Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

по теме:

«Добыча золота»

Новочеркасск 2011

Введение

Золото - драгоценный металл, атомный номер 79, атомная масса 196,9665. Цвет ярко-жёлтый до светло-жёлтого. Блеск металлический, усиливающийся с примесью серебра. Твёрдость составляет 2-3 по шкале Мооса. Ковкий, его плотность составляет 19,32 г/см³, t_пл 1064,4^оC. Химически весьма инертен, на воздухе не изменяется даже при нагревании. Это один из первый из открытых человеком металлов. Золото обычно используется в виде сплавов с другими металлами. При сохранении основных свойств золота сплавы обладают большей твердостью и прочностью и позволяют его экономить. Из сплавов золота с платиной делают химически стойкую аппаратуру; из сплавов с платиной и серебром - электрические контакты для приборов ответственного назначения. Золото и его сплавы используют также для золочения, изготовления ювелирных изделий и зубных протезов. Содержание этого драгоценного металла в ювелирных изделиях, монетах, медалях выражают пробой. Благодаря своим уникальным свойствам, таким как однородность, делимость, портативность (большая стоимость при небольшом объеме и массе), на протяжении длительных исторических периодов золото выполняло роль всеобщего эквивалента, т.е. денег. В 1976 году Международным валютным фондом была закреплена новая валютная система, и металл утратил свою денежную функцию. Начался процесс демонетизации золота. Однако, несмотря на то, что в настоящее время ни в одной стране не обращаются золотые монеты, золото продолжает оставаться страховым фондом для приобретения резервных валют.

1. Золото в природе

В природе в чистом виде золото почти не встречается, но не редки случаи самородного золота, в котором в качестве примеси содержатся медь (до 20%), палладий (от 5 до 11%), висмут (до 4%). В большинстве случаев оно содержит в виде примеси серебро (от 4 до 15%). Встречается самостоятельный минерал - электрум, состоящий из золота и серебра, содержание последнего в котором обычно достигает 30%, а иногда 40 и даже 50. Металлы-примеси придают золоту различные цвета и оттенки - от бледно-желтого, даже зеленоватого, до ярко желто-красного. Примесь палладия окрашивает золото в белый цвет («белое» золото).

Образования самородного золота иногда бывают массой в несколько килограммов - такие резко выделяющиеся по крупности скопления массой более 5 г относят к самородкам. Крупнейшие из обнаруженных самородков не сохранились: переплавлены найденные в Австралии самородки «Плита Холтермана» (285 кг вместе с остатками породы) и «Желанный незнакомец». (71 кг). На территории России самородками богаты восточные районы (Урал, Лена). Самый крупный самородок, найденный в 1842 году на Урале, на Миасских приисках, весит 36,2 кг. Ценные самородки сохраняются государствами. Известно самородное золото, которое покрыто пленкой оксидов железа или марганца. Его называют «золотом в рубашке». По внешнему виду в нем трудно распознать золото. Указанием на него служит лишь высокая плотность, а значит, и большая масса.

Среднее содержание золота в литосфере составляет 4,3 на 10-7% по массе. В магме и магматических породах золото рассеяно, но из горячих вод в земной коре образуются гидротермальные месторождения золота, имеющие важное промышленное значение (кварцевые золотоносные жилы и др.). В рудах золото в основном находится в свободном (самородном) состоянии и лишь очень редко образует минералы с селеном, теллуром, сурьмой, висмутом. Пирит и др. сульфиды часто содержат примесь золота, которое извлекают при переработке медных, полиметаллических и др. руд. В ничтожно малых концентрациях золото присутствует во многих горных породах, слагающих земную кору. В абсолютном большинстве эти концентрации настолько малы, что о промышленной добыче золота не может быть и речи, так как издержки на нее были бы очень велики. Считается, что на 1 т горных пород земной коры приходится 5 мг золота, но вместе с тем отдельные породы могут отличаться и более высоким его содержанием. Например, в гранитном массиве американского штата Невада установлено содержание золота, превышающее 1,1 г/тонну, в некоторых диабазах оно достигает 0,76 г./тонну, в базальтах - 0,26 г./т. Чаще всего золото концентрируется в кварцевых жилах. Именно этими жилами и представлено наибольшее число месторождений. Но даже в промышленных месторождениях концентрация золота по сравнению с промышленными концентрациями других полезных ископаемых весьма мала. Поэтому золото - один из самых трудоемких по добыче металлов. В этом отношении он уступает, например платине, промышленные концентрации еще меньше. Находки золота в метеоритах являются неопровержимым доказательством того, что золото распространено не только на Земле, но и на других космических телах. Об этом, кстати, свидетельствуют спектральные линии золота, обнаруженные на Солнце. Весьма много золота в морях и океанах. Золото попадает в воды морей самыми различными путями. Прежде всего, этому способствуют реки, которые на своем пути размывают золотосодержащие породы, растворяют некоторое количество освободившегося золота и несут в своих струях мельчайшие золотые пылинки. Так, согласно расчетам, река Амур ежегодно выбрасывает в Татарский пролив более 8 т золота, что превышает годовую добычу ряда золотодобывающих стран. В биосфере золото мигрирует в комплексе с органическими соединениями и механическим путём в речных взвесях. В 1 л морской и речной воды содержится около 4 на 10-9 г. золота. На участках золоторудных месторождений подземные воды содержат золота приблизительно 10-6 г./л. Оно мигрирует в почвах и оттуда попадает в растения; некоторые из них концентрируют золото, например, хвощи, кукуруза. Разрушение эндогенных месторождений золота приводит к образованию золотых россыпей, имеющих промышленное значение. Золото добывается в 41 стране; его основные запасы сосредоточены на территории бывшего Советского Союза, ЮАР и Канаде.

2. Промышленно-генетические типы месторождений золота

Наиболее важное промышленное значение имеют следующие типы месторождений золота: скарновые, плутоногенные гидротермальные, вулканогенные гидротермальные, метаморфогенные, осадочно-метаморфогенные, месторождения выветривания и россыпные.

