高纯金属-高纯金.ppt

高纯金属-高纯金,主讲教师豫光金铅王光忠2007.11,主要内容,金的冶炼方法,金的精炼与提纯,金的资源,金的性质,目录,第一章金的性质与用途,,1.1金的物理性质,1.2金的化学性质,高纯金,1.金的性质与用途,1.1金的物理性质1）高密度、高熔点金属纯净的金为黄色，俗称黄金。金具有较大的密度，20℃时为19.32高熔点、高沸点金属。熔点1063℃，沸点2808℃。,2）可锻性、可延展性,金可压成0.0001mm厚度的金箔，金可拉成直径为0.001mm的细丝。杂质金属（如铅、锑、铋）的存在会极大地影响金的可锻性、可延性，特别是铅、铋的含量影响尤其大，例如铅、铋的含量超过0.01,则会发脆难以拉成细丝和锻成金箔，甚至于无法打成首饰。,3）易形成合金,金容易与许多金属形成合金，在冶金工业中利用这些性质可以实现金的提取。例如金易与铅形成合金，则可用铅来捕集金，再在阳极泥中提取。铜也能与金银形成合金。汞也容易与金形成合金，这一性质也形成提金的一种方法，混汞法属于比较落后的方法，属于应淘汰之列，发达国家一般已不使用。,4导电、导热性能良好,众所周知，银的导电性所有金属中是最好的，金的导电性能也仅次于银、铜而在所有金属中名列第三位。,5蒸汽压小,,1.2金的化学性质,1金是最稳定的金属金最重要的特征是化学活性低，很不容易与试剂反应。如在冶金工业中经常使用的三酸两碱（盐酸、硝酸、硫酸，氢氧化钠、氢氧化钾）都有不能单独与金反应。金也不与氧气、氮气、氢气、硫磺、碳起反应。因此，黄金制品可以长时间保存。,2金易与卤素反应,与卤素（X2）接触，则可以发生反应。例如金在室温下可与溴反应，在加热的条件下可和氟、氯、碘反应。,3金与溶剂反应,大部分溶剂不能将金金属溶解，但在一定条件下溶剂也可和金起反应。能溶解金的溶剂的特点是在溶剂中既要存在氧化剂，又要存在络合剂。,4金在水溶液中的电极电位,AueAuE01.69VAu33eAuE01.58V即金在水溶液中难以溶解,在有络合剂存在的条件下，金的电极电位下降，则金会发生溶解。,AuCl4-3eAu4Cl-E01.0V因此，在金的湿法冶金中，能作为溶剂的，既有氧化剂，又有络合剂,湿法冶金中金的一些溶剂,溶剂络合剂氧化剂氰化物CN-O2氯化液Cl-Cl2,ClO-,KClO3王水Cl-HNO3硫脲液硫脲Fe3硫代硫酸盐S2O32-O2,第二章金的资源,2.1矿石和矿床类型,2.2贵金属主要矿物,2.3金的供给与需求,2.4金资源及生产概况,2.5金的主要用途,2.6金的重量计量,第2章金的资源,金在地壳中的分布很广，但含量甚少，绝大部分的金在海水中，但其浓度太低10-310mg/m3，目前从海水中提金暂无利可图。金在地壳中的含量为0.004g/t,,2.1矿石和矿床类型,1.金矿石和矿床类型工业上金的矿床分为脉金（又称矿金、岩金或原生金）矿床和砂金（次生）矿床。工业上最重要的金矿床多数是属于热液型的。,含金石英脉风化时砂矿的形成示意图,砂金矿床一般离地面较近（地表或地下200300m深），较原生矿易于开采,对于脉金，在现代技术条件下，工业意义上的最低含金量通常为14g/t。在脉金矿床中，世界上最大的南非威特沃特斯兰德Witwatersrand金矿床，已经开采了一百多年，提供了世界金产量的大部分。