Металлургия благородных металлов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

№ 383 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ИНСТИТУТ СТАЛИ и СПЛАВОВ 

Технологический университет 

МИСиС 

Кафедра металлургии цветных и благородных металлов 

Ю.П. Романтеев 
t 

Металлургия 
благородных металлов 

Учебное пособие 

Допущено учебно-методическим объединением 

по образованию в области металлургии в качестве учебного 

пособия для студентов высших учебных заведений, 

обучающихся по специальности 
Металлургия цветных металлов 

Москва Издательство «УЧЕБА» 2007 

УДК 669.21/.23 
Р69 

Рецензент 
канд. техн. наук, доц. Л.М. Леонова 

Романтеев Ю.П. 
Р69 
Металлургия благородных металлов: Учеб. пособие. – М.: 
МИСиС, 2007. – 259 с. 

В учебном пособии изложены теоретические основы металлургических 
процессов производства благородных металлов, описаны современные способы переработки сырья благородных металлов и промежуточных продуктов, технологические схемы и аппаратурное оформление основных переделов, освещена практика ведения металлургических операций, рассмотрены 
вопросы комплексного использования полиметаллического сырья на металлургических предприятиях. 

Соответствует государственному образовательному стандарту дисциплины «Металлургия благородных металлов». 

Предназначено для студентов четвертого и пятого курсов, обучающихся 
по специальности 150102 «Металлургия цветных, редких и благородных металлов», и инженеров-металлургов, но может быть использовано студентами 
других факультетов. 

© Московский государственный институт 
стали и сплавов (технологический 
университет) (МИСиС), 2007 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

1. Общие сведения о свойствах, применении и производстве 
благородных металлов 
6 

2. Сырье и минералы золота, серебра и платиновых металлов 
11 

3. Принципы извлечения благородных металлов из рудного сырья 
15 

4. Основные виды процессов и операций в металлургии 
благородных металлов 
17 

5. Технологии переработки руд благородных металлов 
20 

6. Гравитационные методы извлечения золота из руд 
23 

6.1. Извлечение золота (платины) в отсадочных машинах 
24 

6.2. Извлечение золота на концентрационных столах 
26 

6.3. Извлечение золота на шлюзах 
29 

6.4. Извлечение золота в гидравлических ловушках 
32 

6.5. Извлечение золота в барабанных концентраторах 
34 

6.6. Извлечение золота в короткоконусных гидроциклонах 
35 

6.7. Дражный метод извлечения золота из россыпных 
месторождений 
37 

6.8. Заключение по гравитационному обогащению 
золотосодержащих руд 
40 

7. Амальгамация золотых руд и концентратов 
41 

7.1. Смачивание золота ртутью 
41 

7.2. Диффузия ртути в золото 
43 

7.3. Способы амальгамации 
45 

7.3.1. Внутренняя амальгамация 
45 

7.3.2. Внешняя амальгамация 
48 

7.4. Обработка амальгамы 
50 

7.5. Заключение по амальгамации золотосодержащих руд и 
концентратов 
52 

8. Выщелачивание (цианирование) золотосодержащих руд и 
концентратов 
54 

8.1. Взаимодействие реагентов с минералами золота и серебра....56 

8.1.1. Растворение самородных металлов 
56 

8.1.2. Растворение минералов, представленных окисленной 
формой металлов 
62 

8.1.3. Растворение минералов сложной структуры 
63 

8.2. Кинетика выщелачивания благородных металлов из руд и 
концентратов 
63 

3 

8.3. Потери цианида и щелочи при выщелачивании 
золотосодержащего сырья 
66 

8.3.1. Механические причины потерь цианида 
66 

8.3.2. Химические причины потерь цианида 
66 

8.4. Процессы выщелачивания золотосодержащих руд 
цианированием в промышленных условиях 
81 

