Как добывают золото

Считается, что золото было первым металлом, с которым познакомились люди. Наиболее древние следы его добычи насчитывают порядка десяти тысяч лет, причем тогда золото не имело никакого практического, хозяйственного применения.

Во-первых, его запасы всегда были меньше, чем, к примеру, запасы железа, активно использовавшегося «в хозяйстве». Во-вторых, золото трудно было собрать в количестве, достаточном для изготовления каких-либо орудий труда. И, в-третьих, оно попросту не подошло бы для подобного использования из-за своей мягкости. С течением времени ситуация менялась, способы добычи золота совершенствовались, и сегодня золотопромышленность – развитая индустрия, в которой задействованы передовые технологии.

Характеристики золота

Золото, химический символ которого Au, от его латинского названия «Аurum», принадлежит к благородным металлам. В атоме стабильного золота 79 протонов и 118 нейтронов. Мягкое, тягучее, пластичное, золото способно принимать самые разные формы. Его унцию, то есть кусочек весом чуть больше 30 г, можно растянуть в тончайшую нить длиной около 80 км. Оно хорошо проводит тепло и электричество и отражает излучения инфракрасного спектра. Это один из наиболее инертных металлов. Золото не растворяется в щелочах и кислотах, кроме как в ряде кислот в присутствии сильных окислителей и в водных растворах цианидов щелочных и щелочноземельных металлов в присутствии кислорода. Также золото устойчиво к коррозии. Температура плавления золота – 1064,18 ˚С, кипения – 2856 ˚С.

Как появилось золото

Древние представления о золоте, как о металле, связанном с Солнцем, недалеки от истины, хотя наше светило золото не синтезировало. Но золото спустилось к нам с неба. Согласно современной научной теории, его появлению способствовали взрывы сверхновых и столкновения нейтронных звезд, происходившие до образования Солнечной системы. Находившаяся в расплавленном состоянии Земля поглощала звездную пыль, содержащую различные металлы, в том числе и золото, и те все глубже погружались к ядру планеты. А около 4 млрд. лет назад случилась тяжелая бомбардировка Земли астероидами, всколыхнувшая ее глубокие слои. В результате часть драгоценного металла поднялась наружу и осела в земной мантии и коре.

Неизвестно, сколько золота содержится в ядре и мантии Земли, но в коре его количество представляет небольшую часть от общей массы. Однако эти запасы внушительны – достаточно отметить, что в верхнем километре земной поверхности находится около миллиона тонн золота.

Где добывают золото

Месторождения золота делятся на два типа: коренные и россыпные. Большинство коренных принадлежит к гидротермальному типу. Они образовались в результате вулканической активности и последующего охлаждения магмы, когда золото постепенно кристаллизовалось и заполняло в породе жилы и трещины. Поэтому в рудах коренных месторождений оно залегает жильно, участками.

Россыпные золотоносные месторождения возникли в результате разрушения коренных руд под действием все той же вулканической активности, атмосферных осадков и т.д. Россыпи бывают остаточными, то есть образующимися недалеко от места эрозии горной породы, и аллювиальными – состоящими из частиц, унесенных водным потоком на некоторое, иногда большое, расстояние.

В России месторождения золота промышленного значения находятся в Красноярском крае, Республике Саха, Забайкальском крае, Иркутской области, в Республике Тыва, на Дальнем Востоке – на Камчатке и Чукотке, в европейской части страны – например в Мурманской области.

Оценивая запасы золота в стране, как правило, учитывают еще и содержащие золото хвостохранилища и гале-эфельные отвалы, то есть отходы обогащения золотоносной руды. В них может находиться больше драгоценного металла, чем в рудах, но извлекать его сложнее. Однако с развитием науки и техники хвосты и отвалы необходимо будет вовлекать в производство.

Как добывают золото

В современной металлургии золота существуют два крупных направления. Одно – переработка первичного сырья, то есть добыча золота как из собственно золотоносных руд, так и попутным способом, например, в ходе производства меди и никеля. Другое направление – переработка вторичного сырья, о котором мы скажем ниже.