该矿的特点是含金并不太高（早期可达13g/t，目前只有45g/t），且很深，它的矿井是世界上最深的（平均3800m，个别达4300m）。,2.2贵金属主要矿物,1金矿物自然界中已发现的金矿物有98种，但常见的只有40余种，而在工业上有价值的仅十余种。其中自然金、银金矿和金银矿最具有工业意义，大部分金是由这类矿物生产的；其次是金的碲化物,金的主要矿物,2.3金的供给与需求,至2004年止，人类累计生产的黄金已经超过150kt,且20世纪的黄金产量占总产量的75％以上。黄金的消费主要集中在金融储备、首饰业、电子工业、制作金币、牙科合金、纪念币等领域。,世界黄金产量（1840年2000年）,百万盎司,世界黄金主要消费国家与地区金的需求，t,近年来全世界黄金的供应与需求，t,近年来全世界黄金的供应与需求，t,19952004年金的价格变化图,,2.4金资源及生产概况,（1）金的储量和储量基础据美国地质调查局统计，2004年全世界黄金储量为42000t，储量基础（确定的储量推定的储量）90000t,2004年世界黄金的储量和储量基础,我国的金矿资源,分布在山东、河南、陕西、吉林、河北、辽宁、四川、广东、湖南等省。其中山东的招远、尹格庄、三山岛、焦家、新城、玲珑；河南、陕西间的小秦岭，江西金山，河南银洞坡，四川的东北寨，贵州烂泥沟，云南镇沅，甘肃格尔柯，新疆阿希金矿，黑龙江的乌拉嘎和吉林的浑春、夹皮沟，河北张家口，广东河台和台湾北港等都是有名的特大型或大型金矿床产地。,世界上最著名的金矿资源集中在威特沃特斯兰德（Witwatersrand,威特沃特斯兰德金矿田为世界上独一无二的超大型金矿田，它发现于1883年，至今已开采一百多年，已产出了近50000多吨黄金，并且仍然是世界上最大的金矿产资源。该矿田金储量约占南非金储量的98、世界储量的14，储量基础约占世界总基础储量的40％。矿田内分布着35座主要金矿山，其中年产金l0t以上的就有24座。,（2）金的生产,2004年全球年产黄金约2470t，最大的黄金生产国仍然是南非，年产黄金344t；其次是美国，年产黄金247t。,19962004年世界主要黄金生产国矿产金的产量，t,1949年以来我国的黄金产量,,2.5金的主要用途,黄金是人类较早发现和利用的金属，由于它稀少、特殊和珍贵，自古以来被视为五金之首，有“金属之王”的称号，享有其它金属无法比拟的盛誉，其显赫的地位几乎永恒。正因为黄金具有这一“贵族”地位，一段时间曾是财富和高贵的象征，用它作金融储备、货币、首饰等。在人类已产出的150kt黄金中，大约有32kt用作各国的金融储备，96kt以金币、金条和首饰形式为私人所拥有。,黄金的主要需求和用途有三大类,①用作金融储备②用作珠宝、首饰、纪念币和奖章，③在工业与科学技术上的应用。,金在工业上的应用,1）电子工业2）仪器仪表3）宇航工业4）润滑材料5）原子能工业6）化学工业7）光学8）医学,2.6金的重量计量,贵金属，尤其是金、银的重量计量方式有多种，除了国际上通用的SI制中吨、公斤、克外，由于历史的原因，各国、地区形成的在本区域内的一些计量单位,贵金属的一些计量单位,第3章黄金冶炼方法,3.1物理方法,3.2化学方法,第3章黄金冶炼方法,化学方法,3.1物理方法,3.1.1混汞法混汞法是回收粗粒单体金的有效方法。该方法是将含黄金的矿石与汞碾磨,使Ａｕ溶于汞中成金汞齐,再将汞蒸发便得到粗金。