8.4.1. Перколяционное выщелачивание золота 
82 

8.4.2. Агитационное выщелачивание благородных металлов....90 

8.5. Обезвоживание и промывка в гидрометаллургических 
процессах 
101 

8.5.1. Отделение растворов от хвостов декантацией 
101 

8.5.2. Отделение растворов от хвостов фильтрацией 
105 

8.6. Осаждение благородных металлов из цианистых 
растворов 
112 

8.6.1. Осаждение благородных металлов методом 
цементации 
113 

8.6.2. Сорбционно-адсорбционное выделение благородных 
металлов 
124 

8.7. Переработка цианистых осадков 
146 

8.8. Регенерация цианистых растворов 
152 

9. Аффинаж благородных металлов 
154 

9.1. Приемная плавка 
154 

9.2. Хлорный процесс 
155 

9.3. Электролитическое рафинирование 
158 

9.3.1. Электролитическое рафинирование серебра 
158 

9.3.2. Электролитическое рафинирование золота 
167 

9.3.3. Кислотные методы аффинажа 
176 

10. Переработка упорных и забалансовых руд 
178 

10.1. Кондиционирование упорных руд и концентратов перед 
цианированием 
180 

10.1.1. Окислительный обжиг сульфидных мышьяковистых 
руд и концентратов 
180 

10.1.2. Совместная плавка золотосодержащего сырья с 
медными и свинцовыми концентратами 
191 

10.1.3. Окислительно-хлорирующий обжиг 
золотосодержащих сульфидных концентратов 
192 

10.1.4. Хлоридовозгонка 
193 

10.1.5. Автоклавное выщелачивание сульфидных 
золотосодержащих концентратов 
194 

4 

10.1.6. Бактериальное выщелачивание сульфидных 
золотосодержащих концентратов 
197 

10.2. Кучное выщелачивание 
198 

10.2.1. Кучное выщелачивание золотосодержащих руд 
199 

10.2.2. Минеральное сырье для кучного выщелачивания 
золота 
200 

10.2.3. Технология кучного выщелачивания 
201 

10.2.4. Охрана окружающей среды при кучном 
выщелачивании золота 
224 

10.2.5. Экономика кучного выщелачивания золота 
226 

10.3. Бесцианидные методы выщелачивания золота и серебра 
из руд 
226 

10.3.1. Выщелачивание золота в царской водке 
227 

10.3.2. Выщелачивание золота в растворах хлора 
227 

10.3.3. Йодидное выщелачивание 
230 

10.3.4. Бромидное выщелачивание 
231 

10.3.5. Тиокарбамидное (тиомочевинное) выщелачивание 
232 

10.3.6. Тиосульфатное и сульфатное выщелачивание 
234 

10.3.7. Выщелачивание в серощелочных растворах 
237 

10.3.8. Выщелачивание в сероорганических растворителях ....239 
10.3.9. Общая оценка гидрометаллургических методов 
извлечения золота и серебра из руд 
240 

11. Обезвреживание цианистых сточных вод и отвалов 
242 

11.1. Методы обработки цианистых стоков 
золотоизвлекательных фабрик 
244 

11.2. Естественное разложение 
245 

11.3. Хлорирование 
247 

11.4. Окисление пероксидом водорода 
249 

11.5. Обработка активными углями 
250 

11.6. Обработка сульфидом железа 
250 

11.7. Озонирование 
251 

11.8. Осаждение берлинской лазури 
251 

11.9. Бактериальное окисление 
251 

11.10. Обработка сернистым газом 
252 

11.11. Подкисление 
254 

11.12. Электрохимическая обработка 
255 

11.13. Ионообменная сорбция 
256 

11.14. Очистка от мышьяка 
256 

11.15. Оборотное водоснабжение 
257 

Библиографический список 
258 

5 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВОЙСТВАХ, 

ПРИМЕНЕНИИ И ПРОИЗВОДСТВЕ 

БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ 

К благородным металлам относятся золото, серебро, платина и 
платиноиды – палладий, осмий, иридий, рутений и родий. 