2.1 Скарновые месторождения

Обычно представлены совокупностью кварцевых жил различного размера и масштаба, штокверкообразными зонами минерализации, метасоматическими зонами окварцевания наложенными на собственно скарновые, а чаще на апоскарновые образования.

Скарново-золоторудные месторождения залегают в терригенных и вулканогенно-терригенных толщах среди карбонатных горизонтов, прорванных поздне-и посторогенными малыми интрузиями от гранитного до габбродиоритового состава. Наиболее благоприятными вмещающими породами являются доломиты, доломитизированные известняки, магнезиально-тальковые сланцы. Строение рудного поля часто определяют разломы, контролирующие размещение наложенного на скарны золотого оруденения. Скарны имеют гранат-пироксеновый состав. В железистых разностях скарнов наблюдается обильная вкрапленность оксидных и сульфидных минералов, в том числе золотосодержащих.

Скарновые месторождения золота отличаются небольшими масштабами. На территории России они известны в Сибири (Ольховское, Чибижек), на Алтае, распространены в Канаде (Никел-Плейт), США (Кейбл, Элекхорн), Афганистане (Заркашан), Мексике (Санта-Фе), Китае (Холдон, Суаин). Наиболее крупными являются месторождения Никел-Плейт и Холдон.

Никел - Плейт (Канада, провинция Британская Колумбия) находится на пологом (20°) западном крыле антиклинали в толще известняков и известковистых аргиллитов с горизонтами туфов и кварцитов. Толща пересечена пучком разломов северо-западного простирания с падением на юго-запад. Взбросовые перемещения по ним сопровождались образованием приразломных складок.

Ольховское месторождение расположено в Сибири (Восточный Саян). Рудное поле сложено известняками, доломитами, песчаниками, глинистыми сланцами, туффитами нижнего и среднего кембрия. Породы собраны в крупные сжатые складки широтного простирания. Прорваны гранитами, плагиогранитами, гранодиоритами, габбро-диоритами ордовикского возраста, которые образуют Ольховский интрузивный массив и серию даек.

2.2 Плутоногенные гидротермальные месторождения

Это одиночные жилы или серии жил, штокверкообразные зоны и зоны минерализованных трещинных структур и т.п. располагающиеся или, попросту, секущие различные умеренно-кислые интрузивные породы.

Вмещающие гранодиориты, диориты, кварцевые диориты и т.п. подвержены окварцеванию, серицитизации, особенно часто, березитизации, нередко и лиственитизации. Месторождения отличаются высокими содержаниями полезных компонентов с различным содержаниемсульфидных минералов.

Плутоногенно-гидротермальные месторождения разделяются на золото-порфировый, золото-кварцевый и золото-сульфидно-кварцевый типы.

Золото-порфировое оруденение представлено Юбилейным и Березняковским месторождениями, расположенными в Магнитогорской и Восточно-Уральской мегазонах соответственно. Формирование первого из них связывается с базальтоидным магматизмом барьерной зоны палеоостровной дуги (D_1-2), а второго - с андезитоидным вулканоплутоническим поясом (D₃-С₁). Оба месторождения приурочены к субвулканическим штокам умеренно кислых гранитоидов. На Юбилейном месторождении предметом отработки служат линейные кварц-сульфидные штокверки, развитые среди метасоматитов кварцевого состава. Главными рудными минералами являются пирит, арсенопирит, халькопирит, сфалерит, галенит и антимонит. На Березняковском месторождении рудные тела представлены зонами прожилково-вкрапленной сульфидной минерализации, сопровождающейся хлорит-слюдисто-кварц-альбитовыми метасоматитами. В составе руд выделяются золото-полиметаллический с высокопробным золотом (970-984), золото-теллуридно-полиметаллический с низкопробным золотом (650-858) и теллуридно-полиметаллический парагенезисы. Температура образования оруденения составляет 360-260^oС, давление - 0,4-0,2 кбар. Изотопные данные указывают на преимущественно мантийный источник флюидов и рудных компонентов.

Золото-кварцевые и золото-сульфидно-кварцевые месторождения, распространенные в Магнитогорской и Восточно-Уральской мегазонах, существенно различаются между собой по составу и возрасту рудоносных магматических комплексов и структурным условиям образования. В Магнитогорской мегазоне месторождения этих типов тесно пространственно связаны с позднепалеозойскими комплексами малых интрузий и даек (Балбукским сиенит-гранит-порфировым, Худолазовским диабазовым и др.), имеющими геохимическую специализацию на золото. Размещение интрузивных комплексов и золотого оруденения контролируется позднепалеозойскими сдвиговыми структурами. Рудные тела представлены отдельными жилами, сериями жил, линейными штокверками или комбинациями штокверков и жил.

Золото-кварцевое оруденение представлено месторождениями Худолазовской синклинали (Басай, Тукан). Золотоносные карбонат-кварцевые жилы и линейные штокверки на этих месторождениях наследуют контакты даек основного состава Худолазовского дайкового комплекса. Жилы и прожилки, сопровождающиеся серицит-кварцевыми метасоматитами, содержат самородное золото и в небольшом количестве (до 3%) пирит, халькопирит и галенит.

В мегазоне преобладают золото-сульфидно-кварцевые месторождения. К числу наиболее распространенных минеральных типов руд этих месторождений относятся пиритовый (Телегинское), пирит-арсенопиритовый (Сиратур), пирит-полиметаллический (Большой Коран) и пирит-полиметаллический с блеклыми рудами, теллуридами и минералами висмута (Алтынташ). На некоторых месторождениях установлены шеелит (Возрождение) и антимонит (Большой Коран). Количество сульфидов в рудах составляет 10-15%. Золото находится в свободном и в дисперсном состоянии. Самородное золото, как правило, высокопробное (>900). Среди жильных минералов преобладают кварц, карбонат и альбит. Для эндогенного геохимического ореола характерно сочетание элементов <гранитоидного> (W, Mo, Bi, Sn Cs) и ювенильного происхождения (Sb). Околорудные метасоматиты относятся к березит-лиственитовой, эйситовой и хлорит (тальк) - карбонатной формациям. Температура образования оруденения составляет 430-170^oС, давление - 0,8-0,7 кбар.