混汞法提金收率在50～60之间。该法对高品位黄金矿处理比较适合,不适于碲金矿、砷锑金矿。,3.1.2浮选法浮选法是一种重要而有效的富集金属矿的方法。该法很适宜回收0.84ｍｍ的金粒。冶炼低品位金矿和金矿尾矿常用此法,该法对含金、铜、铅、锌的硫化矿也适用。浮选法关键在于捕收剂的选择。,3.1.3重选法重选法是利用黄金与脉石的密度差异进行重力分选的方法,是人们从金矿中回收黄金的最古老的方法。重选法在脉金矿的选矿或提取工艺中,主要用于磨矿回路回收粗粒单体金。对砂矿的提金该法占主导,砂矿经粗选后须再采用重选、磁选、电选或由这些方法组成的联合流程精选,最后采用火法冶炼获得成色为85～92的成品金。,各物理法的优缺点比较,3.2化学方法,3.2.1氰化法据不完全统计,当前我国采用氰化法生产黄金的产量占全国黄金总产量的60以上。氰化法的原理是将磨细的矿石用ＮａＣＮ溶液浸泡,并通入空气,加入生石灰或ＮａＯＨ调节ＰＨ值在11～13之间使单质金溶解于溶液中,溶液分离后,对液相采用锌置换法或炭浸法、炭降法、堆浸法、离子交换树脂吸附法、一步电积法等法从氰化金中回收金。,具体反应方程式如下,氰化法提金的产率高达90以上。该法适合混汞后的尾矿和含金品位在5ｇ/ｔ～20ｇ/ｔ的矿石的处理。也能应用于硫化矿石等耗氧性难处理矿石。但对含砷、含碲金矿难以氰化,对炭质金矿和含铜量高的金矿回收率也低。,,硫脲法是一种无氰提金且有推广前景的方法。原理是金溶解在酸性硫脲溶液中形成配合物,反应式为,3.2.2硫脲法,用多硫化物浸取含金硫化精矿,金的浸出率为93。多硫化物法在工业应用方面尚未取得突破,仍处于开发阶段。最近,有人提出一种新型无氰提金技术即石硫合剂法,从高铅金精矿中浸出金,采用二段浸出工艺,金的浸出率可99。,3.2.3多硫化物法,硫代硫酸盐可用作浸金溶剂来直接浸金,反应式为,3.2.4硫代硫酸盐法,在无氰提金研究中,由于硫代硫酸盐法是在碱性介质中浸出金,因而它优越于氯化法和硫脲法,该法在美国曾用于处理含金硫化铜精矿,金的浸出率达90。目前该法在国内尚处于研究阶段,需要进一步完善和推广应用。,对于硫代硫酸盐浸出金的贵液，通常采用活性炭吸附或铝粉置换来回收贵金属。,3.2.5氯化法氯化法是无氰提金方法之一,也是最早的化学提金方法之一,操作方法为向磨细的矿石中通入Cl2,产生一种溶于水的金的氯化物,然后溶解的金再用FeSO4、H2S或生物炭沉淀。该法目前尚处于工程化研究阶段。为了该工艺能早日用于生产,必须大力开发廉价和能再生的氯化剂,降低其消耗,解决好设备腐蚀等问题。,3.2.6溴化法与氯相似,溴是一种较强的浸金剂,其反应式为式中ＤＭＨ表示脱溴二甲基乙丙酰脲,溴化法也是一种无氰提金法。溴化法和氰化法二者费用差不多,但溴化法具有溶解速度快和回收费用低的优点,预计其经济指标比氰化法优越。该法的研究较为活跃,其工业应用还得进一步研究。,碘法具有提金的潜力,碘无毒,与金形成稳定的配合物。可以在低浓度下从矿石中浸金,它能透过岩石,尤其是覆盖层。碘很难被脉石吸附,其反应式为,3.2.7碘法,用碘与碘盐反应生成三碘配合物来氧化矿石中的金,而碘盐由含有食盐的饱和碘溶液与贱金属硫化物反应生成。浸出的金用活性炭回收,碘盐用隔膜电解方法再生。碘法的应用有待于开发。,热酸盐提金法是根据含金物料组成的物理化学性质差异判断不同物料的化学反应,提出不同的预处理方案。