Добыча золота с помощью ртути известна издавна, по крайней мере 2000 лет до н. э. При перетирании с рудой ртуть концентрирует в себе золото и серебро. Она не растворяет металлы, а лишь смачивает и диспергирует их, переводя в состояние по внешнему виду однородной, однако многофазной амальгамы. В амальгаме можно обнаружить частицы твердых растворов и химических соединений золота и серебра с ртутью, равномерно и устойчиво распределенные в массе жидкой ртути.
Для успешной амальгамации необходима чистая поверхность золотин; однако она часто покрыта посторонними окислами и адсорбированным кислородом. Очистка трением или смыванием способствует амальгамации. При достаточно чистой поверхности скорость образования амальгамы определяется диффузией ртути в металл, она увеличивается с температурой; однако нагревание опасно из-за испарения ртути и выделения ее ядовитых паров. Лучше всего ртуть смачивает чистое золото. Сплавы его с серебром и серебро амальгамируются хуже из-за внешнего загрязнения оксидами. Истирание или излом, обнажающие свежую поверхность, способствуют образованию амальгамы. Скорость амальгамации зависит также и от чистоты ртути. Малые примеси свинца и меди понижают поверхностное натяжение и поэтому улучшают смачивание, а большие – затрудняют его. С ростом содержания золота и серебра в амальгаме увеличивается ее вязкость и снижается подвижность, а значительное загрязнение неблагородными металлами сверх суммарного содержания более 0,1 % сопровождается образованием поверхностных пленок соответствующих оксидов. Все это затрудняет амальгамацию.
Амальгамация в воде, содержащей небольшие количества ионов электролитов, протекает успешнее благодаря смещению максимума электрокапиллярной кривой и понижения с этим поверхностного натяжения ртути. Вместе с тем весьма вредны примеси часто присутствующей меди, которая восстанавливается до металла частицами железа от истирания дробящих тел в мельницах и амальгамируется. Медь загрязняет амальгаму и повышает расход ртути. Для предупреждения этого добавляют известь, переводящую Сu2+ в нерастворимый гидрооксид.
Серебро амальгамируется в составе золотин, а отдельно для него амальгамацию не применяют.
Амальгамация платины требует особых условий из-за большей прочности адсорбционных пленок кислорода. Они удаляются в растворе серной кислоты действием амальгамы цинка.
Для амальгамации золотые руды перемешивают и перетирают со ртутью или сливают пульпу руды по поверхности покрытых амальгамированной медью – амальгамационных шлюзов. Весьма важна легкость отделения амальгамы от руды. Несущая золото нагруженная ртуть должна находиться в виде капель легко сливающихся в общую массу. Между тем, иногда это не достигается из-за загрязнения поверхности посторонними веществами.
Теряя способность сливаться – амальгама пемзуется – превращается в массу мелких шариков, в чем и заключена главная причина потери ртути и благородных металлов. Помимо того, пемзование опасно уносом ртути в отвалы, где она окисляется с образованием весьма ядовитых растворимых солей, способных причинять вред растительному и животному миру.
Извлечение золота при амальгамации непосредственно из руд всегда невысокое, не более 50–70 %. Потери обусловлены многими причинами: различной крупностью золотин и недостаточным их раскрытием при измельчении, загрязнением поверхности, пемзованием и механическими потерями амальгамы.
Крупные золотины часто амальгамируются только с поверхности, но увлекаются в массу амальгамы, мелкие недостаточно или совсем не обнажаются при измельчении. Поверхность тех и других может быть покрыта от природы прочными пленками загрязнений «золото в рубашке», либо труднорастворимого HgS, возникающего от контакта с сульфидами.
Наиболее эффективна внутренняя амальгамация, совмещаемая с измельчением руды; однако она сопровождается усиленным пемзованием ртути и большим ее расходом, особенно если присутствуют сульфиды, арсениды и антимониды железа, меди и других металлов. Внешняя или наружная амальгамация, которую проводят на амальгамационных шлюзах после измельчения руды, отличается несколько более низким извлечением, но и меньшим пемзованием. Расход ртути на 1 т руды при этом не более 2–3 г, а для внутренней амальгамации он достигает 15–20 г.
Применение амальгамации, бывшей в течение многих столетий важнейшим способом извлечения золота из россыпей и руд, в наше время сильно сократилось, сначала до уровня вспомогательного передела для извлечения свободного золота, дополняющего гравитацию, а теперь она служит преимущественно для переработки бедных гравитационных концентратов – шлихов в амальгамационных бочках и амальгаматорах.
Амальгамационная бочка – чугунный литой или сварной стальной барабан, обычные размеры которого: l = 1200 мм, d = 800 мм. Он имеет фланцы для крепления торцовых крышек – и отверстия для загрузки, закрываемые крышками с винтовым зажимом. Бочка крепится на станине, она имеет привод от ременной передачи со ступенчатым шкивом. Сначала загружают концентрат, стальные шары, заливают воду и для доизмельчения концентрата вращают бочку в течение некоторого времени. Затем заливают ртуть из расчета отношения по массе к извлекаемому золоту от 8 до 15, добавляют известь и продолжают вращение, со сравнительно малой скоростью, опасаясь пемзования, в течение 3–4 ч. Затем содержимое бочки выпускают в воронку-ловушку, удерживающую амальгаму. Пульпа хвостов далее поступает на малый шлюз – подшлюзок, улавливающий пемзованную ртуть.
Для выделения благородных металлов амальгамы подвергают отжимке и отпарке: отфильтровывают под давлением излишнюю ртуть через плотный холст, а остаток ее испаряют. Слишком густые – вязкие амальгамы смешивают с излишне жидкими или разбавляют ртутью. Перед отжимкой амальгаму многократно промывают горячей водой в чугунных или фарфоровых чашах; частицы железа, попавшие в результате истирания шаров и футеровки, удаляют магнитом. Затем загружают в замшевые или холщевые мешки и помещают под пресс с ручным или механическим приводом. Ртуть, проходящая под давлением через поры замши или ткани, поступает в оборот, в мешках остается твердая амальгама (40–50% Au+Ag).
Отпарку ведут в ретортных или иных печах. Ртуть конденсируют из паров и возвращают в производство. В начале передела, во избежание бурного кипения и разбрызгивания амальгамы, температуру поддерживают в пределах 300–400 °С, а затем повышают до 750–800 °С. Длительность отпарки 3–6 ч. В результате получают твердое спеченное золото 750–900 пробы; ртути в нем не более 0,1 %.