На начальном этапе происходит добыча руды из коренных месторождений – карьерным методом или при помощи взрыва. Оценив состав руды, содержание в ней благородного металла, его ассоциацию с теми или иными минералами, размеры золотин, количество свободного золота, подбирают методы, с помощью которых проводят обогащение золотосодержащей руды, или извлечение из нее золота. Основных методов два: гравитационное обогащение и цианирование, которые в последнее время чаще всего совмещают.

Гравитационный метод, насчитывающий тысячи лет, основан на разделении минералов по их удельному весу. Золото очень тяжелый металл, поскольку обладает плотностью, значительно превышающей плотность минералов той породы, в которой оно содержится. Путем воздействия сил тяжести на руду, центробежных или иных сил можно освобождать золото от большей части пустой породы. Самый старый инструмент здесь – старательский лоток, который, по преданию, привез в Россию из-за границы Петр I. Старатель трясет лоток, в котором находится песок с частицами золота, и тем самым осуществляет простейший способ гравитационного обогащения – просеивание.

Добывая золото на россыпных месторождениях, сначала добираются до золотоносного слоя, снимая речные наносы. Затем поднимают пески и промывают их при помощи драг – многоковшовых цепных экскаваторов, установленных на плавучие платформы, и других механизмов.

Затем для руд россыпных или коренных месторождений наступает черед того самого гравитационного обогащения. Сегодня оно осуществляется с использованием отсадочных машин, концентрационных шлюзов и столов, барабанных концентраторов и др. В отсадочных машинах разделение минералов происходит в вертикально колеблющемся потоке воды. Содержащую золото руду измельчают, смешивают с жидкостью и полученную пульпу подают на решето или, если материал мелкий, на положенный поверх решета слой искусственной «постели» из металлической дроби или гематитовой руды. При восходящем водном потоке частицы золота отделяются от частиц породы и движутся вверх, при нисходящем – первыми устремляются вниз, к решету. В результате легкие частицы пустой породы остаются на поверхности постели или решета, удаляясь оттуда через сливной порог, а золотые частицы, как более тяжелые, разгружаются под решето.

Еще один метод обогащения золотосодержащей руды – флотация, используемая для сульфидных, упорных, руд, а их около 40%. Раздробленную руду обогащают гравитационным методом, обрабатывают реагентом на основе соснового масла и подают в наполненную водой камеру флотационной машины, где вращается стальное колесо с лопатками. Частицы золота, потеряв в результате обработки реагентом способность смачиваться водой, слипаются с пузырьками воздуха и всплывают на поверхность, где образуют пену. Ее собирают, удаляют воду и получают первичный концентрат. Для сульфидных руд могут использовать также бактериальное выщелачивание, при котором используют раствор определенных бактерий, съедающих сульфиды и оставляющих золото.

После описанных методов обогащения, а возможно, еще и обжига, когда некоторые примеси выгорают, наступает черед цианирования. Это наиболее прогрессивный на сегодняшний день метод, заменивший собой старейший способ – амальгамацию, для осуществления которого использовали ртуть и способность золота образовывать с ней сплав, амальгаму. Токсичность и невысокая эффективность амальгамации привели к тому, что к XXI веку от нее почти повсеместно отказались. Несмотря на то, что цианиды тоже обладают токсичностью, метод с их участием позволяет извлекать почти все золото из руды или первичного концентрата. Еще в 40-х годах XIX века химик Петр Багратион, племянник знаменитого полководца, выяснил, что обычно инертное золото может растворяться в цианистых щелочах, но поначалу результаты его исследований не вызвали интереса. К ним обратились только спустя несколько десятилетий.

Цианирование представляет собой процесс выщелачивания, когда на руду воздействуют цианидами щелочных или щелочноземельных металлов – натрия, калия, кальция. В результате золото переходит из руды в водорастворимый координационный комплекс, откуда извлекается при помощи активированного угля. Сегодня на метод цианирования приходится более 90% обогащения золотоносных руд.

Золото содержится не только в земле, но и в воде – речной, морской, а также в промывной воде ювелирных фабрик. Количество его в море намного меньше, чем в рудах, но в целом там благородного металла тоже много. Поэтому добывать золото из морской воды пытались еще в первые десятилетия XX века, но никакого надежного способа предложено не было, кроме того, добыча такого золота нерентабельна. Однако исследования в этом направлении продолжаются.