Плутоногенно-гидротермальные золото-сульфидно-кварцевые месторождения Восточно-Уральской мегазоны (Кочкарское, Джетыгаринское и др.) пространственно связаны с тоналит-гранодиоритовыми массивами (С_1-2) и особенно тесно с дайковыми сериями гранитоидов и лампрофиров, сопровождающими эти массивы. Продуктивные интрузии представляют собой надсубдукционные коромантийные образования. Рудные тела представляют собой кварцевые и карбонат-кварцевые жилы, серии жил и реже линейные жильно-штокверковые зоны, минерализованные сульфидами в количестве 10-20%. Промышленные жилы, как правило, локализованы внутри массивов, главным образом, в сколовых нарушениях. По данным В.В. Мурзина, месторождения относятся к следующим основным минеральным типам: 1) пиритовому с халькопиритом, 2) полиметаллически-сульфидному, 3) пиритовому с сульфидами и сульфосолями, 4) пиритовому с сульфидами, сульфосолями, сульфотеллуридами и теллуридами. Золото большей частью самородное высокопробное (обычно больше 920) заключено в кварце и сульфидах. Для глубоких горизонтов месторождений характерно присутствие шеелита. Оруденение сопровождается метасоматитами березит-лиственитовой формации. Формирование золоторудной минерализации и сопряженных с ней метасоматитов происходило при Т=400-80^oС и Р=1,3-0,6 кбар. Изотопно-геохимические данные позволяют предполагать смешанный коромантийный источник рудных элементов золото-сульфидно-кварцевого оруденения.

2.3 Вулканогенно-гидротермальные месторождения золота

Месторождения этого типа почти всегда содержат серебро в переменных количествах. Можно сказать, что существует природный непрерывный ряд месторождений от собственно золоторудных с содержанием серебра близким к нулю, через золоторудные месторождения с существенным содержанием серебра, затем золотосеребряные месторождения и, наконец, серебряные месторождения, в которых золота практически нет.

К данной группе относятся месторождения золото вулканических поясов, связанные с вулканитами дацит-андезит-риолитового ряда. Обычно это близповерхностные золото-серебряные, золото-теллуридные и золотые руды, локализующиеся в вулканических постройках (палеокальдерах, вулканокупольных структурах). Такие месторождения встречаются в Охотско-Чукотском вулканическом поясе, в вулканических постройках Скалистых гор (США). Это обычно низкотемпературные месторождения со сложным составом руд и значительными концентрациями серебра. Встречаются также золотосодержащие колчеданные и полиметаллические (реже собственно золотые месторождения) гидротермального генезиса ассоциирующие с базальтоидными вулкано-плутоническими комплексами (Урал). Следует отметить месторождения золота, связанные с щелочными и субщелочными интрузиями (Центральный Алдан).

Основные рудные формации месторождений этого типа - золото-кварц-халцедон-сульфидная, золото-серебро-кварц-адуляровая, золотосульфидная. Продуктивными являются докембрийская, каледонская, герцинская, киммерийская и альпийская эпохи.

Золото-кварц-халцедон-сульфидная формация наиболее широко представлена на Сильвертон-Теллурид (США). Это рудное поле, которое состоит из нескольких месторождений. Рудное поле сложено позднемезозойскими вулканическими толщами - лавами и пирокластами дацит-риолитовой и латит-риолитовой формаций. Преобладают пепловые туфы кислого состава. Они прорваны гипабиссальными телами риолитов, латит-порфиров и трубообразными телами эруптивных брекчий. В южной части обнажаются породы древнего фундамента - граниты, кристаллические сланцы, гнейсы докембрия.

Золото-серебро-кварц-адуляровая формация. Данная формация выражена на месторождении Карамкен. Месторождение находится в пределах Охотско-Чукотского вулканического пояса и приурочено к вулкано-тектонической структуре кальдерного типа. В основании разреза - нижнемеловая толща конгломератов, песчаников и алевролитов (400 м). Выше залегает верхнемеловой вулкано-плутонический комплекс с миндалекаменными андезито-базальтами, андезитами, андезито-дацитами в основании и толщей риолитов, риолито-дацитов и их туфов в верхней части. Они прорваны гипабиссальными и субвулканическими телами гранодиорит- и плагиогранит-порфиров, андезитов, риолитов и насыщены мелкими экструзивными телами.

Золотосульфидная формация наблюдается в Баймакском рудном районе (Южный Урал). Данный район представлен золотосодержащими колчеданно-полиметаллическими месторождениями, которые отрабатывались ещё в конце 19 века. Объектом добычи служили обогащённые золотом окисные руды, запасы которых постепенно истощались. В 20 - 30 годы 20 века велась разработка близ поверхностных золото-баритовых жил, а затем прожилково-вкрапленных сульфидных руд. Площадь района сложена силурийскими вулканогенными породами и многочисленными прорывающими их субвулканическими и гипабиссальными интрузиями, которые перекрыты вулканогенно-осадочной толщей девонского возраста.

