Реферат: Круговорот золота в природе
С момента образования россыпь проходит ряд превращений, эволюционируя во времени (рис. 2). В геологии принято выделять три типа россыпей: элювиальные, делювиальные и аллювиальные (или переотложные).
Разрушаясь, породы коренных месторождений под действием меняющейся температуры воздуха, ветра и дождя превращаются в рыхлый материал и образуют россыпи, которые сначала остаются на том же месте, где и материнские породы, и называются элювиальными. Однако под влиянием гравитации и природных факторов материал россыпи отрывается от коренного месторождения и начинает сползать по склону, образуя делювиальную россыпь. Если путь перемещения преграждает протекающая по долине река, то она переносит золото в другое место, где оно, переоткладываясь, образует аллювиальную россыпь.
Как уже упоминалось, не последнюю роль в трансформации коренного месторождения в россыпное играют микроорганизмы, обладающие избирательной аурофильностью, т. е. способностью извлекать из окружающей среды и концентрировать внутри себя золото (схема 2). Они выделяют его из горных пород, переносят в грунтовые воды и укрупняют.
На микроуровне это происходит следующим образом: клеточная стенка бактерии взаимодействует с коллоидными частицами золота при помощи селективно действующих гликопротеидов. В результате на поверхности бактерии собираются частицы металла, затем происходит их перекристаллизация и они укрупняются в десятки раз. Таким образом, бактерия одевается в «шубу» из микрокристаллов золота. Образующиеся бактериальные организмы срастаются в достаточно крупные агрегаты, которые можно выделить. Так возможно сконцентрировать золото, рассредоточенное в коллоидной системе в виде мельчайших частиц. Затем может происходить растворение тонкого золота под действием органических комплексообразователей: золото переходит из нейтрального состояния в ионную форму. Переход ионного золота в коллоидное состояние благодаря стабилизации органическими соединениями происходит в природе самопроизвольно. Довершает процесс рудообразования работа аурофильных бактерий, которые укрупняют и осаждают частицы коллоидного золота.
Коренные и россыпные месторождения существенно различаются по своим свойствам. Как правило, россыпи более доступны: они залегают на поверхности земли, хотя известны случаи, когда их обнаруживают и на больших глубинах. В процессе образования россыпей золото частично механически очищается от примесей, и поэтому в таких месторождениях (особенно аллювиального типа) оно чище рудного и имеет более высокую пробу. Россыпное золото отличается от рудного и внешним видом. В аллювиальных россыпях весь материал подвергался длительному механическому воздействию, в результате которого золото приобретает округлую форму — окатывается, в руде же коренных месторождений обычно распространено угловатое золото. Еще одно отличие — присутствие самородков, которые образуются только при разрушении коренных месторождений. Очень важно, что золото в россыпях находится в свободном виде, и поэтому нет необходимости применять дорогостоящие и трудоемкие процессы дробления и измельчения, буровзрывные работы, которые необходимы при разработке коренных месторождений.
Таким образом, при равном содержании золота для добычи россыпи экономически более выгодны, чем коренные месторождения. Не случайно исторически освоение новых золотоносных районов начиналось с добычи золота из россыпи, а после ее истощения переходили к коренному месторождению. Однако надо отметить, что наряду с достоинствами у россыпного месторождения есть и недостатки: быстрое истощение запасов, небольшие размеры месторождений и их нелокализованность, требующая проведения работ на обширной территории.
В разное время приоритет в разработке золота отдавался месторождениям разного типа (рис. 3). Более ста лет назад из россыпей добывали почти 90 % всего золота. В 70-е гг. прошлого века их доля составляла не более 3-5 %. В последнее время с открытием новых типов россыпных месторождений их вклад в общее производство золота снова увеличился до 14-15 %. Однако основными на сегодняшний день считаются коренные месторождения.
По своему происхождению обособленно стоят крупнейшие золотые месторождения Южной Африки, которые сложены золотоносными конгломератами (сцементированными галечниками). Механизм их образования, вероятно, отличается от описанного выше для коренных и россыпных месторождений и до настоящего времени точно не определен. Исследователи полагают, что в далекий геологический период по галечникам циркулировали золотосодержащие гидротермальные растворы. Другая версия — там первично образовалась морская россыпь, которая впоследствии под воздействием магмы приняла современный вид. Если геологи разгадают загадку образования месторождений Южной Африки, то, возможно, они смогут обнаружить и другие аналогичные им богатейшие скопления золота.
