Летучесть золота и серебра при обжиге и плавке

Зо­ло­то и се­реб­ро об­ла­да­ют ис­клю­чи­тель­ной спо­соб­но­стью рас­пы­лять­ся, да­вать ча­сти­цы, со­из­ме­ри­мые с дли­ной све­то­вой вол­ны, уно­сить­ся в ви­де мель­чай­шей пы­ли с га­за­ми в ат­мо­сфе­ру. При на­гре­ва­нии зо­ло­та и его спла­вов вы­ше те­м­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния зо­ло­то на­чи­на­ет уле­ту­чи­вать­ся, и ле­ту­честь его тем вы­ше, чем вы­ше те­м­пе­ра­ту­ра. Вот по­че­му ле­ту­честь зо­ло­та и се­реб­ра име­ет пра­к­ти­че­ское зна­че­ние при об­жи­ге и плав­ке зо­ло­то­со­дер­жа­щих ма­те­ри­а­лов, по­сколь­ку она свя­за­на с до­пол­ни­тель­ны­ми по­те­ря­ми бла­го­род­ных ме­тал­лов.

Рас­смо­т­рим тео­ре­ти­че­ские ас­пе­к­ты ле­ту­че­сти зо­ло­та и се­реб­ра в вы­со­ко­те­м­пе­ра­тур­ных про­цес­сах, ко­то­рые бы­ли изу­че­ны в мно­го­чис­лен­ных ис­сле­до­ва­ни­ях.

Уста­но­в­ле­но, что ле­ту­честь хи­ми­че­ски чи­сто­го зо­ло­та в обы­ч­ной га­зо­вой ат­мо­сфе­ре не­ве­ли­ка — мо­ж­но счи­тать, что она не име­ет пра­к­ти­че­ско­го зна­че­ния, за ис­клю­че­ни­ем слу­чая, ко­г­да в со­ста­ве га­зо­вой ат­мо­сфе­ры со­дер­жи­т­ся во­до­род.

Ле­ту­честь зо­ло­та и се­реб­ра в спла­вах в усло­ви­ях раз­ли­ч­ной га­зо­вой ат­мо­сфе­ры изу­ча­лась Пла­к­си­ным И. Н. и Ко­жу­хо­вой М. А. Они уста­но­ви­ли, что ле­ту­честь хи­ми­че­ски чи­сто­го зо­ло­та за­мет­на толь­ко в све­тиль­ном га­зе и в хло­ре. Пред­по­ла­га­ют, что в ат­мо­сфе­ре све­тиль­но­го га­за об­ра­зу­ет­ся ле­ту­чий гид­рид зо­ло­та (во­до­род­ное со­е­ди­не­ние зо­ло­та), а в хло­ре об­ра­зу­ет­ся ле­ту­чее хлор­ное зо­ло­то. Для пла­вов зо­ло­та с рту­тью ле­ту­честь зо­ло­та оди­на­ко­ва во всех га­зах, кро­ме хло­ра. Это объ­яс­ня­ет­ся тем, что к мо­мен­ту на­гре­ва­ния спла­ва до 700–800 °С в нем оста­ет­ся не­м­но­го рту­ти, а при 900 °С оста­ет­ся 0,1% рту­ти.

Ле­ту­честь зо­ло­та, вы­зы­ва­е­мая хи­ми­че­ским вза­и­мо­дей­стви­ем ко­м­по­нен­тов спла­ва с окру­жа­ю­щим га­зом, про­ис­хо­дит при те­м­пе­ра­ту­ре бо­лее вы­со­кой, чем 900 °С. Ина­че го­во­ря, зо­ло­то на­чи­на­ет «ле­теть» с га­за­ми при те­м­пе­ра­ту­ре, близ­кой к плав­ле­нию.

