黄金:历史、特性、开采与未来应用
概述
黄金以其独特黄色光泽,是人类最早认识的金属之一。考古证据显示新石器时代人类从河床淘金,最早有记录开采可追溯至公元前3500年,埃及人和苏美尔人用其制首饰、宗教器物、酒具。
黄金兼具美感与物理韧性,千百年来备受追捧,常引发冲突与探险——从阿兹特克和印加帝国覆灭,到重塑美国边疆的淘金热。
世界最大金储量在南非前寒武纪威特沃特斯兰德礫岩层——数英里深巨大矿床,约占全球产量三分之二。主要产金国还包括澳大利亚、前苏联、美国(亚利桑那、加州、科罗拉多、蒙大拿、内华达、南达科他、华盛顿产金)。
约65%成品金入艺术领域(主要首饰)。工业用途——电气、电子、陶瓷——约占25%。剩余金制“卡西乌斯紫”(红宝石色玻璃)用于办公楼窗户隔热,及航天、电子显微镜红外反射镜。
物理特性
金(化学符号Au)以延展性、锻造性、抗氧化著称。延展性使金可锤成比纸薄千倍箔片,用于红外反射涂层、牙科填充、镀层。锻造性使金可拉细丝,对集成电路连接、正畸器具、甚至喷气发动机部件至关重要。
金质地较软,常与银、铜、铂、镍合金。合金用克拉表示:24K纯金,18K金含18份金6份他金属。
提取与精炼
金常以游离态存在,也可从银、铜、铅、锌伴生回收。海水含微量金但浓度太低无商业价值。金赋存于两主类矿床:脉矿(石英脉)和砂矿。开采后矿石粉碎,经浮选、汞齐化、氰化、炭浆法四大主流工艺一项或多项精炼。
金一般见于脉矿或砂矿两类矿床。
开采
- 脉矿中金嵌于宿岩石英脉。钻探、爆破、铲装取矿,常深井作业。矿石运磨矿厂精炼
- 砂矿含随水搬运的金粒金砂,常混砂砾。水力采矿、挖泥船、电铲为主,均靠重力分选。因环境影响日益受限或禁用
破碎磨矿
- 矿石洗选后球磨机钢球粉碎成细粒
金矿分离
- 浮选:加起泡剂和捕收剂使金附着气泡浮选刮收
- 氰化:稀氰化物溶液溶金,加锌置换沉淀,过滤回收
- 汞齐法:矿浆流过汞板形成金汞齐,加热驱汞得金
- 炭浆法:氰化浆料中活性炭吸附金,再经热碱液解吸
- 熔炼:金与熔剂高温,熔剂结合杂质成渣上浮,净金入模凝固
浮选、氰化、炭浆法为三大精炼工艺,可单独或组合使用。
汞齐法和熔炼为另外两种精炼法。
未来展望
作为有限资源,黄金长期供应有限,但首饰和高科技产业(特别是电子)需求强劲。近年进展聚焦硫化矿提金——传统上比氧化矿更难处理。生物浸出利用细菌分解硫化矿物,已成低成本环保新法。
制造工艺