Способы добычи золота
В отечественной практике при открытом способе разработки коренных месторождений глубина карьеров обычно не превышает 200-250 м. Чаще всего золото коренных месторождений заключено в кварцевых жилах разной толщины и длины, которые могут быть одиночными или залегают целыми семействами, образуя рудную зону. Такие месторождения обычно невыгодно разрабатывать открытым способом, так как рудные жилы круто уходят вглубь и с глубиной количество пустой породы увеличивается. На практике при разработке коренных тонкожильных скоплений применяют подземный способ разработки. Трудность добычи золота из коренных месторождений связана еще с высокой твердостью пород, образующих жилу.
Промышленный процесс получения золота из коренных месторождений один из самых сложных: из огромного массива руды надо выделить содержащееся в ней небольшое количество золота с минимальными потерями. Традиционными методами получения, включающими стадии дробления, измельчения, промывки и амальгамации, наши предки пользовались еще в древние времена. Все эти операции сохранили свою актуальность, но проводят их с помощью современных средств.
Технологические схемы переработки коренных золотосодержащих руд включают процесс подготовки руды (дробление и измельчение), глубокое обогащение измельченной легко- и среднеобогатимой руды, переработку труднообогатимой руды и бедных концентратов с помощью гидро- и пи-рометаллургических процессов (рис. 4). На первом этапе глыбы золотоносной породы размером более 1,5 м подвергают измельчению с помощью различных дробилок в две или три стадии до получения частиц размером меньше 10 мм. Степень измельчения определяется минеральным составом и вкрапленностью золота, физическими характеристиками руд (твердость, абразивность, крупность частиц золота, характеристики поверхности руды). Так, золотосульфидно-кварцевые руды Березовского месторождения (Свердловская обл., Россия) измельчают до 0,4 мм и отсадкой извлекают крупное золото, а на Кочкарской фабрике (Челябинская обл.) перед сорбционным цианированием руды применяют тонкое измельчение (до 0,074 мм).
После подготовки руду подвергают обогащению. В простейшем случае извлечение золота проводят гравитационным методом (отсадкой), в основе которого лежит способность тяжелых золотин оседать быстрее, чем легкая пустая порода.
Из обогащенной руды золото извлекают действием раствора цианида калия или натрия, в котором оно растворяется в присутствии кислорода воздуха (цианидный метод). Из раствора дицианоаурата(Г) натрия при обработке цинком выделяют так называемое черновое свободное золото, при этом выпадают и примеси:
Для дальнейшей очистки золота (аффинаж или рафинирование) применяют электролиз (способ Э. Вольвилла, 1896 г.). Аноды, отлитые из нечистого золота, погружают в ванну, содержащую солянокислый раствор хлорида золотаЛН) АиС13 , а катодом служит лист чистого золота. При прохождении тока примеси образуют анодный шлам, а на катоде выделяется золото чистотой не менее 99,99 %.
Чем сложнее руда, тем более трудоемок процесс ее переработки. Например, для «упорных руд», которые не поддаются цианированию и амальгамации (сульфидных руд), или для руд, сложных по составу, применяют флотацию: золотые зерна с пузырьками воздуха всплывают на поверхность, образуя пену. При этом используют специальные флотореагенты: ксантогенаты, дитиофосфаты, меркаптаны, дитиокарбаматы и т. д.
С экологической точки зрения большинство применяемых в настоящее время методов обогащения золотосодержащих руд оставляют желать лучшего. Для проведения процесса амальгамации необходима токсичная ртуть, ядовиты и цианиды, от которых трудно очищать сточные воды золотодобывающих предприятий. С этой точки зрения перспективным представляется поиск новых, более безопасных и высокоселективных методов извлечения золота из породы, таких, как сорбция золота активированным углем или синтетическими смолами. Серьезно рассматривается и возможность использования аурофильных микроорганизмов для концентрирования золота из отвалов.
Разработка россыпных месторождений золота характеризуется небольшими затратами и минимальными сроками ввода в эксплуатацию (от нескольких месяцев до двух лет). Ее отличительные особенности — совмещение процессов добычи с обогащением (промывкой песков) и извлечение полезного компонента на каждой стадии. Выбор способов разработки россыпных месторождений делают с учетом горно-геологических и климатических условий. Сейчас при открытой разработке, которую применяют при освоении россыпей с глубиной залегания до 50 м, для выемки пород используют драги, бульдозеры и экскаваторы. А раньше при извлечении золота из россыпи золотоискатели применяли легендарный лоток, причем у разных народностей его внешний вид отличался. Например, американский лоток представляет собой металлический тазик, а корейские и сибирские лотки выдалбливали из куска дерева. Несмотря на разнообразие лотков, масса набираемой в них породы не превышала 8-10 кг.