Золото (Au) и серебро (Ag) известны и потребляются человеком с 
глубокой древности – 8–12 тыс. лет до н.э. (каменный век). 

Платина (Pt) исследовалась с 1782 г. Металлы платиновой группы – рутений (Ru), осмий (Os), родий (Rh), иридий (Ir), палладий 
(Pd) – открыты в XVIII–XIX вв. 

Благородные металлы по сравнению с другими металлами имеют 
более высокую химическую устойчивость в различных средах и в 
первую очередь в отношении образования кислородных соединений. 

Несмотря на малое распространение в природе (% масс.: Ag – 10–5, 
Au – 5·10–7, Pt – 5·10–8, т. е. 0,5 мг/т Pt, 5 мг/т Au и 500 мг/т Ag, Pd – 
5·10–6, Ir – 10–7, Rh – 10–7, Os – 5·10–6, Ru – 5·10–6) и сравнительно высокую стоимость, благородные металлы и их сплавы имеют широкое 
применение в современной технике и в быту. Это связано с разнообразием их физико-химических свойств, а также с некоторыми их особыми свойствами. 

Теплопроводность и электропроводность серебра выше всех металлов, за ним следуют медь, золото и др. Платина обладает низкой 
электропроводностью. 

Золото, серебро и платина – высокопластичные и ковкие металлы. 
Они хорошо прокатываются в тонкие листы, протягиваются в тонкую проволоку и штампуются. Золото и серебро сравнительно легкоплавкие. 

Осмий, иридий, рутений, родий, палладий обладают высокой механической прочностью, твердостью (твердость первых трех близка 
к закаленной стали), высокой температурой плавления (тугоплавкие) 
и кипения. 

Температуры плавления и кипения, а также плотности благородных металлов характеризуются следующими величинами (табл. 1.1): 

Таблица 1.1 

Показатель 

tпл, °С 
tкип,°С 
Плотность, т/м3 

Os 
3050 
5500 
22,61 

Ir 

2443 
5300 
22,65 

Ru 
2310 
4900 
12,45 

Rh 
1960 
4500 
12,41 

Pt 

1769 
4590 
21,45 

Pd 
1552 
3980 
12,02 

Au 

1064,4 
2880 
19,32 

Ag 

960,5 
2163 
10,49 

6 

По плотности, атомному числу, атомной массе платиновые металлы являют две триады, которые, в свою очередь, вместе с золотом и 
серебром образуют две подгруппы благородных металлов: 

– тяжелые платиновые металлы (осмий, иридий, платина) совместно с золотом; 

– легкие платиновые металлы (рутений, родий, палладий) совместно с серебром. 

Для благородных металлов характерна высокая стойкость по отношению к химическим реактивам, которая, однако, проявляется поразному. 

По мере возрастания химической устойчивости благородные металлы могут быть расположены в следующем порядке: 

– наименее устойчивые: серебро, палладий, осмий; 
– устойчивые: платина, золото; 
– весьма устойчивые: рутений, родий; 
– наиболее устойчив иридий. 
Химическая устойчивость металла определяется его сродством с 
электроном. Так, электродные потенциалы золота, платины, палладия и серебра в водных растворах составляют, В: 

Е0 = 1,68 
для 
Au+ + e 
Au; 

E0 = 1,5 
для 
Au+3 + 3e 
Au; 

E0 = 1,2 
для 
Pt+2 + 2e 
Pt; 

E0 = 0,987 
для 
Pd+2 + 2e 
Pd; 

E0 = 0,799 
для 
Ag+ + e 
Ag. 

Золото растворяется только в царской водке (смесь азотной и соляной кислот в объемном соотношении 1:3) и в растворах цианидов 
щелочных металлов. 

Серебро легко растворяется в концентрированной азотной и горячей 
серной кислотах, а также в растворах цианидов щелочных металлов. 

По отношению к щелочам золото и серебро устойчивы. Все их 
химические соединения легко восстанавливаются до металла. 