2.4 Метаморфогенные месторождения

Среди них выделяются две группы: метаморфизованная, представленная древними рудоносными конгломератами, и метаморфическая, образованная древними золотосодержащими черными сланцами. Исключительно важное экономическое значение имеют древние метаморфизованные золотоносные конгломераты. К этой группе относится уникальное месторождение Витватерсранд, расположенное в ЮАР к югу от г. Иоганнесбурга. Рудоносная площадь составляет около 35 тыс. км². Оруденение связано с конгломератами и отчасти с кварцитами системы витватерсранд (нижний протерозой), сложенной нормальными осадочными породами. В Трансваале отложения системы витватерсранд несогласно залегают на архейских кристаллических сланцах, гранитах и гранито-гнейсах и представлены плотными сланцами, кварцитами и конгломератами общей мощностью около 7800 м. Перекрываются они вулканогенными и осадочными породами системы вентерсдорп также докембрийского возраста. Осадочные породы системы витватерсранд пересечены дайками различного состава, а также многочисленными кварцевыми жилами. Происхождение конгломератов точно не установлено. Протерозойские отложения представляют собой серию вложенных и наложенных вееров дельтового выноса, преобразованных в слои конгломератов, кварцитов и сланцев. Рудные тела Витватерсранда состоят из пачек золотоносных конгломератов, разделенных прослоями кварцитов, образующих так называемые «рифы». Промышленные разновидности «рифов» называются «банкетами». Преобладающая часть их сосредоточена в верхнем отделе витватерсрандского комплекса мощностью 2000 - 4000 м, где развито 16 рифов. Важнейшими среди них являются (сверху вниз): Блэк, Кимберли, Берд, Лидер и Мейн. Мощность рифов колеблется от 30 до 400 м, пластов рудоносных конгломератов - от нескольких сантиметров до 3 м. Эти пласты прослеживаются по простиранию до 70 км, а по падению до 8 км. Золотоносные пласты вскрыты в шахтах на глубине до 3,0 км и более, а буровыми скважинами до 4,6 км. Золотоносные конгломераты сложены на 80% окатанной галькой светлого кварца, реже галькой кварцита и сланцев размером 3-6 см, цемент представлен кварцем, хлоритом, серицитом, биотитом, эпидотом, карбонатами, углистым веществом и рудными минералами. В составе руд выявлено до 78 минералов. На долю сульфидов приходится до 5-10% рудной массы. Среди них наиболее распространен пирит, в подчиненном количестве встречаются марказит, пирротин, халькопирит, сфалерит, галенит, арсенопирит, пентландит, кобальтин и др. В обломочной фракции присутствуют циркон, шпинель, гранат, рутил, алмаз, монацит, турмалин и другие минералы. Из руд извлекают золото, серебро, платиноиды, уран и алмазы. Концентрация золота варьирует от 8 до 20 г/т (в среднем 10 г/т).

Месторождения черносланцевой формации - кварцево-жильные месторождения региональных терригенных толщ высокоуглеродистого состава. В широких геологическим кругах такие месторождения называются «черносланцевыми», поскольку, все они приурочены к осадочным и метаморфизованным породам, с повышенным содержанием углистого вещества. Вмещающие породы обычно представлены различными песчанистыми, сланцевыми, глинисто-сланцевыми и т.п. осадочными и вулканогенно-осадочными породами, претерпевшими в разной степени изменения, связанные с метаморфизмом. Вообще, черносланцевые месторождения, в частности, урановые могут быть почти не затронуты процессами метаморфизма. Но золоторудные месторождения в большинстве своем всегда несут признаки метаморфического преобразования, прежде всего, рассланцованность. Все-таки, наименее метаморфизованные месторождения несут золото в виде вкрапленного и прожилково-вкрапленного, рассеянного оруденения, слабо связанного с какими-либо проявлениями кварцево-жильного характера. А месторождения, в которых метаморфизм проявлен более интенсивно, зачастую почти ничем не отличается от типичных гидротермальных кварцево-жильных и штокверковых месторождений. Не всегда явственно проявлены признаки интрузивного воздействия.

В целом, образование метаморфогенных месторождений черносланцевого типа можно упрощенно изобразить в следующем виде. По мнению Ермолаева и Созинова, процесс начинается с отложения исходных осадков, обогащенных углистым веществом, которое происходит в прибрежной зоне шельфовых и окраинных морей. При этом на суше углеродистое вещество выпадает в виде гумусовых компонентов, а в водной среде в виде сапропеля. Исходным материалом для гумусовых отложений служат остатки наземных растений, а для сапропеля - это взвешенный в морской воде планктон, как животный, так и растительный (фитопланктон, зоопланктон). Эти углеродистые вещества служат добавками в песчано глинистые отложения, как прибрежной зоны, так и мелководного шельфового моря. Поскольку в прибрежной зоне вполне возможны некоторые колебания уровня морской воды, то неизбежно происходит перемешивание гумусовых частиц с сапропелевыми. В любом случае, образуются осадочные породы песчанистого, глинистого и известково-глинистого характера, которые могут образовывать самые различные комбинации. Длительная циркуляция подземных вод в пределах этой материнской рудообразующей толщи с учетом фактора геологического времени может привести к очень значительному увеличению концентрации металлических компонентов, которые первоначально были рассеяны по всему громадному объему толщи вмещающих пород. А в каких-то зонах повышенной пористости, где происходит фильтрация нагретых вод, в участках отложения рудного вещества на каких-то барьерах могут формироваться рудные тела линзообразной, лентообразной или, попросту, пластовой формы, залегающей согласно с напластованием. Этот длительный процесс многоактного растворения, переотложения и перераспределения с какой-то локальной концентрацией металлов и является содержанием четвертого этапа формирования черносланцевых толщ. Так образуются месторождения многих металлов, в том числе и золота. И для некоторых металлов урана, ванадия и т.д. этой первичной концентрации может быть уже достаточно для формирования промышленных месторождений, хотя и с довольно низкими содержаниями полезных компонентов. Но для золота гораздо большее значение имеют процессы наложения более позднего и более интенсивного метаморфизма на уже сформировавшиеся залежи бедных, возможно, непромышленных руд. Это происходит под воздействием гидротермальных растворов метаморфического происхождения, чья деятельность приводит к изменениям первичных пород с их окварцеванием, карбонатизацией, альбитизацией, серицитизацией, хлоритизацией, амфиболизацией и, в том числе, пиритизацией и развитием многих других сульфидов и рудных минералов. Например, таких как шеелит, вольфрамит, магнетит, касситерит и т.д., при этом происходит образование кварцевых жил и прожилков, содержащих много других минералов.

3. Золото океанов

В 1866 г. один из членов Французской Академии наук обнаружил присутствие ничтожных количеств золота в морской воде. А позднее, в 1886 г., было сообщено, что содержание золота в водах Ла-Манша составляет до 65 мг на 1 т воды.

Известный шведский ученый Аррениус оценил это количество в 8 миллиардов тонн золота. Многие знали об этом сказочном сокровище, о золоте, присутствующем в виде малых примесей в морской воде. Весьма притягательной была мысль - попросту извлекать это золото из моря, а не добывать его тяжелым трудом, как обычно.