Уста­но­в­ле­на по­вы­шен­ная ле­ту­честь зо­ло­та в уг­ле­кис­ло­те. Ви­ди­мо, ле­ту­честь зо­ло­та за­ви­сит от об­ра­зо­ва­ния при вы­со­кой те­м­пе­ра­ту­ре ле­ту­чих кар­бо­ниль­ных со­е­ди­не­ний ци­н­ка и ка­д­мия с оки­сью уг­ле­ро­да, ко­то­рая об­ра­зу­ет­ся в ре­зуль­та­те дис­со­ци­а­ции уг­ле­кис­ло­ты. Это об­сто­я­тель­ство ну­ж­но иметь в ви­ду при плав­ке ци­н­ко­вых оса­д­ков, ко­г­да в них со­дер­жи­т­ся мно­го кар­бо­на­тов.

В ат­мо­сфе­ре хло­ра ле­ту­честь спла­вов зо­ло­та до­сти­га­ет на­и­вы­с­ше­го зна­че­ния. При этом сле­ду­ет от­ме­тить, что она весь­ма за­ви­сит от ско­ро­сти дви­же­ния га­зо­вой струи над по­верх­но­стью спла­ва и, ко­неч­но, от те­м­пе­ра­ту­ры. Но на­и­боль­шая ле­ту­честь зо­ло­та и се­реб­ра на­б­лю­да­ет­ся у спла­вов зо­ло­та с ме­дью, оло­вом, рту­тью и свин­цом при те­м­пе­ра­ту­ре свы­ше 1100 °С. Спла­вы зо­ло­та с ци­н­ком и ка­д­ми­ем об­на­ру­жи­ва­ют зна­чи­тель­ную ле­ту­честь та­к­же в спла­вах с се­реб­ром и сурь­мой. Ле­ту­честь зо­ло­та в струе хло­ра та­к­же вы­со­ка, но ни­же, чем в вы­ше­пе­ре­чис­лен­ных слу­ча­ях.

З­на­чи­тель­на ле­ту­честь хло­ри­дов зо­ло­та и при на­гре­ва­нии вы­ше 220 °С. Обра­зо­ва­ние хлор­но­го зо­ло­та воз­мо­ж­но на весь­ма ко­ро­т­кий про­ме­жу­ток вре­ме­ни, ко­то­рый, по-ви­ди­мо­му, ока­зы­ва­ет­ся до­ста­точ­ным для воз­го­на об­ра­зо­вав­ше­го­ся со­е­ди­не­ния зо­ло­та с хло­ром.

Ле­ту­честь зо­ло­та в воз­ду­ш­ной сре­де воз­рас­та­ет, ес­ли в спла­ве при­сут­ству­ют ме­тал­лы: пла­ти­на, сви­нец, ни­кель, вис­мут, ка­д­мий, медь, мы­шьяк, ртуть, сурь­ма, цинк и тел­лур. Уста­но­в­ле­но, что при 1100 °С ле­ту­честь зо­ло­та уве­ли­чи­ва­ет­ся при со­дер­жа­нии 5% этих ме­тал­лов в спла­ве: пла­ти­ны — в 1,9 ра­за, свин­ца или ни­ке­ля — в 2,5 ра­за, вис­му­та — в 4,2 ра­за, ка­д­мия или ме­ди — в 4,6 ра­за, мы­шья­ка — в 6,7 ра­за, рту­ти — в 7,5 ра­за, сурь­мы — в 8,3 ра­за, ци­н­ка — в 13,3 ра­за, тел­лу­ра — в 25,0…33,3 ра­за. Что­бы оце­нить ле­ту­честь зо­ло­та в про­плав­ля­е­мом ма­те­ри­а­ле, не­об­хо­ди­мо знать его со­став на пред­мет на­ли­чия вы­ше­на­зван­ных ме­тал­лов.

Уста­но­в­ле­но, что ле­ту­честь се­реб­ра при об­жи­ге и плав­ке вы­ше, чем у зо­ло­та, в не­сколь­ко раз. Ис­сле­до­ва­ния по­ка­за­ли, что при окис­ли­тель­ном об­жи­ге по­те­ри се­реб­ра обу­с­ло­в­ле­ны раз­ло­же­ни­ем его со­е­ди­не­ний и за­ви­сят от ин­тен­сив­но­сти хи­ми­че­ских ре­а­к­ций, про­ис­хо­дя­щих в про­цес­се об­жи­га.