При воздействии кислот на металлы платиновой группы при 
обычных температурах никаких соединений не образуется. При повышенной температуре и в дисперсном состоянии платиновые металлы химически менее устойчивы, причем по отношению к различным реагентам ведут себя неодинаково. 

Наиболее устойчивый элемент по отношению к кислороду – платина, по отношению к сере – рутений, по отношению к хлору – ири
7 

дий, по отношению к фтору – родий. Наиболее легко окисляется кислородом воздуха даже при обычных температурах осмий, образуя 
летучее соединение OsO4. 

Характерной особенностью всех благородных металлов при растворении является их склонность к образованию комплексных соединений. 

Золото и серебро с кислородом образуют характерный для элементов их группы оксид, соответствующий формуле R2O. 

Соли оксида серебра: 
– хлорид серебра нерастворим в воде (этим пользуются при очистке растворов сульфата цинка от хлора); 

– легко образуют соединения с аммиаком и растворяются в нем; 
– растворяются: 
а) в крепкой соляной кислоте; 
б) гипосульфите, тиомочевине (ThiО); 
в) растворах цианидов щелочных металлов. 
Высшие галоидные соединения легко теряют часть галоидной составляющей и переходят в низшую форму: 

AuX3 
AuX + X2, 
PtX4 
PtX2 + X2, 

где Х – галоид, 
причем платина в своих галоидных соединениях отщепляет галоидную составляющую ступенчато: 

PtX4 
PtX3 
PtX2 
PtX 
Pt. 

Золото, как и тяжелая триада платиновой группы – осмий Os, 
иридий Ir, платина Pt, – образует амфотерные оксиды – кислотные 
основания соответствующих кислот, при взаимодействии которых со 
щелочью получаются соли, например, аурат натрия – Na[Au(OH)4], 
NaAuO2; осмиат натрия – Na2(OsO4) и др. 

Все благородные металлы по многим свойствам своих соединений 
весьма сходны между собой. Например, все они образуют комплексные соединения: 

AuCl3 + HCl = H[AuCl4], 
AuCl3 + KCl = K[AuCl4], 

4Au + 8KCN + O2 + 2H2O = 4K[Au(CN)2] + 4KOH 

(аналогично растворяется в цианидах металлическое серебро). 

8 

PtCl2 + 2HCl = H2[PtCl4], 
PtCl2 + 2KCl = K2[PtCl4], 

PtCl2 + 4KCN = K2[Pt(CN)4] + 2KCl 

(металлическая платина в цианидах растворяется с трудом). 

Все благородные металлы образуют амальгамы – системы, одним 
из компонентов которых является ртуть. Условием образования 
амальгам является свободная от оксидных пленок поверхность металла. Наличие оксидных пленок на поверхности неблагородных металлов объясняет невозможность образования ртутью с ними амальгам. 

Особенности образования амальгам благородных металлов: 
– ртуть образует в этих металлах твердые растворы, причем граница растворимости в платине выше, чем в золоте, и ниже, чем в серебре; 

– растворимость этих металлов в ртути весьма мала, при этом растворимость платины ниже, чем серебра и золота; 

– во всех системах компоненты образуют интерметаллические соединения, часть которых образует со своими компонентами фазы; 

– во всех указанных системах соединения компонентов разлагаются ниже температуры плавления этих соединений; 

– все соединения в этих трех системах (золото-ртуть, сереброртуть, платина-ртуть) имеют весьма малый термический эффект. 

Таким образом, в указанных системах образуются растворы (твердые 
и жидкие – жидкая ртуть) и интерметаллические соединения. 

Широкое применение в современной технике и в быту благородных металлов и их сплавов связано в первую очередь с химической и 
коррозионной стойкостью, высокими электропроводностью и теплопроводностью, способностью к катализу, специфическими магнитными свойствами, высокой отражательной способностью, термоэлектрическими свойствами и др. 