На стыке веков в Англии и США делались попытки экстрагировать золото из моря в промышленном масштабе. В 1908 году эту проблему пыталось разрешить акционерное общество под руководством Вильяма Рамзая. Вскоре в изобилии появились патенты по добыче золота из морской воды. Об удачах не было слышно. Все попытки заглохли в самом зародыше из-за очень малого содержания золота, а также присутствия многочисленных сопутствующих солей. Не было такого промышленного способа, который позволил бы отделить золото от сопутствующих веществ, то есть обогатить его и извлечь.

Физикохимик Габер, которому удалось азот воздуха превратить в аммиак, хотел теперь отважиться на попытку извлечь золото из моря.

В начале 1920 года Габер сообщил об этом в кругу своих ближайших сотрудников. В полной секретности совершались приготовления к этому большому начинанию, о котором остальной мир не должен был знать. Более трех лет до лета 1923 года, затратили Габер с сотрудниками, чтобы выяснить самые насущные проблемы: аналитически точно определить концентрации золота в морях и подтвердить эти данные статистически. Содержание золота оказалось невероятно малым. За 50 лет до этого, в 1872 году, англичанин Зонштадт впервые проанализировал морскую воду из бухты Айл оф Мэн и нашел там максимально 60 мг золота на тонну, то есть на кубический метр. Другие исследователи считали, что это значение завышено. Данные колебались от 2 до 65 мг. По-видимому, они зависели от того, в каком месте Мирового океана были отобраны пробы.

Не меньшего труда стоила разработка метода количественного определения золота. Для этой цели Габер предложил микроаналитический метод, который впервые позволял уловить очень малые количества золота. Он использовал способность небольших количеств свинца, осаждаемого из раствора в виде сульфида, увлекать при осаждении все золото, содержащееся в морской воде. После отделения осадка его восстанавливали и переплавкой переводили в свинцовый королек, который содержал золото и, быть может, серебро. Свинец удаляли прокаливанием, микроостаток сплавляли с бурой. В расплаве оставалось зернышко золота, размеры которого уже можно было установить под микроскопом. Из объема шарика и известной плотности золота определялась его масса.

Такой процесс анализа должен был также служить основой производственного варианта для извлечения золота из морской воды. Габер предполагал сначала пропускать морскую воду через грубый предварительный фильтр, а затем, после добавления осадителя, просасывать через тонкий песчаный фильтр. Все эти и последующие операции предстояло проводить в открытом море.

После трех лет работы над проблемой золота Габер уверовал в свое дело: если доверять его анализам, то вода океана содержала в среднем от 5 до 10 мг золота на кубический метр. Пришлось ввести в курс дела судовые компании линии Гамбург - Америка: будет ли рентабельным процесс извлечения золота, если придется на пароходах перерабатывать гигантские количества воды? Результаты были обнадеживающими: добыча нескольких миллиграммов золота на тонну морской воды покроет производственные затраты, а превышающие это количество 1 или 2 мг пойдут в прибыль. Осуществление проекта согласились финансировать такие концерны, как «Предприятие по выделению серебра и золота» во Франкфурте-на-Майне и «Банк металлов». Габер мог создавать свою плавучую опытную лабораторию Он хотел планомерно объехать Мировой океан, чтобы исследовать, где же больше всего золота.

На перестроенной канонерке «Метеор», от которой остался только корпус и которую переоборудовали в «океанографическое исследовательское судно», искатели золота вышли в море в апреле 1925 года. Они должны были возвратиться из своего путешествия в начале июня 1927 года. Циркулируя взад и вперед между побережьями Америки и Африки, экспедиция отобрала свыше 5000 проб воды, которые были отосланы в специальных запломбированных сосудах в институт в Берлин-Далеме. Еще несколько сот проб были получены с других кораблей из бухты Сан-Франциско и с побережий Гренландии и Исландии.

В мае 1926 года в докладе «Золото в морской воде» Фриц Габер впервые открыл тайну и сообщил о шансах получения золота из морской воды. Приведенный им баланс был уничтожающим: «Золота не будет».

Результаты первых анализов оказались…неверными. Вкрадись методические ошибки, сразу не обнаруженные, которые давали завышенное содержание золота. Слишком велика была вера в классическое химическое пробирное искусство. Вначале не было также навыков по разделению микроколичеств золота и серебра, в результате чего выделялось золото, содержащее серебро.

Профессору Габеру потребовалось длительное время, чтобы найти самые существенные источники ошибок и исключить их. В конце концов, с помощью усовершенствованного метода он мог определить с достоверностью даже миллионную часть миллиграмма (10^-9 г) золота. Совершенно не была учтена возможность занесения микроколичеств золота извне. Золото в виде следов присутствует повсюду: в реактивах, сосудах, посуде. Это - небольшие количества, но их достаточно, чтобы исказить результат микроанализа и привести к нереально завышенным значениям.

В итоге вместо 5-10 мг золота в кубическом метре морской воды Габер нашел лишь тысячную долю: в среднем от 0,005 до 0,01 мг. Только у побережья Гренландии содержание золота возросло приблизительно до 0,05 мг/м³. Однако золото такой концентрации можно было найти лишь в воде, полученной после таяния пакового льда. Габер исследовал также золотоносный Рейн, он учитывал тот факт, что еще сто лет назад земля Баден добывала для чеканки своих монет золото на приисках этой реки. Габер нашел в среднем 0,005 мг золота на кубический метр воды. С хозяйственно-производственной точки зрения рейнское золото также не представляло ничего привлекательного. Конечно, с водой Рейна уплывает ежегодно почти 200 кг золота, растворенного в более чем 63 миллиардах кубических метров воды. Золото в концентрациях (1-3)*10^-12, то есть 3 части золота на 1 000 000 000 000 частей речной воды. Габер не видел возможности для рентабельной переработки столь малых следов золота. Разочарованный ученый считал, что, возможно, где-нибудь в океане и существуют пространства, в которых благородные металлы находятся в концентрациях, благоприятствующих их промышленному использованию. Габер смирился: «Я отказываюсь искать сомнительную иголку в стоге сена».