其工艺要点是按照经处理后物料的不同性质,在特定的温度、压力和浓度条件下采用普通的化学试剂ＨＣｌ、ＨＮＯ3、ＮａＯＨ等,直接从相应物料中提取高纯度黄金,其成色达99.9以上。,3.2.8热酸盐提金法,硫酸浸煮法,此法是利用浓硫酸在高温下进行浸煮，使合金中的银及铜等贱金属形成硫酸盐而被溶解，而金不溶仍留在渣中，以达到金与银和其它贱金属分离的目的。,硝酸浸煮法,硝酸浸出银的速度快，溶液含银饱和浓度高，一般可在自热条件下进行不需要加热或在后期加热以加速溶解，故被广泛采用，通常采用12的稀硝酸溶解银。,王水浸金法,王水浸金法，一般用来精炼含银PbCuAgBiAu。通过控制一定的条件，可以选择性地使杂质和银氯化而金不被氯化。,各种金属氯化物的熔点和沸点,从表中可以看出，AuCl3的熔点、沸点都很低，但在有其它金属杂质存在时，金不易氯化，所以氯化过程很容易防止AuCl3形成。银虽较铋易于氯化，但AgCl的沸点很高，可以控制温度，不让它气化。其它金属易于氯化，生成的氯化物不仅熔点低，沸点也很低，均可用控制温度的方法使它们氯化物气化除去。,①粗金熔化②氯化③从氯化的金熔体表面上分离氯化物④金再熔化⑤从氯化精炼渣中回收金⑥从氯化渣中提取银,氯化精炼有下面几个主要过程,4.2金的电解精炼,金电解精炼的原料为粗金、银电解的二次黑金粉等，将其铸成含金90以上的阳极板，进行电解精炼可产出国标1号或2号金。,金锭产品标准,金电解精炼的电解液，可用金的氯配合物水溶液，也可以用氰配合物水溶液，但前者安全，为各厂广泛使用。金电解精炼，以粗金作阳极，纯金片作阴极，金所氯配合物水溶液和盐酸的混合液作电解液。电解过程可以用下列电化学体系来表示Au纯∣HCl，HAuCl4，H2O∣Au粗阳极反应Au4Cl--3eAuCl4-阴极反应AuCl4-3eAu4Cl-,金的电解精炼,4.3金的萃取精炼,金萃取精炼的料液目前主要是氯化物溶液，能从氯化物溶液中有效萃取金的萃取剂较多，所用的萃取剂有磷酸三丁酯、二丁基卡必醇、甲基异丁基酮、醇类、亚砜、醚类等。其着重点也有分离和精炼之分，对于从含大量其它金属离子贱金属和其它贵金属中分离金，在工业上已获得应用的有二丁基卡必醇、甲基异丁基酮、仲辛醇等。,4.4化学法提取高纯金的工艺,在蒸发剂P和除杂剂S的协助下使用王水提取高纯金99.995的生产工艺，以含金5099.9、含Ag30的合质金其它金属含量对该工艺无影响为主要提纯对象，提纯后的金按我国国家标准可达到1标准要求，使用ICP-AES分析杂质含量，采用减量法计算的金含量可达99.999。,,工艺原理,将合质金泼珠成直径6mm的金珠，溶于王水发生溶解反应，一部分杂质以氯化物沉淀形态分离，另一部分则以氯络合的形态存在于金液中。通过加入蒸发剂P来驱赶金液中的过剩氮氧化物，预防还原后金的返溶现象，再加入除杂剂S将以络合离子存在的杂质转化为沉淀形式，从而实现金离子与杂质离子的分离，金液经沉淀、过滤后，再用抗坏血酸或Na2SO3还原。还原后的海绵金以适当的化学试剂洗涤，以除去被还原的杂质单质，海绵金再经纯水洗涤、过滤、烘干即可熔炼。,涉及的主要化学反应如下,杂质王水杂质氯化物沉淀↓杂质氯络合离子杂质氯络合离子除杂剂S沉淀↓蒸发剂PHNO3NXOY↑单质杂质HNO3可溶性硝酸盐,工艺流程图,谢谢大家,再见,