Из благородных металлов и сплавов изготавливают припои, электроконтакты, термосопротивления, термопары, фильеры для искусственного волокна, постоянные магниты, нагреватели лабораторных 
печей, химическую посуду, антикоррозионные покрытия на других 
металлах, медицинский инструмент, катализаторы, зубные протезы, 
ювелирные, наградные и другие изделия промышленного и бытового 
назначения. 

Золото, сохраняя с давних времен роль денежного эквивалента, в 
чистом виде применяется в относительно небольших количествах в 
медицине, для золочения и изготовления разрывных контактов. Ос
9 

новную часть золота используют в виде сплавов. Наиболее широкое 
распространение имеют золотые сплавы в ювелирной технике. К 
ювелирным сплавам золота относятся его сплавы с медью и серебром, а также с добавками платины, палладия, цинка, олова и других 
металлов. В зубопротезной практике применяют сплавы золота с медью, серебром, платиной, кадмием и цинком. 

Состав сплавов золота (серебра, платины) с другими металлами 
часто характеризуется пробой, которая выражается числом частей 
благородного металла в 1000 частях (по массе) сплава. Так, для ювелирных золотых сплавов характерны пробы 375 (37,5 %), 500, 585, 
750 и 916. В рудах и концентратах концентрация благородных металлов выражается в граммах на тонну сырья. 

Золотые сплавы находят применение и в ряде современных областей техники – космической, ядерной, ракетной и реактивной. 

Мировое производство в 2001–2002 гг. составляло (без СНГ), 
т/год: Au – 2530…2570, Ag – 17610…18320, Pt – 154…162, Pd – 
174…177. 

В СССР золота производилось около 240 т/год, серебра 2500. 
Россия производит (по состоянию на 2001–2002 гг.), т/год: Au – 
150…170 (в том числе вторичного около 20), Ag – 2600 (в том числе 
вторичного 1300), Pt – 29…30, Pd – 90…94. 

10 

2. СЫРЬЕ И МИНЕРАЛЫ ЗОЛОТА, СЕРЕБРА 
И ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ 

Источниками получения металлического золота являются: 
1) собственно золотосодержащие руды; 
2) полиметаллические золотосвинцово-цинковые и платиномедноникелевые сульфидные руды; 

3) вторичное сырье – промышленный и бытовой золотосодержащий лом и отходы. 

Золотосодержащие месторождения разделяются на два вида: 
- россыпные, в которых золото присутствует в свободном виде 
среди обломочных рыхлых отложений (песков); 

- коренные, которые содержат золото в свободном или связанном 
состоянии в твердых кристаллических породах. 

В полиметаллических рудах носителями золота служат многие 
сульфидные минералы, особенно такие, как пирит, халькопирит и 
галенит. 

Золотосодержащие руды – это вкрапленные породы, содержащие вкрапления металлического золота, его селенидов и теллуридов в различных горных породах, чаще всего в кварце или сульфидах. 

Золотые руды коренного типа залегают в массивах горных пород 
первичного происхождения преимущественно в виде жил. В результате вторичных геологических превращений (выветривание) рудные 
массивы превращаются в россыпи, в которых золотины в значительной степени отделены от сопутствующих минералов. 

Содержание золота в рудах колеблется в широких пределах, оставаясь при этом сравнительно низким. По этой причине содержание благородных металлов в рудах обычно выражают в граммах 
металла на тонну рудной массы. Современный рентабельный минимум содержания золота в россыпных рудах, разрабатываемых 
открытым способом, составляет 0,1…0,15 г/т, что связано с простотой и дешевизной разработки россыпей. Для коренных месторождений в зависимости от состава руды и характера ее залегания 
рентабельный минимум находится в пределах 3…5 г/т. Обычно 
золотосодержащие руды содержат 5…15 г/т золота, редко в богатых месторождениях его содержание доходит до сотен граммов на 
тонну. 