Несмотря на множество попыток экстрагировать золото из морской воды, известен всего лишь один случай, когда были получены ощутимые количества этого металла. В связи с работами на заводе по извлечению брома, в Северной Каролине, были проведены исследование возможностей экстракции других металлов, включая золото. В результате переработки 15 т морской воды удалось извлечь 0,09 мг золота, стоимость которого составляет примерно 0,0001 долл. На сегодня это ничтожное количество составляет все то-золото, которое было извлечено из морской воды.

золото месторождение добыча ртуть

4. Золото из ртути

Уже в течение нескольких лет Адольф Мите занимался окрашиванием минералов и стекла под действием ультрафиолетовых лучей. Для этого он использовал обычную ртутную лампу - эвакуированную тру6ку из кварцевого стекла, между электродами которой образуется ртутная дуга, излучающая ультрафиолетовые лучи.

Позднее Мите пользовался новым типом лампы, дававшим особенно высокий энергетический выход. Однако при длительной эксплуатации на ее стенках образовывались налеты, которые сильно мешали работе. В отслуживших ртутных лампах тоже можно было обнаружить такие налеты, если отогнать ртуть. Состав этой черноватой массы заинтересовал тайного советника, и вдруг, при анализе остатка от 5 кг ламповой ртути, он нашел… золото. Мите раздумывал: возможно, ли теоретически, чтобы в ртутной лампе ртуть в результате разрушения атома распадалась до золота с отщеплением протонов или альфа-частиц. Мите и его сотрудник Ганс Штамрайх проводили многочисленные опыты, завороженные идеей такого превращения элементов. Исходным веществом служила ртуть, перегнанная в вакууме. Исследователи полагали, что она не содержит золота. Подтвердили это также анализы известных химиков К. Гофмана и Ф. Габера. Мите попросил их исследовать ртуть и остатки в лампе. Этой ртутью, по аналитическим данным свободной от золота, Мите и Штамрайх заполнили новую лампу, которая затем работала в течение 200 ч. После отгонки ртути они растворили остаток в азотной кислоте и увлеченно рассматривали под микроскопом то, что осталось в стакане: на покровном стекле сверкал золотисто-желтый агломерат октаэдрических кристаллов.

Однако Фредерик Содди не думал, что золото образовалось путем отщепления альфа-частицы или протона. Скорее можно говорить о поглощении электрона: если последний обладает достаточно большой скоростью, чтобы пронзить электронные оболочки атомов и внедриться в ядро, тогда могло бы образоваться золото. При этом порядковый номер ртути (80) уменьшается на единицу и образуется 79-й элемент - золото.

Теоретическое высказывание Содди подкрепило точку зрения Мите и всех тех исследователей, которые твердо уверовали в «распад» ртути до золота. Однако не учли того обстоятельства, что в естественное золото может превратиться лишь один изотоп ртути с кассовым числом 197. Только переход ¹⁹⁷Hg + e^- = ¹⁹⁷Au может дать золото.

Существует ли вообще изотоп ¹⁹⁷Hg? Относительная атомная масса этого элемента 200,6, называвшаяся тогда атомным весом, позволила предполагать, что имеется несколько его изотопов. Ф.В. Астон, исследуя каналовые лучи, действительно нашел изотопы ртути с массовыми числами от 197 до 202, так что такое превращение было вероятным.

По другой версии, из смеси изотопов 200,6Hg могло образоваться и 200,6Au, то есть один или несколько изотопов золота с большими массами. Это золото должно было бы быть тяжелее. Поэтому Мите поспешил определить относительную атомную массу своего искусственного золота и поручил это лучшему специалисту в этой области - профессору Гонигшмидту в Мюнхене.

Конечно, количество искусственного золота для такого определения было весьма скудным, однако большего у Мите пока не было: королек весил 91 мг, диаметр шарика 2 мм. Если сравнить его, другими «выходами», которые получал Мите при превращениях в ртутной лампе - они в каждом опыте составляли от 10^-2 до 10^-4 мг, - это был все же заметный кусочек золота. Гонигшмидт и его сотрудник Цинтль нашли для искусственного золота относительную атомную массу 197,2±0,2.

Постепенно Мите снял «секретность» со своих опытов. 12 сентября 1924 года было опубликовано сообщение из фотохимической лаборатории, в котором впервые были приведены экспериментальные данные и более подробно описана аппаратура. Выход тоже стал известен: из 1,52 кг ртути, предварительно очищенной вакуумной перегонкой, после 107-часового непрерывного горения дуги длиной в 16 см, при напряжении от 160 до 175 В и токе в 12,6 А Мите получил целых 8,2 * 10 ^-5 г золота, то есть восемь сотых миллиграмма. «Алхимики» из Шарлоттенбурга уверяли, что ни исходное вещество, ни электроды и провода, подводящие ток, ни кварц ламповой оболочки не содержали аналитически определимых количеств золота.

Однако вскоре наступил перелом. Подозрений у химиков возникало тем больше и больше. Золото то образуется, и всегда в минимальных количествах, то снова не образуется. Никакой пропорциональности не обнаруживается, то есть количества золота не возрастают с увеличением содержания ртути, повышением разности потенциалов, при большей длительности работы кварцевой лампы. Получалось ли действительно искусственно золото, которое обнаруживали? Или оно уже присутствовало раньше? Источники возможных систематических ошибок в методе Мите проверяли несколько ученых из химических институтов Берлинского университета, а также из лаборатории электрического концерна Сименса. Химики прежде всего детально изучили процесс перегонки ртути и пришли к удивительному заключению: даже в перегнанной, казалось бы, не содержащей золота ртути всегда имеется золото. Оно либо появлялось в процессе перегонки, либо оставалось растворенным в ртути в виде следов, так что его нельзя было сразу обнаружить аналитически. Только после длительного стояния или при распылении в дуге, вызывавшем обогащение, оно вдруг вновь обнаруживалось. Такой эффект мог вполне быть принят за образование золота. Выявилось еще одно обстоятельство. Использованные материалы, в том числе кабели, идущие к электродам, и сами электроды, - все содержало следы золота.

