Металлургия благородных металлов

И.Н.Масленицкий, Л.В.Чугаев, В.Ф.Борбат, М.В.Никитин, Л.С.Стрижко

Металлургия, 1987 г.

Золото—весьма редкий элемент, его кларк (среднее содержание в земной коре) составляет 5*10-7 %, т. с. 5 мг/т,. что в 20 раз меньше кларка серебра и в 200 раз — кларка-ртути. На основании косвенных данных полагают, что содержание золота в ядре земного шара значительно выше. Большие абсолютные количества золота содержатся в морской воде, однако, из-за малой концентрации (10-5— 101 мг/м3) извлечение золота из морской воды пока нерентабельно.

Месторождения золота делят на коренные (рудные) и россыпные.

Большинство промышленно важных коренных месторождений золота принадлежат к гидротермальному типу. Схематично процесс образования таких месторождений можно представить следующим образом. Образующаяся в глубине земной коры или в верхних слоях мантии Земли магма, двигаясь кверху, внедряется в земную кору и, не достигнув поверхности Земли, медленно остывает и кристаллизуется. Магма представляет собой сложный, преимущественно силикатный расплав мантийного или корового вещества, насыщенный растворенными в нем летучими компонентами— водой, углекислотой, сероводородом и т. д. При охлаждении магмы в определенной последовательности кристаллизуются породообразующие силикаты (оливин, пироксен, полевые шпаты, кварц и др.), практически не содержащие в своем составе летучих компонентов. Температура последних стадий кристаллизации кислых магм на глубинах несколько километров близка, по-видимому, к 800 °С. По мере кристаллизации магмы содержание летучих компонентов в остаточном расплаве возрастает. В определенный момент оно достигает предела растворимости, и происходит выделение газов. С последними выносятся не только летучие, но и другие металлические и неметаллические компоненты, в том числе золото. По трещинам и порам газы устремляются в окружающие горные породы, образуя гидротермальные растворы. Вода глубинных гидротермальных растворов находится в виде сгущенного пара, который при температуре ниже 372 °С (критическая точка воды) под давлением переходит в жидкую воду. В условиях высоких температур и давлений вода способна растворять и переносить многие в обычных условиях нерастворимые соединения, в том числе золота, кремнезем и др. Вопрос о форме состояния золота в гидротермальных растворах пока остается спорным.

Двигаясь по трещинам, гидротермальные растворы поступают в область более низкого давления и постепенна остывают. Под влиянием снижающегося давления и температуры, а главное, в итоге сложного химического взаимодействия с вмещающими породами из гидротермальных растворов, осаждаются золото и другие минералы (кварц, пирит, арсенопирит и т. д.). Они постепенно заполняют трещины, образуя жилы.

Этот процесс может протекать в несколько приемов. При этом золото отлагается на любых ранее сформировавшихся минералах: кварце, различных сульфидах, чаще всего на пирите и арсенопирите. При одновременном осаждении золото может выделяться не только на поверхности кристаллов других минералов, но и внутри последних.

При некоторых условиях золото выделяется в форме мелких кристаллов и даже дисперсных включений. При благоприятных условиях — затянутом процессе кристаллизации из богатых золотом растворов — могут образоваться крупные кристаллы или агрегаты — самородки.

В зависимости от условий образования и состава гидротермальных растворов образуются месторождения золото-кварцевых руд, где золото ассоциировано с кварцем, или золото-кварцево-сульфидных руд, в которых оно ассоциировано как с кварцем, так и с сульфидами. Возможна также преимущественная ассоциация золота с сульфидами. Наконец, встречаются сплошные сульфидные руды золота, часто одновременно являющиеся и рудами цветных металлов.

После формирования коренного месторождения отдельные его участки, расположенные в поверхностной зоне земной коры или выходящие на дневную поверхность, подвергаются выветриванию, т. е. разрушению под действием таких факторов, как суточные и годовые колебания температуры, поверхностные и подземные воды, содержащие кислород и другие растворенные вещества. Разрушающее воздействие оказывают ветер, а также процессы, связанные с деятельностью микроорганизмов и почвообразованием. Выветривание сопровождается не только механическим разрушением рудного тела и вмещающих пород, но химическим преобразованием многих минералов, входящих в их состав (слюд, полевых шпатов, оливина и др.). Обломки пород, зерна кварца, гранатов и других устойчивых минералов, в том числе частицы золота, сносятся атмосферными водами и водными потоками в пониженные участки рельефа. При этом происходит сортировка переносимого материала по крупности и форме зерен, по прочности, но преимущественно по их плотности. Наиболее тяжелые минералы, в том числе золото, переносятся значительно медленнее и поэтому, в основном, концентрируются вблизи материнского коренного месторождения, постепенно передвигаясь вниз по склонам гор или дну речной долины. Так образуются россыпные месторождения (россыпи).