В­се эти ис­сле­до­ва­ния при­ве­ли к вы­во­ду, что при вы­со­кой те­м­пе­ра­ту­ре се­реб­ро весь­ма ле­ту­че (до не­сколь­ких про­цен­тов) в окис­ли­тель­ной ат­мо­сфе­ре, при­чем ле­ту­честь уси­ли­ва­ет­ся в при­сут­ствии се­ры, мы­шья­ка и сурь­мы.

Что­бы умень­шить по­те­ри от ле­ту­че­сти бла­го­род­ных ме­тал­лов при об­жи­ге и плав­ке, не­об­хо­ди­мо учи­ты­вать вы­ше­пе­ре­чис­лен­ные за­ко­но­мер­но­сти ле­ту­че­сти зо­ло­та и се­ре­бра.

Са­мы­ми про­сты­ми ме­ра­ми по умень­ше­нию ле­ту­че­сти бла­го­род­ных ме­тал­лов при об­жи­ге, плав­ке и ку­пе­ля­ции мо­ж­но на­з­вать две ре­ко­мен­да­ции:

- во-­пе­р­вых, очень ак­ку­рат­но со­б­лю­дать за­дан­ный те­м­пе­ра­тур­ный ре­жим про­цес­са, не до­пус­кая пе­ре­гре­ва рас­пла­вов и огар­ков в пе­чи по вре­ме­ни,

- во-в­то­рых, все пе­чи для об­жи­га и плав­ки дол­ж­ны быть обо­ру­до­ва­ны ме­ст­ны­ми вы­тя­ж­ны­ми си­сте­ма­ми и уста­но­в­ка­ми га­зо­о­чи­ст­ки и пы­ле­у­лав­ли­ва­ния из от­хо­дя­щих га­зов.

В це­хе гид­ро­ме­тал­лур­гии (ЦГМ) Хол­бин­ско­го руд­ни­ка, где ав­тор ра­бо­тал тех­но­ло­гом, для улав­ли­ва­ния зо­ло­то­со­дер­жа­щих пы­ли и га­зов экс­плу­а­ти­ро­ва­лась скруб­бер­ная уста­но­в­ка, схе­ма ко­то­рой по­ка­за­на на ри­сун­ке.

Обра­зу­ю­щи­е­ся в руд­но­тер­ми­че­ских пе­чах РТП (2 пе­чи) га­зы вме­сте с пы­лью от­са­сы­ва­ют­ся пы­ле­вым вен­ти­ля­то­ром с боль­шой ско­ро­стью че­рез сбор­ник 12 с во­дой. Раз­гон­ная тру­ба 1 име­ет сужен­ный ко­нец — со­п­ло, — че­рез ко­то­рый ско­рость га­зов, уве­ли­чи­ва­ясь на вы­хо­де, уда­ря­ет­ся о по­верх­ность во­ды в ван­не. Твер­дые ча­сти­цы пы­ли те­ря­ют ско­рость и оса­ж­да­ют­ся в во­де. Газ про­хо­дит даль­ше в скруб­бер с на­са­д­кой из тен­нис­ных ша­ри­ков, ко­то­рые че­рез фор­сун­ки омы­ва­ют­ся во­дой. Га­зы, про­хо­дя че­рез по­дви­ж­ную ша­ро­вую на­са­д­ку, остав­ля­ют ча­сти­цы пы­ли в во­дя­ной плен­ке на по­верх­но­сти ша­ров.

Та­кая скруб­бер­ная уста­но­в­ка про­ста в кон­струк­ции и экс­плу­а­та­ции.