11 

По содержанию полезных компонентов золотосодержащие руды 
подразделяются следующим образом: 

– золотые; 
– золотопиритные; 
– золотомышьяковые; 
– золотосеребряные; 
– золотомедные; 
– золотосурьмяные; 
– золотоурановые; 
– золотополиметаллические, содержащие, кроме золота, еще два и 
более промышленных компонентов (медь, свинец, цинк, серебро, 
пирит, барит и др.); 

– золотокварцевые, если в руде содержится не менее 60 % кварца 
и не более 12 % глинозема. В такой руде промышленную ценность 
представляют оба компонента – золото и кварц – и она может быть 
использована в качестве флюса на пирометаллургических заводах. 

По степени окисления руды бывают: 
– первичные (сульфидные), имеющие наибольшее промышленное значение и содержащие до 80–90 % сульфидов металлов; 

– окисленные. В них содержатся в основном оксиды железа, а 
также оксиды других металлов. К ним относятся также шламистые и 
глинистые руды; 

– частично окисленные (смешанные), содержащие наряду с сульфидными окисленные минералы железа и других металлов. 

По крупности частиц золото можно разделить на следующие 
технологические виды: 

а) очень крупное – размер золотин 1…5 мм; золотины крупнее 
5 мм называют самородками. Извлекается методами гравитационного обогащения; 

б) крупное – частицы крупнее 0,1 мм (≥ 100 мкм), до 1 мм, сравнительно легко освобождающиеся при измельчении от связи с рудными минералами (свободное золото) и извлекаемые методом гравитационного обогащения; 

в) мелкое – размер вкраплений от 0,1 до 0,001 мм (от 100 до 
1 мкм) – при измельчении частично освобождается, частично остается в сростках с минералами; свободное золото хорошо флотируется и 
быстро растворяется при цианировании, но трудно извлекается гравитационным обогащением; мелкое золото в сростках хорошо извлекается цианированием, а при флотации извлекается вместе с вмещающими минералами; 

12 

г) тонкодисперсное – размер частиц меньше 0,001 мм (<1 мкм) – 
при измельчении вскрывается незначительно. В процессе гравитационного и флотационного обогащения такое золото извлекается вместе с минералом-носителем (вмещающим). Цианированием тонкодисперсное золото извлекается лишь после разложения сульфидов 
(обжиг, автоклавное окисление). Золото из плотных несульфидных 
минералов можно извлечь только плавкой. Если тонкодисперсное 
золото заключено в пористых несульфидных минералах (гидроксиде 
железа, карбонатах), то оно выщелачивается цианированием даже из 
грубо измельченного материала; 

д) субмикроскопическое – размер частиц меньше 0,1 мкм – ведет 
себя аналогично тонкодисперсному золоту. 

Минералы благородных металлов 

Основная масса золота в природе находится в виде самородков 
(золотин), различных по размерам, форме и составу. Самый крупный 
самородок был найден в Чили и имел массу 154 кг. Чаще всего крупность золотин не превышает 100 мкм. 

Самородное золото состоит из сплава и соединений его с серебром (10–20 %), медью, железом, теллуром, селеном, а иногда с висмутом, платиной, иридием и родием. Содержание золота в природных золотинах обычно составляет 750–800 проб. 

Форма золотин разнообразна: они могут быть пластинчатыми, округлыми или палочковидными. 

Только два вида минералов золота представляют химические соединения – теллуриды и селениды золота. Наиболее распространен 
калаверит AuTe2. 

Подобно золоту, серебро встречается в самородном виде (содержит 10–20 % золота) и чаще в виде минералов серебра, представляющих собой химические соединения. 

Серебро в основном находится в сернистых соединениях в виде 
сульфосолей или высокодисперсных включений сернистого серебра 
в кристаллы свинцового блеска. 

В отличие от золота поверхность самородного серебра подвергается 
довольно значительным видоизменениям. Под влиянием света и окислителей оно нередко покрывается тонкой черной пленкой, состоящей из 
оксида и гидрата оксида серебра или из дисперсного металлического серебра, образующегося при распаде химических соединений. Эта пленка 
весьма тонкая и придает серебру желтоватый, золотистый оттенок. 

13