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黄金是化学元素周期表中的第79号元素,化学符号为Au,来源于拉丁文aurum。黄金具有优异的化学稳定性,不易被氧化和腐蚀,同时具有良好的导电性和延展性。在自然界中,黄金主要以天然金块、金矿石中的微小颗粒,以及与银、铜等金属形成的合金等形式存在。由于黄金在地壳中的含量极其稀少,平均仅为百万分之四,且分布很不均匀,因此需要采用专门的提炼和提纯技术来获得高纯度的黄金产品。
物理选矿是黄金提炼的第一步,主要包括重力选矿、浮选法和磁选法。重力选矿法利用黄金密度大的特点,通过淘金盘等设备,在水流作用下使重的金颗粒沉积在底部,而轻的杂质被水流带走。浮选法则利用矿物表面性质的差异,通过添加浮选剂使金颗粒附着在气泡上浮到表面,实现与其他矿物的分离。磁选法主要用于去除铁磁性杂质,利用磁场将磁性矿物吸引分离,而非磁性的金颗粒则不受影响。这些物理方法虽然简单有效,但只能实现初步的富集,无法达到高纯度要求。
氰化法是目前工业上最重要的黄金提取方法。其化学原理是利用氰离子与金原子结合形成稳定的络合物。反应方程式为:4Au + 8NaCN + O₂ + 2H₂O → 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH。在这个反应中,氰离子CN负离子与金原子配位结合,氧气作为氧化剂参与反应,水分子提供氢氧根离子。整个工艺流程包括:首先将含金矿石破碎研磨至合适粒度,然后在碱性条件下用氰化钠溶液浸出,使金溶解成络合离子,接着用活性炭吸附金络合离子,再通过解吸和电积工艺回收纯金,最后熔炼成金锭。氰化法的优点是回收率高,能处理低品位矿石,但需要严格的环保措施。
王水溶金法是另一种重要的黄金提取方法,特别适用于回收电子废料中的黄金。王水是由浓硝酸和浓盐酸按1比3的体积比混合而成的强酸混合物。反应方程式为:Au + HNO₃ + 4HCl → H[AuCl₄] + NO + 2H₂O。在这个反应中,硝酸作为强氧化剂,能够氧化化学性质稳定的金,而盐酸提供氯离子与金离子结合形成氯金酸络离子。王水能够溶解大多数金属,包括黄金和铂金。该方法主要应用于电子废料回收、首饰废料处理和实验室分析等领域。但是王水具有强腐蚀性,反应过程中会产生有毒的氮氧化物气体,因此必须在通风良好的环境中操作,并使用专业的防护设备和处理装置。
电解精炼是获得高纯度黄金的最终工艺。电解槽由阳极、阴极和电解液组成。阳极使用含有杂质的粗金,阴极使用纯金薄片作为种板,电解液通常是氯金酸溶液。在直流电作用下,阳极的粗金发生氧化反应:Au → Au³⁺ + 3e⁻,金原子失去电子变成金离子进入溶液。金离子在电场作用下向阴极迁移,在阴极发生还原反应:Au³⁺ + 3e⁻ → Au,析出纯金沉积在阴极表面。工艺参数需要严格控制:电流密度200-500安培每平方米,温度60-70摄氏度,电解液浓度50-80克每升,电压1.5-2.0伏特。通过电解精炼可以获得纯度达到99.99%以上的高纯度黄金,杂质如银、铜等由于电位不同而留在阳极泥中或溶液中,从而实现了黄金的高度提纯。