысшие технико-экономические показатели в сочетании с высоким качеством металла дает метод полунепрерывного литья на вертикальных установках.

Этот метод предназначен для литья слитков, деформируемых в горячем и холодном состояниях. Благодаря его применению полностью решается проблема массового производства высококачественных полуфабрикатов из сплавов золота.

Плавку золота и его сплавов производят в графитно-шамотных тиглях на высококачественных индукционных установках различной мощности. Сплавы золота с высоким содержанием платины или палладия плавят в алундовых тиглях, так как оба металла склонны поглощать углерод из материала тигля.

Защитные флюсы и защитно-рафинировочные флюсы для сплавов золота - это прокаленный березовый уголь, борнокислый натрий, получаемый при нагреве до плавления буры (Ba₂B₄O₇•5H₂O). При плавлении бура полностью теряет кристаллизационную воду. Применяют также безводный углекислый натрий (Na₂CO₃) в смеси с борнокислым натрием, кальцинированную соду, CaO, CaCl₂, NaCl₂, BaCl₂ или смеси указанных солей с прокаленным березовым углем в зависимости от компонентов сплава.

При подготовке шихтовых материалов для плавки сплавов золота необходимо обращать особое внимание на чистоту материалов от вредных примесей. Одной их наиболее вредных примесей во всех ювелирных сплавах (системы Au-Ag-Cu) является свинец: он нерастворим в золоте в жидком состоянии, не образует интерметаллиды Au₂Pd и AuPd₂. допустимое количество Pd ограничивают, поэтому 0,005%. При более высоком содержании свинца пластичность сплавов резко падает, а при более 0,06% Pd золото становится хрупким. Такое же вредное влияние и по такому же механизму (выделение хрупких интерметаллидов по границам зерен) оказывает теллур, его содержание в сплавах не должно превышать 0,01%. Резко пластичность золота понижает висмут; хотя его предельная растворимость в золоте в пределах нескольких процентов, допустимое содержание 0,01%.



6. Интересные факты

· Чтобы получить одну-единственную унцию золота - примерно столько содержится в обычном обручальном кольце, - нужно выработать более 250 тонн грунта и руды.

· Наукой доказано, что в крови каждого человека содержится золото. И хотя концентрация его в организме чрезвычайно мала, но врачи-гомеопаты утверждают, что и в таких количествах этот металл физиологически активен.

· Для сохранения молодости золото применяется в пластической хирургии. Для этого тончайшие нити из этого металла толщиной всего несколько микрон с помощью специального проводника вводятся под кожу. Через несколько недель вокруг каждой из них формируется эластичная коллагеновая ткань, которая становится «каркасом» для кожи.

· В медицине широкое применение получили препараты, содержащие соединения солнечного металла, для лечения ревматоидного артрита и полиартрита.



Заключение

Золото - металл красивого желтого цвета с сильным блеском, вязкий, мягкий, ковкий, тягучий (из одного грамма золота можно вытянуть проволоку длиной 3,5 км); химически очень стойкий - растворяется в “царской водке” (смеси соляной и азотной кислот), а также в ртути, растворах цианистых щелочей, хлорной и бромной воде. Редко в чистом виде, чаще в виде сплава с другими металлами золото применяется для изготовления всех без исключения ювелирных украшений и как материал декоративного покрытия при золочении недрагоценных металлов. В ювелирном деле (за счет введения в сплавы специальных легирующих добавок) широко используется золото белого, желтого, красного, зеленого, розового и даже черного и голубого цвета, причем такая многоцветность нередко присуща одному изделию. Ювелиры охотно применяют золото в сочетании с платиной, серебром, коррозионностойкой сталью, титаном, черным деревом.



Список литературы

1.журнал «National Geographic Россия», февраль 2009год

2. Меретуков М.А, Золото: химия, минералогия, металлургия- Москва, Издательский дом «Руда и металлы»,2008 - 528с.

3. http://zolotodb.ru/

Размещено на Allbest.ru