Из россыпных месторождений золото можно извлечь отмучиванием, основанным на большой разности плотностей золота и пустой породы. Этот способ, применявшийся еще в глубокой древности, сопряжен с большими Он уступил место амальгамации (известной уже с I в. до н. э.) и цианированию, получившему широкое распространение в Америке, Африке и Австралии в 1890-х гг. Тяжесть золота — весьма благоприятное свойство для его добычи. Самые простые технологические процессы, такие, как промывка в шлюзах, могут обеспечить весьма высокую степень извлечения золота из породы.
Потребление золота
Будучи добытым из недр Земли, золото попадает в руки человека. С каждым годом мировой спрос на золото растет, увеличивается и его производство. Исключение составил лишь 1995 г., когда наблюдалось некоторое снижение производства. Наибольшая добыча золота была отмечена в 1998 г., когда она достигла 2636 т и практически сравнялась с потреблением (рис. 5).
По типу потребления золота все государства можно разделить на две большие группы: технические и ювелирные. К первой группе относятся развитые страны, в которых золото используется в технических целях. Это Япония, США, Германия. Вторую группу образуют государства, в которых из большей части добываемого или импортируемого золота изготавливают ювелирные украшения. Среди них Италия, Португалия, Китай, Индия, Арабские Эмираты, Израиль и Египет. Таким образом, золото может выступать индикатором развития высоких технологий в электронной, космической и приборостроительной промышленности.
Человечеству всегда требовалось больше золота, чем его производили, это определило и высокую цену на золото. Разница между добычей и потреблением покрывается преимущественно за счет переработки вторичного золота, а также за счет продаж и займов из государственных золотых резервов. Под вторичным понимается металл, полученный в результате переработки золотосодержащих изделий, прошедший аффинаж и отлитый в слитки. Под это понятие не подпадают перепродаваемые золотые изделия и монеты. Основной источник для вторичного золота — ювелирные украшения. Значительно меньше металла дает переработка так называемого скрапа — компонентов электротехники (различные микросхемы и технические приборы), в состав которых входит благородный металл. Объемы производства вторичного металла зависят от состояния экономики и от цены на золото. В среднем за 10 лет (1993-2003) на рынок ежегодно поступало порядка 600 т вторичного металла. Так, в 2002 г. объем производства вторичного золота составил почти 840 т, а в 2003 г. - 950 т.
Рынок золота живет по своим законам. В октябре 1997 г. началось резкое снижение цены на золото, вызванное экономическим подъемом в развитых странах, которые в основном и определяют мировые цены, с одной стороны, и введением системы золотых займов - с другой. В 1998-1999 гг. цены стабилизировались в опасной близости к себестоимости золота лучших месторождений мира. Себестоимость золота колеблется в диапазоне 199-356 за унцию в зависимости от типа месторождения и в среднем составляет $ 250 за унцию. Одно из условий целесообразности проведения разведки и добычи золота — уровень стоимости металла на мировых рынках должен быть не ниже 1300. В настоящее время наблюдается тенденция к повышению себестоимости добычи, так как большая часть разрабатываемых золотых залежей находится на глубине более 3 км с повышенной температурой горной породы (50 °С). Отметим, что себестоимость производства 1 кг чистого золота за последние 12 лет выросла в 2,6 раза. Такой рост издержек и цен производства одним ухудшением горно-геологических условий объяснить трудно.
После 1999 г. потребность в золоте возросла, однако цена на золото начала расти только после 2001 г. и в настоящее время достигла максимального значения — $ 401,45 за унцию. По мнению зарубежных специалистов, золотодобывающие компании вряд ли смогут сохранить высокий темп добычи золота в связи с неизбежным истощением известных в настоящее время месторождений, в то время как разведка и начало разработки новых шахт требуют много времени. Богатых месторождений золота на Земле остается все меньше и меньше. Возможно обнаружение богатых залежей драгоценного металла в более глубоких слоях земной коры на морском дне. В настоящее время существует устойчивая тенденция к снижению среднего содержания золота в разрабатываемых месторождениях, поэтому следует ожидать понижения границы рентабельности месторождений, и промышленным будет считаться содержание в пределах 1-2 г на 1 т породы.