Но всё ещё существовало убедительное заявление физиков-атомщиков, согласно которому такая трансмутация возможна с точки зрения атомной теории. Как известно, при этом исходили из предположения, что изотоп ртути ¹⁹⁷Hg поглощает один электрон и превращается в золото.

Однако такая гипотеза была опровергнута сообщением Астона, появившемся в журнале «Нейчур» в августе 1925 года. Специалисту по разделению изотопов удалось с помощью масс-спектрографа с повышенной разрешающей способностью однозначно охарактеризовать линии изотопов ртути. В результате выяснилось, что природная ртуть состоит из изотопов с массовыми числами 198, 199, 200, 201, 202 и 204.

Следовательно, устойчивого изотопа ¹⁹⁷Hg вовсе не существует. Следовательно, нужно считать, что получить естественное золото-197 из ртути обстрелом ее электронами теоретически невозможно и опыты, направленные на это, можно заранее рассматривать как бесперспективные. Это в конце концов поняли исследователи Харкинс и Кей из Чикагского университета, которые взялись было за превращение ртути с помощью сверхбыстрых электронов. Они бомбардировали ртуть (охлаждаемую жидким аммиаком и взятую в качестве антикатода в рентгеновской трубке) электронами, разогнанными в поле 145 000 В, то есть имеющими скорость 19 000 км/с.

Аналогичные опыты проделывал и Фриц Габер при проверке опытов Мите. Несмотря на весьма чувствительные методы анализа, Харкинс и Кей не обнаружили и следов золота. Вероятно, полагали они, даже электроны со столь высокой энергией не в состоянии проникнуть в ядро атома ртути. Либо образовавшиеся изотопы золота столь неустойчивы, что не могут «дожить» до конца анализа, длящегося от 24 до 48 ч.

Таким образом, представление о механизме образования золота из ртути, предложенное Содди, было сильно поколеблено.

В 1940 году, когда в некоторых лабораториях ядерной физики начали бомбардировать быстрыми нейтронами, полученными с помощью циклотрона, соседние с золотом элементы - ртуть и платину. На совещании американских физиков в Нэшвилле в апреле 1941 года А. Шерр и К.Т. Бэйнбридж из Гарвардского университета доложили об успешных результатах таких опытов. Они направили разогнанные дейтроны на литиевую мишень и получили поток быстрых нейтронов, который был использован для бомбардировки ядер ртути. В результате ядерного превращения было получено золото.

Три новых изотопа с массовыми числами 198, 199 и 200. Однако эти изотопы не были столь устойчивыми, как природный изотоп - золото-197. Испуская бета-лучи, они по истечении нескольких часов или дней снова превращались в устойчивые изотопы ртути с массовыми числами 198, 199 и 200. Следовательно, у современных приверженцев алхимии не было повода для ликования. Золото, которое вновь превращается в ртуть, ничего не стоит: это обманчивое золото. Однако ученые радовались успешному превращению элементов. Они смогли расширить свои познания об искусственных изотопах золота.

Природная ртуть содержит семь изотопов в разных количествах: 196 (0,146%), 198 (10,02%), 199 (16,84%), 200 (23,13%), 201 (13,22%), 202 (29,80%) и 204 (6,85%). Поскольку Шерр и Бейнбридж нашли изотопы золота с массовыми числами 198, 199 и 200, следует полагать, что последние возникли из изотопов ртути с теми же массовыми числами. Например: ¹⁹⁸Hg + n =¹⁹⁸Au + р Такое предположение кажется оправданным - ведь эти изотопы ртути являются довольно распространенными.

Вероятность осуществления какой-либо ядерной реакции определяется прежде всего так называемым эффективным сечением захвата атомного ядра по отношению к соответствующей бомбардирующей частице. Поэтому сотрудники профессора Демпстера, физики Ингрем, Гесс и Гайдн, пытались точно определить эффективное сечение захвата нейтронов природными изотопами ртути. В марте 1947 года они смогли показать, что изотопы с массовыми числами 196 и 199 обладают наибольшим сечением захвата нейтронов и потому имеют наибольшую вероятность превращения в золото. В качестве «побочного продукта» своих экспериментальных исследований они получили… золото. Точно 35 мкг, полученных из 100 мг ртути после облучения замедленными нейтронами в атомном реакторе. Это составляет выход 0,035%, однако если найденное количество золота отнести лишь к ртути-196, то получится солидный выход в 24%, ибо золото-197 образуется только из изотопа ртути с массовым числом 196.

С быстрыми нейтронами часто протекают (n, р) - реакции, а с медленными нейтронами - преимущественно (n, г) - превращения. Золото, открытое сотрудниками Демпстера, образовалось следующим образом: ¹⁹⁶Hg + n = ¹⁹⁷Hg* + г ¹⁹⁷Hg* + e^- = ¹⁹⁷Au

Образующаяся по (n, г) - процессу неустойчивая ртуть-197 превращается в устойчивое золото-197 в результате K-захвата (электрона с K-оболочки своего собственного атома).

Сотрудники Демпстера не могли отказать себе в удовольствии - получить в реакторе некоторое количество такого искусственного золота. С тех пор этот крошечный любопытный экспонат украшает Чикагский музей науки и промышленности. Этим раритетом - свидетельством искусства «алхимиков» в атомную эру - можно было полюбоваться во время Женевской конференции в августе 1955 года.

С точки зрения ядерной физики возможны несколько превращений атомов в золото. Устойчивое золото, 197Au, можно было бы получить путем радиоактивного распада определенных изотопов соседних элементов. Этому нас учит так называемая карта нуклидов, в которой представлены все известные изотопы и возможные направления их распада. Так, золото-197 образуется из ртути-197, излучающей бета-лучи, либо из такой ртути путем К-захвата. Можно было бы также получить золото из таллия-201, если бы этот изотоп испускал альфа-лучи. Однако этого не наблюдается. Как же получить изотоп ртути с массовым числом 197, которого нет в природе? Чисто теоретически его можно получить из таллия-197, а последний - из свинца-197. Оба нуклида самопроизвольно с захватом электрона превращаются соответственно в ртуть-197 и таллий-197. Практически это была бы единственная, хотя и только теоретическая, возможность сделать золото из свинца. Однако свинец-197 тоже лишь искусственный изотоп, который надо сначала получить ядерной реакцией. С природным свинцом дело не пойдет.