Чистое золото

Даже в самородном виде золото имеет примеси и представляет собой сплав, чаще всего с серебром и некоторыми другими компонентами. В результате обогащения оно освобождается от многих примесей, но полученный концентрат требует дальнейшей очистки на аффинажном заводе.

Существуют разные методы аффинирования: кислотный, хлорный, электролитический. Но никакая очистка не позволяет получить химически идеального золота, да в этом и нет смысла, поскольку оставшиеся доли процента примесей ни на что не влияют. Самое чистое золото, хранящееся в банковских слитках, содержит 99,99% благородного металла и называется «четыре девятки».

Золотодобыча в России

В XVIII веке считалось, что добывать золото на севере – дело невыгодное, потому что будто бы образовывается золото из сгущающегося солнечного света, а его в северных краях недостаточно. Русский ученый Михаил Ломоносов постарался развеять это заблуждение и напоминал, что «…металлы и минералы сами на двор не придут, - требуют глаз и рук к своему прииску».

Впервые самородное золото в России обнаружили в 40-х годах XVIII века на Урале. Крестьянин Ерофей Марков, ища самоцветы в долине реки Березовки, нашел, как потом говорил, «плиточку» с желтым рисунком. Марков сообщил о находке в Канцелярию начальника горных заводов Уральского хребта. Однако сколько ни копали на указанном крестьянином месте, больше вожделенного металла не нашли. Первооткрывателя обвинили в присвоении себе якобы тайно добытого им золота, посадили под домашний арест, но старообрядческая община, к которой он принадлежал, его отстояла. Существует версия, что выпущенный из-под ареста Марков с помощью иностранных горных дел мастеров спустя два года нашел-таки еще золото. У его родной деревни Шарташ близ Екатеринбурга была заложена шахта и появился рудник. Впоследствии в окрестностях было открыто еще несколько десятков золотоносных жил ставшего знаменитым Березовского месторождения.

Но гораздо больше золота могли дать россыпные месторождения. О том, как их искать, писал Михаил Ломоносов в 1763 году в своей книге «Первые основания металлургии или рудных дел»: «…серебро и золото имеют в песках место, происходя с ними из жил металлических… и нигде искать их только надежно, как по рекам, у коих на вершинах есть рудные горы… И потому пески, золото или серебро содержащие, всегда указывают на золотые жилы, выше их по течению лежащие».

В России первая из золотых россыпей была открыта на Урале в 1814 году. Похштейгер (горный мастер, наблюдающий за толчением золотоносных руд) Первопавловской фабрики Березовского завода Лев Брусницын обнаружил рядом с фабрикой золотоносный песчаный слой толщиной в два с лишним метра. Спустя немного времени вблизи Екатеринбурга открыли десятки россыпей. К концу XIX века Россия по добыче россыпного золота занимала первое место в мире. И именно изыскания, сделанные в нашей стране, дали толчок к разработке подобных месторождений в южной Европе, северной Африке, Калифорнии, Австралии.

Наряду с официальной – промышленной – в дореволюционной России стала развиваться и тайная добыча золота. Не в силах ее пресечь, государство дало разрешение мыть золото всем желающим, но при этом платить подать в казну.

Как используют вторичное золотое сырье

По мере развития науки и техники человечество научилось извлекать золото и другие благородные металлы из своих же техногенных отходов. А именно: из отходов ювелирной промышленности, из электронного лома, лома военного назначения, фотопродукции, медицинских изделий, катализаторов автомобильной промышленности.

Вторичное золотое сырье неоднородно и содержит другие металлы и органические материалы. Поэтому, проведя его сортировку и усреднение по лому определенного класса, осуществляют очистку гидрометаллургическими или пирометаллургическими способами.

Извлекать золото из техногенных отходов важно потому, что в них содержание этого металла может в разы превышать его количество, добытое в ходе первичной переработки.

Ирина Кравченко

Изображение на обложке: Ai-generated by A.Romantsova