Скруб­бер­ная уста­но­в­ка вклю­ча­ет­ся на пе­ри­од плав­ки. Че­рез ка­ж­дые 10 дней во­да с твер­ды­ми ча­сти­ца­ми пы­ли от­ка­чи­ва­ет­ся в ем­кость V=200 л, где про­ис­хо­дит от­ста­и­ва­ние. Оса­док по­с­ле де­кан­та­ции освет­лен­ной во­ды раз­гру­жа­ют, вы­су­ши­ва­ют, опро­бу­ют на зо­ло­то и се­ре­бро, по­с­ле че­го до­бав­ля­ют в плав­ку оче­ред­но­го сли­т­ка.

Ка­ж­дая съе­м­ка скруб­бе­ра да­ет от 1,5 до 3,0 кг оса­д­ка с со­дер­жа­ни­ем зо­ло­та 40–80 кг/т зо­ло­та. За год на скруб­бер­ной уста­но­в­ке улав­ли­ва­ет­ся до 5–6 кг зо­ло­та в хи­м­чи­сто­те.

О­пыт ра­бо­ты по улав­ли­ва­нию зо­ло­та под­твер­ж­да­ет ци­ф­ры ле­ту­че­сти бла­го­род­но­го ме­тал­ла, при­ве­ден­ные вы­ше.

Кро­ме чи­сто ме­ха­ни­че­ско­го ме­ро­при­я­тия по улав­ли­ва­нию зо­ло­та из пы­ли и га­зов, при об­жи­ге и плав­ке зо­ло­то­со­дер­жа­щих ма­те­ри­а­лов не­об­хо­ди­мо умень­шать ле­ту­честь зо­ло­та с уче­том ха­ра­к­те­ра об­ра­зу­ю­щей­ся га­зо­вой сре­ды, а та­к­же при­сут­ствия в про­плав­ля­е­мом ма­те­ри­а­ле не­же­ла­тель­ных при­мес­ных ме­тал­лов, о ко­то­рых ска­за­но вы­ше.

Д­ля пре­до­хра­не­ния ших­ты и рас­пла­ва от окис­ле­ния, от на­сы­ще­ния кис­ло­ро­дом и дру­ги­ми га­за­ми пла­виль­но­го про­стран­ства, а та­к­же обес­пе­че­ния не­по­сред­ствен­ной де­га­за­ции рас­пла­вов и их рас­кис­ле­ния при­ме­ня­ют за­щи­т­ные сре­ды и по­кро­вы. В ка­че­стве за­щи­т­ной сре­ды и по­кро­ва ис­поль­зу­ют флю­сы и рас­кис­ли­те­ли, ко­то­ры­ми при­кры­ва­ют ших­ту с про­плав­ля­е­мым ма­те­ри­а­лом.

Наз­на­че­ние флю­са — пи­ро­ме­тал­лур­ги­че­ское ра­фи­ни­ро­ва­ние рас­пла­ва от не рас­тво­ря­ю­щих­ся в нем ок­сид­ных и дру­гих вклю­че­ний с пе­ре­во­дом этих вклю­че­ний в ле­г­ко­плав­кие шла­ки.

В ка­че­стве флю­са при плав­ке спла­вов зо­ло­та и се­реб­ра ши­ро­ко при­ме­ня­ет­ся каль­ци­ни­ро­ван­ная со­да. Од­на­ко не­без­раз­ли­ч­но, в ка­ком со­сто­я­нии, при ка­ких те­м­пе­ра­ту­рах и для ка­ких спла­вов ее при­ме­нять, так как в за­ви­си­мо­сти от этих фа­к­то­ров мо­ж­но по­лу­чить пря­мо про­ти­во­по­ло­ж­ные ре­зуль­та­ты. Так, для спла­вов, со­дер­жа­щих ко­м­по­нен­ты за­гряз­не­ния и при­ме­си, бо­лее ак­тив­ные к кис­ло­ро­ду, чем на­трий, со­да бу­дет слу­жить окис­ли­те­лем этих ко­м­по­нен­тов, вы­пол­няя од­но­вре­мен­но роль де­га­за­то­ра. В спла­вах, где от­сут­ству­ют бо­лее ак­тив­ные за­гряз­не­ния и при­ме­си, со­да бу­дет ней­траль­на к ним или вы­пол­нять фун­к­цию вос­ста­но­ви­тель­но­го за­щи­т­но-­де­га­за­ци­он­но­го флю­са.