Изотопы платины 197Pt и ртути 197Hg тоже получают только ядерными превращениями. Реально осуществимыми являются лишь реакции, в основе которых лежат природные изотопы. В качестве исходных веществ для этого подходят только ¹⁹⁶Hg, ¹⁹⁸Hg и ¹⁹⁴Pt. Эти изотопы можно было бы бомбардировать разогнанными нейтронами или альфа-частицами с тем, чтобы прийти к следующим реакциям: ¹⁹⁶Hg + n = ¹⁹⁷Hg* + г ¹⁹⁸Hg + n = ¹⁹⁷Hg* + 2n ¹⁹⁴Pt + ⁴He = ¹⁹⁷Hg* + n.

С таким же успехом можно было бы получить искомый изотоп платины из ¹⁹⁴Pt путем (n, г) - превращения либо из ²⁰⁰Hg путем (n, б) - процесса. При этом, конечно, нельзя забывать, что природное золото и платина состоят из смеси изотопов, так что в каждой случае приходится учитывать конкурирующие реакции. Чистое золото придется, в конце концов, выделять из смеси различных нуклидов и не прореагировавших изотопов. Процесс этот будет требовать больших затрат. От превращения платины в золото вообще придется отказаться из экономических соображений: как известно, платина дороже золота.

Другим вариантом синтеза золота является непосредственное ядерное превращение природных изотопов, например, по следующим уравнениям: ²⁰⁰Hg + р =¹⁹⁷Au + ⁴He ¹⁹⁹Hg + ²D = ¹⁹⁷Au + ⁴He.

Если природную ртуть подвергнуть в реакторе действию потока нейтронов, то кроме устойчивого золота образуется главным образом радиоактивное. Это радиоактивное золото (с массовыми числами 198, 199 и 200) имеет очень малую продолжительность жизни и в течение нескольких дней вновь превращается в исходные вещества с испусканием бета-излучения: ¹⁹⁸Hg + n = ¹⁹⁸Au* + p ¹⁹⁸Au = ¹⁹⁸Hg + e ^- (2,7 дня). Исключить обратное превращение радиоактивного золота в ртуть ни в коем случае не удается: законы природы нельзя обойти.

В век атома можно сделать золото. Однако процесс слишком дорог. Золото, полученное искусственно в реакторе, бесценно. А если речь идёт о смеси радиоактивных изотопов ¹⁹⁸Au и ¹⁹⁹Au, то через несколько дней от золотого слитка останется, лишь лужица ртути.

5. Применение золота

Применение золота в современном мире очень разнообразно. От космических технологий до медицинского оборудования и препаратов. От ядерных реакторов до электротехнических устройств. На золоте держится вся мировая экономика. Именно золото многие века считалось самым надёжным платёжным средством. Однако существуют области, в которых золото использовали с глубокой древности.

5.1 Храмовое золото

На протяжении всей истории человечества культ богов и золото были неразрывно связаны между собой. Из него изготавливали статуи особо почитаемых богов, изготавливали жертвенники и алтари.

В храме египетской царицы Хатшепсут в Дейр-эль-Бахри, около древних Фив, построенном в конце XV в. до н.э., даже полы были выложены золотыми и серебряными плитами. В VII в. до н.э. в самом величественном храме Вавилона, посвящённом покровителю города богу Мардуку, находилось святилище, покрытое листовым золотом. Здесь стояла золотая статуя Мардука весом около 2,5 т.

Для Парфенона (середина V в. до н.э.) - главного храма афинского Акрополя - великий скульптор Фидий создал 12-метровую статую Афины Парфенос (Афины Девы). Лицо и руки богини были из слоновой кости, а одежда, шлем и щит - из золота. На украшение статуи Фидий израсходовал более 1 тонны золота.

В I-II вв. н.э. на смену поклонению множеству богов, каждый из которых олицетворял определённые силы природы и покровительствовал различным видам человеческой деятельности, пришла вера в единого Бога, великого, всевидящего, великодушного и карающего. Новая религия - христианство, - совершив переворот в жизни общества, изменила само назначение храма, а значит, его архитектурные формы и внутреннее убранство. Египетский или греческий храм являлся святилищем божества, доступным лишь для избранных. Назначение христианского храма вытекало из сущности новой веры. Дав людям закон, Бог сулил вечную жизнь и блаженство тем, кто следует церковным догматам. Двери храма были открыты для всех страждущих - грешников и праведников. В храме, ставшем местом молитвенного общения верующих, первостепенное значение приобрело оформление интерьера. Интерьеры средневековых христианских храмов, украшенные мозаиками, фресками, витражами, позолотой, богаче и выразительнее, чем их внешний облик. Блеск золота - лейтмотив ослепительного убранства храма Святой Софии в Константинополе. Огромное пространство, парящий над головами золотой купол с изображением креста, сияние золота, цветной мрамор в облицовке стен, световые эффекты. Храм производил неизгладимое впечатление. Посланцы киевского князя Владимира Святославича, отправленные в дальние страны, чтобы узнать, какая вера самая лучшая для Руси, говорили о храме Святой Софии в Константинополе: «Не знаем, где мы были, то ли на небе, то ли на земле!». Мерцающее золото, так поразившее русских послов, - это золото плоскостей, покрытых смальтой - кубиками из стеклянного сплава, окрашенного в разные цвета. Смальта была изобретена византийскими мастерами. Её использование придавало изображениям глубину, яркость и мерцание. Большую роль в мозаиках играли также золотые фоны.

Приняв православие от Византии, Древняя Русь унаследовала строгую иерархию изображений и расположения евангельских сюжетов в пространстве храма, общую композицию монументальной живописи, решение отдельных образов и сцен, технику их исполнения.

В западноевропейских романских и готических храмах золотые алтарные преграды играли важную идейную и художественную роль. Они отделяли алтарь от прихожан, подчёркивая значимость происходящих в нём таинств, и в то же время яркостью и блеском притягивали к себе взоры молящихся.