Другим методом переработки сульфидной руды является хлорирующий обжиг

600°C

Ag₂S + 2NaCl + 2O₂ ¾¾® 2AgCl + Na₂SO₄.

с последующим выщелачиванием хлорида серебра раствором тиосульфата натрия и восстановлением образующегося комлпекса Na₂[Ag(S₂O₃)₂] цинковой пылью.

Самородное золото отделяют от крупных кусков пустой породы с помощью промывки водой, поскольку его плотность (19.3 г/см³) намного выше плотности кварцевого песка (2.5 г/см³). Чистый металл получают при помощи цианидного метода или амальгамированием. При цианировании мелкораздробленную породу обрабатывают разбавленным раствором цианида натрия при рН 10 – 11 при пепрерывном пропускании воздуха

4Au + 8NaCN + O₂ + 2H₂O = 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH,

а из цианидного раствора золото выделяют с помощью цинковой пыли

2Na[Au(CN)₂] + Zn = Na₂[Zn(CN)₄] + 2Au.

Процесс занимает около 30 часов, общий выход золота составляет 90 – 95 %.

При выделении золота амальгамированием мелкораздробленную с помощью потока воды породу пропускают над амальгамированными медными пластинами. Золото растворяется в ртути, которую затем удаляют дистилляцией. Полученное тем или иным способом золото отделяют от примесей («аффинаж») электролитически, что обеспечивает чистоту 99.99%.

Золото – основа денежной системы, и огромные его количества хранятся в банках для обеспечения денег, имеющихся в обращении. В ювелирной промышленности обычно используют сплавы золота с другими металлами, чтобы улучшить механические свойства изделий – сделать их механически прочными. Массовое содержание благородных металлов в сплавах характеризуется «пробой», цифровое значение которой соответствует содержанию драгоценного металла в 1000 г сплава. Ювелирные украшения часто имеют пробу по золоту 583, а по серебру – 875. Международный стандарт * для производства золотых и серебряных монет – 900-ая проба.

Большие количества золота используются в электронике для изготовления коррозионно-стойких контактов, в космической промышленности для создания тепловых отражателей и специальных паяльных сплавов. Тонкий (20 нм) слой золота на внутренней поверхности оконных и витражных стекол существенно уменьшает нежелательные тепловые потери зимой, а летом предохраняет внутренние помещения зданий, транспортных средств от нагревания инфракрасными лучами.

Серебрение и золочение металлических изделий в настоящее время проводят методом гальванопластики, помещая изделие в качестве катода в электролитическую ванну, содержащую комплексный цианид благородного металла (готовят кипячением хлорида золота(III) или нитрата серебра с раствором желтой кровяной соли и содой). Для химического серебрения обычно готовят отдельно раствор комплексной соли серебра (аммиаката, цианида, гексацианоферрата) и восстановителя (глюкозы, сегнетовой соли, пирогаллола, формальдегида, гидразина), которые смешивают непосредственно перед началом процесса (М.Е. Никитин, Е.П. Мельников, Химия в реставрации, Л., Химия, 1990). Ранее для золочения металлических предметов и куполов церквей применяли амальгаму золота, составляемую из одной части золота и двух-трех частей ртути. Ее наносили на поверхность тонким ровным слоем, а затем предмет нагревали для удаления большей части ртути, небольшое количество которой оставалось в позолоте в виде твердого раствора.

Для золочения гипсовых и деревянных поверхностей применяют листовое сусальное золото – тонкие листочки сплава, содержащего 96% золота и по 2% меди и серебра. Сусальное золото наносят на поверхность, покрытую клеем. Медное зеркало легко получить восстанавливая ацетат меди(II) гидразином на водяной бане при 90°C.

ДОПОЛНЕНИЕ. Бронзы

Бронза – сплав меди с каким-либо другим металлом за исключением цинка и никеля. Наиболее известны и распространены оловянные бронзы, содержащие около 10% олова. Сплав, содержащий 10 – 15% олова имеет золотисто-коричневый («бронзовый») цвет. При содержании олова 16 – 25% сплав становится бледно-желтым, при 26 – 33% олова – светло-серым. При еще большем содержании олова получают так называемую белую бронзу, по цвету напоминающую серебро.

Бронза была известна людям еще задолго до того, как человечество научилось добывать олово в чистом виде, ее получали, видимо, уже за 2500–2000 лет до н.э. Олово в рудах часто встречается вместе с медью, поэтому при плавке меди образовывалась не чистая медь, а бронза. Ранние медные плотничные инструменты Ирландии содержат до 1% Sn. В египетской медной утвари времен XII-й династии (2000 до н.э.) содержание олова достигает 2%. При использовании смеси медных и оловянных руд, получался сплав, содержащий до 22% Sn.