Каль­ци­ни­ро­ван­ную со­ду не­об­хо­ди­мо при­ме­нять по­с­ле пред­ва­ри­тель­но­го про­ка­ли­ва­ния при те­м­пе­ра­ту­ре до 1300 °С. В при­сут­ствии же вла­ги, осо­бен­но при на­гре­ве вы­ше 1300 °С, со­да для этих спла­вов бу­дет силь­ным окис­ли­те­лем, ко­то­рый мо­жет пе­ре­ве­сти в шлак не толь­ко за­гряз­не­ния, при­ме­си и ко­м­по­нен­ты, но и дра­го­цен­ные ме­тал­лы.

В ря­де слу­ча­ев при вы­бо­ре за­щи­т­ных сред или за­щи­т­ных по­кро­вов, флю­сов и рас­кис­ли­те­лей не­об­хо­ди­мо учи­ты­вать воз­мо­ж­ность за­гряз­не­ния ими рас­пла­вов при плав­ке, ес­ли это за­гряз­не­ние не­до­пу­сти­мо по усло­ви­ям на­з­на­че­ния спла­ва. Кро­ме это­го, не­об­хо­ди­мо учи­ты­вать ха­ра­к­тер их вза­и­мо­дей­ствия с рас­пла­ва­ми и от­дель­ны­ми ко­м­по­нен­та­ми рас­пла­ва, фу­те­ро­в­кой пе­чи (ти­г­ля), пла­виль­ны­ми при­с­по­соб­ле­ни­я­ми и т. п.

Об­щая ко­неч­ная цель при­ме­не­ния всех за­щи­т­ных сред, по­кро­вов, флю­сов и рас­кис­ли­те­лей при плав­ке ме­тал­лов — обес­пе­че­ние на­и­мень­ших по­терь ме­тал­лов в от­хо­дя­щих га­зах и по­лу­че­ние хо­ро­ше­го ка­че­ства рас­пла­ва.

Од­на­ко сле­ду­ет иметь в ви­ду, что ука­за­н­ной це­ли при при­ме­не­нии за­щи­т­ных сред или по­кро­вов, за­щи­т­ных и окис­ли­тель­но-ра­фи­ни­ро­воч­ных флю­сов и рас­кис­ли­те­лей мо­ж­но до­сти­г­нуть толь­ко при зна­нии хи­ми­че­ско­го со­ста­ва про­плав­ля­е­мо­го ма­те­ри­а­ла, пра­виль­ном вы­бо­ре флю­сов и стро­гом со­б­лю­де­нии пра­вил под­го­то­в­ки их к ра­бо­те и стро­гом вы­пол­не­нии те­м­пе­ра­тур­но­го ре­жи­ма об­жи­га или плав­ки.

Ли­те­ра­ту­ра

1. Пла­к­син И.Н. Ме­тал­лур­гия зо­ло­та, се­реб­ра и пла­ти­ны. Часть 1. Фи­зи­ко-­хи­ми­че­ские ос­но­вы. Москва, ОНТИ, 1935 г.

2. Бар­чен­ков В.В. Ос­но­в­ные тех­но­ло­ги­че­ские про­цес­сы пе­ре­ра­бо­т­ки зо­ло­то­со­дер­жа­щих руд. ИЦ Ин­тер­ме­диа, г. Санкт-Пе­тер­бург, 2013 г.

3. Бар­чен­ков В.В. Обо­га­ти­тель­ные и гид­ро­ме­тал­лур­ги­че­ские про­цес­сы из­в­ле­че­ния зо­ло­та из руд. Тран­зит-ИКС, 2022 г.

---------------------

ВНИМАНИЕ! То­ро­пи­тесь при­об­ри­сти но­вую кни­гу В.В.Бар­чен­ко­ва.

Со­дер­жа­ние кни­ги и как за­ка­зать смо­т­ри­те по ссы­л­ке: