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天上掉馅饼?别逗了,但是掉黄金这事是真的!

手机电脑等电子产品已经成了大部分人生活必需品,但很多人可能还不够了解它们,普利茅斯大学的一项研究给出了答案

为了进行实验,研究人员将手机在几乎500°C的温度下与强氧化剂过氧化钠混合, 然后,对所得的酸溶液进行详细分析,以确定其精确的化学成分

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手机与过氧化钠混合,加入酸

结果表明,在测试中使用的手机含有33克铁、13克硅和7克铬,以及少量其他的物质(包括900毫克钨和70毫克钴和钼,以及160毫克钕和30毫克镨),并且每部手机都含有约90毫克的银和36毫克的黄金

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得到的产品

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分类

这意味着,就含量而言,一部手机的黄金含量是矿产地质学家所认为高纯度含金矿石含金量的100倍,举个例子,直观一点来说就是每 1 吨废旧手机(不含电池)中含有超过 270 克金,而每吨金精矿中含金量不小于 100 克就是一级品

关于黄金

黄金是人类使用的最古老的金属之一,早在新石器时代,人类就从河床中采集了黄金,而实际的黄金开采可以追溯到公元前3500年

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新石器时代的人类

早期的埃及人(美索不达米亚的苏美尔文化)使用开采的金制作精美的珠宝,宗教用品和高脚杯等用具,因黄金的美学特性和它的物理化学特性(延展性好、化学性质稳定)长期以来使它成为一种稀有、较珍贵和极被人看重的金属之一

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古埃及人的精美金器

纵观历史,黄金往往是冲突和冒险的起因,例如阿兹特克文明和印加文明的毁灭,以及早期美国的淘金热而大量涌入的佐治亚州、加利福尼亚州和阿拉斯加的冒险者等

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关于淘金的画报

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淘金的人

威特沃特斯兰德简称“兰德”,南非荷兰语意为“白水山脉”,在南非德兰士瓦省南部,是海拔1500-1800米的高地,东西向伸延 240公里,由石英岩和含金砾岩构成,这里是世界最大金矿区,伴生银、铀等矿,1886年起开采,还产金刚石、煤

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威特沃特斯兰德

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开采现场

据估计,目前全世界所开采的黄金中有三分之二来自南非,其他主要的黄金生产国包括澳大利亚、前苏联和美国(亚利桑那州、科罗拉多州、加利福尼亚州、蒙大拿州、内华达州、南达科他州和华盛顿)

全世界大约65%的黄金加工用于艺术产业,主要用于制造珠宝,除了珠宝,黄金还用于电气、电子和陶瓷工业,这些工业应用近年来有所增长,目前估计占黄金市场的25%

金档案

金的单质(游离态形式)通称黄金,是一种广受欢迎的贵金属,在很多世纪以来一直都被用作货币、保值物及珠宝

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珠宝

在自然界中,金以单质的形式出现在岩石中的金块或金粒、地下矿脉及冲积层中,黄金亦是货币金属之一,金的单质在室温下为固体,密度高、柔软、光亮、抗腐蚀,其延展性仅次于铂

不光颜值、价值在线,金在工业上的用途也是十分广泛,如用作零件的涂层或镀层,金能够加工成细丝(延展性),使其沉积在诸如晶体管等电路上,并用作工业焊料和钎焊合金,另外金丝还可以用于集成电路电气连接、用于正畸和假牙器具、以及用于喷气发动机制造等

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集成电路电气连接中会用到金丝

说完这么多优点,金在工业中使用的一个缺点是它是一种相对柔软的金属,为了使其性能更佳,金通常与其他金属,如银、铜、铂或镍等生成合金

金合金以克拉为单位,克拉是一种单位,24克拉(24K)金是纯金,而18K金是是黄金含量至少达到75%的合金,即金含量为18/24的合金,其余25%为其它贵金属

天上掉黄金?

超新星爆发是某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸,这次爆炸将大量的尘埃推进到富含原子元素的大气中,这一过程被称为核合成

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超新星爆发

在循环过程中产生了丰富的元素,如镁,也有一些较重的元素,如铁,同时金也是从核合成过程中产生的

虽然最初的核合成并不能立即产生黄金,但科学家们认为,金和其他贵金属就存在于星际中,这些星际尘埃中含有丰富的元素,当形成新恒星的时候,黄金就会存在这些恒星中

那么,在金元素被创造出来且肯定存在于星际之后,它是如何形成的呢?让我们来看看黄金是如何在地球上形成的

地球形成于46亿年前,当时的地球是一团岩浆的海洋,在行星聚合过程中飞进来的尘屑和小天体纷纷解体,融解在这汪宇宙的岩浆池中

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此时的黄金和地球都是熔化的,这意味着黄金被其他元素淹没,由于它是一种重元素,它与其他重金属一起沉入核心,最初存在于地球上的许多黄金,都沉到了地球的最深处,从此再也不见天日了

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地壳结构

今天我们所熟悉的黄金几乎都是在地球冷却的时候形成的,随着行星分异逐渐完成,地球岩浆海逐渐冷却,表层逐渐凝固成岩石圈,再砸进来的小行星——只要吨位不是太大,别砸穿地表,那么它们所携带的一切物质,就可以顺利留在地表

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小行星撞击地球

在地壳内形成的黄金,是“后期重轰炸”的结果,它出现于距今42亿-38亿年的冥古宙后期,此时,八大行星早已经形成好几亿年,地球早就凝固了下来,此时,以木星为首的巨行星在这段时间内调整了位置,从自己原有的轨道上飞了出去

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太阳系最大的木星

木星是太阳系最大的行星,当它调整轨道时,途中那些乱七八糟的小杂屑自然构不成挡路资格,轻易被它的引力甩开,高速飞进太阳系内带,这些密密麻麻的小天体对于地球来说犹如炸弹,犹如陨石雨,犹如轰炸机的饱和式袭击,这就是前面说到的“后期重轰炸”

而这些被木星抛进来的这些炸弹,主要成分以水为主,同时包含各种原始岩石成分,各种元素化合物,当然,就包括我们今天的主角——金子

南非的弗雷德福特陨石坑是一个有着20亿年历史的陨石坑,在其矿石和矿床中富含金等重元素,这也有力地证明了科学家们的推测

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南非的弗雷德福特陨石坑

黄金生产

目前黄金生产工艺主要包括破碎/细磨、选矿、预处理、浸出、提取与回收、精炼及“三废”处理等过程单元

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简图

金矿被开采出来后在矿山进行清洗和过滤,然后,在球磨机中进一步研磨——一种旋转的圆柱形容器,它使用钢球来粉碎矿石

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采矿简图

选矿工艺现在普遍采用的是泡沫浮选法,在矿浆中添加化学添加剂,经强力搅拌后产生气泡, 并将相关矿物附着在气泡上从而达到分离的目的, 由于金粒表面的疏水性,该法对不易用重选法或混汞法回收的细粒金具有明显的优势

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浮选法模拟图

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现场图

捕收剂是浮选法的关键, 单一的使用可能存在选择性较差和对单体金捕收能力不强的问题, 所以,一般都是几种药剂联合使用可以提高金浮选的回收率

预处理

预处理的方法较多,如烘焙氧化法、加压氧化法、微生物氧化法、化学氧化法,因为容易选别的金矿资源日渐枯竭,开发利用微细粒嵌布、含高砷高硫的难浸金矿成为一大趋势,而这些难浸金矿就需要预处理之后再氰化浸出

其主要目的就是使包裹金矿物的硫化物氧化并形成多孔状物料,使氰化物溶液更容易与金接触,而且还可除去砷、锑、有机碳等妨碍氰化物浸出的有害杂质或改变其理化性能

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工艺简图

浸出工艺

氰化法是从矿石、精矿或尾矿中提取金的经济而简易的方法,具有回收率高、对矿石适应性强等一系列优点,该法被世界上许多国家采用邴祖卜替代了其他的提金工艺,成为湿法提金的经典方法

搅拌氰化法浸金最早使用的是鼓泡空气氧化金,后来随着提金的科学化及人们对氧在浸出中重要性的认识,出现了富养浸出和液相氧化剂辅助浸出等各种助浸工艺

堆浸法则是降低品位矿石或含金废料等堆放在不透水的地面上, 该地面上预先设置有完备的供排水系统,然后再矿堆上喷淋氰化物等浸出剂进行淋滤浸出,浸出后的含金贵液通过管道收集于贵液池中以作提金处理

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堆浸法展示

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堆浸法示意

氰化物浸出金后得回收,是与金的氰化物浸出平行发展起来的一个操作, 是金生产过程中的关键环节之一,黄金生产厂家最初是使用锌丝来置换回收氰化物贵液中的金,后来又发展出吸附法、电积法及溶剂萃取法

精炼

精炼是一个包含许多工艺过程的系统,由于用于精炼的原料中含有大量的锌、铜、铁、铅等杂质,严重影响从金泥中提纯和冶炼黄金的纯度,固在精炼工序之前必须除去这些杂质

常用的除杂方法有硫酸除杂法、盐酸除杂法、硝酸除杂法、控电氯化除杂法、 混合铵盐除杂法等,其主要原理都是采用合适的溶剂使金泥中可溶于溶剂的成分溶解,形成可溶性盐,而金不溶解,达到除杂的目的

除杂后的金泥一般采用火法或湿法进行精炼,其中湿法又包含化学法、溶剂萃取法和电解法,金的火法精炼又称为坩埚熔炼法,是分离和提纯金的古老方法,这里就不做一一的介绍了

最后

金子总是会引起人们无限的探索欲望,它带给我们的不光是约定俗成的交换价值、货币属性,不光是为了结算、为了交易,它已经成为我们文明的一种符号