По сравнению с медью бронза обладает меньшей температурой плавления: чистая медь плавится при 1083°C, сплав, содержащий 8% олова – при 980°C, а 22% олова – при 800°C. По сравнению чистыми металлами бронза характеризуется большей твердостью, что позволяло из нее делать не только хозяйственную утварь, но и оружие. Максимальной твердости сплав достигает при содержании 27% олова, однако при этом он приобретает хрупкость. Наибольшее распространение получил сплав, содержащий 4 – 6% олова. Такая бронза является пластичной и может коваться. Поэтому она употреблялась для изготовления оружия и различных предметов вплоть до XVIII столетия, когда она была вытеснена чугуном. Но и сейчас благодаря изысканному цвету и способности быстро покрываться высоко ценимой патиной, она является важнейшим материалом для отливки колоколов, скульптуры и медалей. Царь-пушка" Московского Кремля - удивительное творение русского литейщика Андрея Чохова, двухсоттонный "Царь-колокол", отлитый русскими мастерами И. Ф. и М. И. Маториными, "Медный всадник" Э. М. Фальконе, бронзовые кони на Аничковом мосту работы П. К. Клодта и многие другие замечательные памятники изготовлены из бронзы. Современная бронза, используемая для художественного литья, содержит 82 – 89% меди, 5 – 7% олова, 5 – 7% цинка, 1 – 4 % свинца, а также примеси сурьмы, железа, алюминия. В «пушечной бронзе» около 85% меди, 5% цинка, 5% олова и 5% свинца. Колокольный металл содержит 78 – 80% меди и 20 – 22% олова. Корабельные винты делают из марганцовой бронзы, содержащей до 30% марганца. Кремнистая бронза (содержит 3 – 5% кремния) устойчива к разрыву и используется для изготовления воздушных проводов. Многие свойства различных бронз обусловлены содержащимися в них интерметаллидами, например, Cu₃₁Sn₈.

Помимо оловянистых бронз, в которых основным легирующим элементом служит олово, выпускают прочные сплавы меди с алюминием, бериллием, германием, кадмием, свинцом и некоторыми другими металлами, также называемые бронзами (безоловянистые, специальные бронзы).

По структуре бронзы бывают однородными (однофазными) и неоднородными, то есть имеющими сложный фазовый состав. К бронзам с однородной структурой принадлежат сплавы систем Cu-Sn, Cu-Al, Cu-Be и др. с небольшими количествами легирующих добавок: не более 4-5 % Sn, 5-7 % Al, 0,2 % Be. Они представляют собой твердый раствор легирующего элемента в меди (α-фаза), сохраняющий исходную кристаллическую структуру меди. Это обеспечивает хорошую пластичность материалов даже при холодной обработке давлением.

Если количества вводимых добавок превышают пределы их растворимости в твердой меди, происходит выделение кристаллов вторичных фаз. Эти фазы представляют собой твердые растворы на основе химических интерметаллических соединений электронного типа (см. главу 1, Фазы Юм-Розери). Так, в оловянистых бронзах выделяющаяся δ-фаза соответствует соединению Cu₃₁Sn₈ , в алюминиевых бронзах β-фаза отвечает соединению AlCu₃. Обычно появление кристаллов вторичных фаз приводит к значительному повышению твердости и прочности бронз, но при этом теряется их пластичность. Поэтому многофазные сплавы поддаются обработке прессованием, прокаткой, ковкой только в горячем состоянии.

Бронзы классифицируют на деформируемые, которые возможно обрабатывать давлением в нагретом и холодном видах, и литейные, из которых изготавливают литые изделия. Деформируемые бронзы, оловянистые и специальные, обладают высокой прочностью и пластичностью, коррозионной стабильностью на воздухе, в речной и морской воде, растворах неокисляющих солей и кислот. Добавки фосфора, цинка и свинца повышают пластичность, упругость и антифрикционные свойства оловянистых бронз. Из таких материалов изготавливают ленты и полосы для пружин и деталей машин, шестеренок зубчатых колес, втулок и прокладок для автомашин и тракторов. Из бронзы, содержащей 3,5-4 % Sn и 0,2-0,3 % P, делают трубы для химических и теплотехнических аппаратов и приборов. Бронзы с содержанием марганца около 5 % отличаются высокой жаростойкостью, бронзы с содержанием Cr 0,4-1 % обладают электро- и теплопроводностью, близкой к чистой меди, но сильно превосходят ее по прочности при повышенных температурах.

Бериллий добавляют в бронзу в количестве до 2%. Растворимость бериллия в меди при 860°C составляет 2,8%, а с понижением температуры до комнатной снижается до 0,2%. Это позволяет производить термообработку бериллиевой бронзы. Сплав, закаленный при 800°C, выдерживают при 300°C, что приводит у увеличению упругости и прчности. Бериллинвые бронзы идут на изготовление пружин а часовых механизмах, приборах, мембран.

Литейные бронзы, оловянистые и специальные, имеют небольшую объемную усадку, легко свариваются и паяются, при ударах не искрят, немагнитны, хладостойки, обладают хорошими антифрикционными свойствами. Безоловянистые бронзы отличаются высокой механической прочностью, коррозионной стойкостью. Бронзы, содержащие 5-7 % Al, относятся к однофазным сплавам со структурой α-твердого раствора. Алюминиевые бронзы с содержанием Al 10 % и выше - двухфазные. Они недостаточно устойчивы к окислению, но очень стойки на воздухе, в морской воде, в растворах большинства органических кислот и в углекислых растворах.

Рис. 7.3. Диаграмма системы медь-олово.

КОНЕЦ ДОПОЛНЕНИЯ.

ДОПОЛНЕНИЕ. Медные сплавы.

На основе меди разработано большое количество сплавов, важнейшими из которых являются бронзы (см. текст на с....), латуни и мельхиор.

Латуни – медно-цинковые сплавы, состоящие до 50% цинка. Они содержат также легирующие добавки – марганец, свинец, алюминий и др. Латуни имеют красивый внешний вид (напоминают золото), дешевле бронз, легко обрабатываются, плавятся при температурах ниже температуры плавления меди, характеризуются высокой коррозиционной стойкостью. При хранении на влажном воздухе латунные изделия тускнеют, но сам сплав при этом не разрушается. Латуни используют в кораблестроении, приборостроении, из них изготавливают гильзы патронов, трубы, краны, вентили.

Как видно из диаграммы состояния системы медь-цинк, при содержании до 39% цинка и медленном охлаждении латунь имеет однофазную структуру, представленную кристаллами α-фазы – твердого раствора цинка в меди с гранецентрированной решеткой, размеры которой определяются количеством цинка, находящихся в пустотах. В этом состоянии латунь обладает высокой пластичностью при сравнительно небольшой твердости. При содержании цинка от 39 до 46% в системе возникает β-фаза – твердый раствор на основе интерметаллида CuZn с кубической объемноцентрированной решеткой, параметр которой также зависит от содержания цинка. Появление β-фазы приводит к некоторому повышению прочности и твердости латуни. Чистая β-фаза (β-латунь) обладает максимальной прочностью, но низкой платичнсотью, поэтому на практике обычно применяют α-лаутни и α+β-латуни. Такие двухфазные сплавы идут на изготовление труб, листов. Они обладают хорошими коррозионной стойкостью и механическими свойствами, легко обрабатываются давлением. При дальнейшем увеличении количества цинка образуются твердые растворы на основе интерметаллидов Cu5Zn8 (γ-фаза, кубическая) с концентрацией электронов (5×1 + 8×2)/13 = 1.615 и ε-фаза CuZn3 с гексагональной решеткой и концентрацией элеткронов (1×1 + 3×2)/4 = 1.75.

Латуни содержащие не более 20% Zn называются томпаками (от малайского tambaga–медь). Томпаки характеризуются высокой коррозионной стойкостью по отношению к воде, аммиаку, сернистым газам, прочностью и твердостью. Томпак отличается красивым золотистым оттенком, легко поддается эмалированию и золочению. Благодаря этому, из томпака изготавливают знаки отличия, фурнитуру, ювелирные и художественные изделия.

Получение латуней прямым сплавлением меди с цинком затруднено из-за большой разницы в их температурах плавления и высокого давления паров жидкого цинка, что приводит к значительным потерям металла вследствие испанрения. Поэтому для получения латуней вместо чистого цинка используют так называемые лигатуры – заранее приготовленные вспомогательные твердые сплавы, которые и вносят в расплавленную медь.

Мельхиор – медно-никелевый сплав, содержащий 29 – 33% никеля. Обладает высокой коррозиционной устойчивостью – он не разрушается даже при длительнос воздействии водяного пара, морской воды, щелочей. Идет на изготовление столовой посуды, в приборостроении.

Рис. 7.4. Фазовая диаграмма системы медь-цинк.

КОНЕЦ ДОПОЛЕНИЯ