Особый тип месторождений золота составляют так называемые золотоносные конгломераты. К этому типу относится крупнейшее в мире месторождение золота (и урана) Витватерсранд (ЮАР). Конгломераты сложены из кварцевых галек, прочно сцементированных мелкозернистым кварцем с примесью других минералов; золото находится в цементе. Среди специалистов нет единого мнения о происхождении этого месторождения. Часть геологов полагает, что. золото вместе с ураном было привнесено гидротермальными растворами в толщу конгломератов, образовавшихся на более ранней геологической стадии. Другие геологи склоняются к тому, что золотосодержащие Конгломераты представляют собой древнюю россыпь, подвергшуюся процессу метаморфизма (преобразованию). В технологическом отношении золотосодержащие Конгломераты принадлежат к типу коренных руд.

Извлечение золота из россыпных руд значительно проще и дешевле, чем из коренных. Россыпи, как правило, залегают на небольших глубинах. Это позволяет разрабатывать их наиболее дешевым открытым способом. Золотины в россыпных рудах находятся в свободном состоянии, что делает ненужными энергоемкие и дорогие операции дробления и измельчения и позволяет извлекать металл простым и высокопроизводительным способом промывки песков в воде. В итоге добыча и обработка песков россыпных месторождений обходится в десятки раз дешевле, чем коренных руд. Поэтому россыпные месторождения разрабатывают, даже при очень низком содержании в них золота, вплоть до 0,1 г/т.

Для коренных руд при существующем уровне технологии минимальное промышленное содержание золота, обеспечивающее рентабельную разработку месторождения, обычно лежит в пределах от 1 до 4 г/т в зависимости от запасов и типа руд, географического положения, горнотехнических условий разработки и других факторов.

Простотой извлечения золота из россыпей объясняется то, что в течение многих веков и даже тысячелетий россыпные месторождения были главным сырьевым источником золота. В древние времена россыпное золото в значительных масштабах добывали в Африке, Южной Америке, Азии (Китай), Европе (на территории нынешней Испании) и других частях земного шара. Еще в прошлом столетии широкой известностью пользовались богатейшие россыпи. Калифорнии, Австралии, Канады, Аляски.

Примерно к концу XIX в. золотые россыпи были в основном выработаны, и преобладающим сырьем золотоизвлекательной промышленности стали коренные руды. В настоящее время на долю россыпей приходится не более 2— 3 % общей добычи золота.

Как уже упоминалось, крупнейшим в мире месторождением золота являются Конгломераты Витватерсранда в Южной Африке (ЮАР). Это уникальное коренное месторождение уже в течение почти 100 лет дает большую часть добываемого в мире золота. Для конгломератов Витватерсранда при огромных запасах руд характерно сравнительно невысокое содержание золота (около 13 г/т), однако оно выдерживается вплоть до больших глубин. Южноафриканские золотые рудники — самые глубокие в мире (глубина отдельных шахт достигает 4300 м). Помимо золота конгломераты Витватерсранда содержат уран, попутное извлечение которого существенно повышает рентабельность переработки этих руд.

Современные крупные месторождения коренного золота находятся в Канаде, США, Папуа-Новая Гвинея, Австралии, Зимбабве, Гане, Доминиканской республике, на Филиппинах и в других странах.

Помимо собственно золотых руд, в которых золото представляет собой единственный или основной ценный компонент, важным сырьевым источником являются также сульфидные руды цветных металлов: медные, медно-нике-левые, медно-молибденовые, свинцово-цинковые. При переработке этих руд золото извлекают попутно.

В настоящее время структура золоторудного сырья капиталистических стран характеризуется следующими примерными данными (табл. 2).

Данные о добыче золота в капиталистических странах приведены ниже, т: