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科学网—黄金的秘密

 T骨牛排 2013-12-14
作者:魏刚 来源:中国科学报 发布时间:2013-1-11
黄金的秘密
黄金的勘探、开采与加工

2012年我国黄金产量又居世界第一位,不但黄金饰品早已走进寻常百姓家,金条也成为老百姓投资的选择。那么黄金从何而来?又去向何方呢?
■本报记者 魏刚
2013年元旦第一天,在北京广安门大街的菜市口百货商场,熙熙攘攘的人流把黄金柜台围了个里三层、外三层。
在这里,400多元一克的黄金似乎与当年2分钱一斤的冬贮大白菜一样,被拼命挤进柜台前的人们抢购着。
“每年公历新年与农历新年之间的这一个多月,都是黄金销售的旺季,除了各种黄金饰品外,投资金条销售得也很好。”菜市口百货商场的售货员小李告诉记者。
2012年我国黄金产量又居世界第一位,同时,我国居民的黄金消费量也日益攀升,2011年中国的黄金消费量为761.05吨,成为仅次于印度的全球第二大黄金消费国。
从古至今,人们对黄金就青睐有加,现在黄金虽然已经不再拥有货币的功能,但仍然一直是各国中央银行重要的金融储备。同样是金属,黄金为何如此珍贵?它又是怎样被开采出来的呢?
99%的黄金在地核
黄金的化学元素符号是Au,它来自拉丁文AURNM,其原意为曙光,它是从朝霞一词衍生出来的。但是闪闪发光的黄金并非随处可见,除极为少见的狗头金外,我们看到的大多数黄金都是经过复杂的勘探、开采与加工得来的。
在中国地质大学地球科学与资源学院教授刘家军看来,可开采储量少,伴生矿多,是黄金珍贵的原因之一。
据估算,地球的黄金总储量大约有48亿吨,而有47亿吨分布在地核内,8600万吨分布在地幔,而分布到地壳的只有不到1亿吨。这样算地球上99%以上的黄金都在地核内,以人类现有技术手段,这些地核内的黄金是无法开采的。
黄金在地壳中的平均含量约为1亿分之1.1,在海水中的含量约为1000亿分之1,尽管经过几亿年至几十亿年的地壳运动和地质变化使金元素富集成金矿床,但一般具备工业价值的金矿中金的品位也只在2~3克/吨。
此外,自然界中纯金极少,常含银、铜、铁、钯、铋、铂、镍、碲、硒、锇等伴生元素,自然金中含银15%以上者称银金矿、含铜20%以上者称铜金矿。
黄金在地壳中丰度值本来就很低,又具有亲硫性、亲铜性、亲铁性、高熔点等性质,要形成工业矿床,一般要经历相当长的地质时期,通过多种来源,多次成矿作用叠加才可能形成。
金矿勘探如大海捞针
由于黄金矿产地分布极不均匀,矿床类型复杂多样,可供开采的储量少,伴生矿多,导致探矿找金成为一件复杂而艰苦的工作。
刘家军告诉记者,黄金的主要来源是自然金。自然金矿床的形成,是金元素在不同地质历史时期,在各种地质作用下,金通过迁移、聚集形成具有一定规模和可被开采利用的综合地质体。
黄金矿又分为岩金和砂金两种。其中,岩金矿是自然金的原生金矿。原生金矿中的自然金,有的呈可见金(包括明金、显微金)赋存于由热液作用形成的含金石英脉或其他矿物中,有的则以不可见金的形式赋存在一些热液矿物中。矿石中的自然金大都与黄铁矿、毒砂等矿物密切相关。
原生金矿经过风化剥蚀作用,遭到破碎并由流水搬运到适当地点沉积下来,就形成了砂金矿,又叫次生金矿。
与黄金打了一辈子交道的原武警黄金部队高级工程师张鸿禧曾告诉记者,针对不同的金矿,找金方法也有所不同。
砂金要在河流中找,砂金矿一般堆积在河床较深、水流较缓的河流拐弯处。以前采砂金矿都是人工操作,把盛满砂子的木制簸箕放进河水里筛,泥土被水洗去后,再用显微镜逐个鉴别剩下的比重较大的颗粒。这种采样方法既要技术,又要体力,现在已经用机械震动来代替了。
而寻找岩金矿就不像找砂金矿这样容易了,一般先要通过各种地质勘察技术方法确定哪个地区或地段具有金矿可能形成的有利地质构造条件,然后在有金异常的地段按地质规范进行工作,如在地表挖出一道道的槽子(专业术语为 “探槽”),在槽子中取样进行化验。
如果岩金矿所处的位置较深,还要进行坑探、钻探等工程。在确定岩金矿存在后,还要打若干个钻孔竖井、坑道等工程,摸清岩金矿的位置、规模、形态、深度和品位等,并进一步估算金矿的储量。
黄金开采火法湿法并用
如果说黄金矿勘探如大海捞针,那么黄金的开采与加工也并不轻松,可不像《黄金矿工》游戏里那样简单。
历史记载,早在新石器时代,人类就已识别了黄金。而中国在商代中期(公元前13世纪)就已掌握了制造黄金器物的技能。
唐代,人们对砂金进行了大规模开采。“日照澄洲江雾开,淘金女伴满江隈”——诗人刘禹锡就生动地描绘了当时民间采金业的兴盛情景。
清末我国就已经采取比较成熟的露天开采和坑下开采方式。当时矿内虽有蒸汽机,但因交通不方便,运煤不如人工合算,故生产多用土法。人工凿炮眼,黑火药爆破,坑内人工将矿石、毛石分离挑运至坑外选矿场,选矿工将矿石破碎成一二寸大的矿块,再用石磨碾成石粉,然后用木流和簸箕冲淘金粒,最后用坩锅熔炼成金块。
现在的开采环节与那时基本相同,只不过很多工序都由机器替代了。在露天开采中,挖掘的采矿作业面要比实际的金矿面积大,所以在外围会有许多不含金的废石。废石与金矿的比例叫剥离比,如果剥离比过大,露天开采的成本就会增加,这时就要采用坑采。坑采是先打竖、斜井,然后再根据金矿蕴藏位置打巷道,工人们在横的巷道内作业,然后通过竖、斜井把金矿石运到地面进行选矿。
选矿要复杂精细得多。首先,巨大的腭式破碎机会把金矿石压碎,然后压碎的矿石被放入一个充满钢球的大石槽里,球磨机中篮球大的钢球会把矿石压成矿石粉,再经过一定的粒度要求过筛,选出符合要求的金精矿粉。
直到这时,我们还看不到真正的黄金,只有通过进一步加工才能获得纯金。张鸿禧告诉记者,从金矿粉中提取黄金有两种方式,火法和湿法。
火法就是用火把金矿粉加热到熔点形成金水,然后浇铸在模子里,等冷却后取出。
湿法是把矿石粉碎成石子后堆积起来,喷洒氰化钠溶液30天到90天,金矿粉就会溶解成液体,然后回收氰化钠溶液,把锌丝放入溶解的金矿液体中。这时,黄金就会吸附在锌丝上,将锌丝取出,就可以得到纯净的黄金了。
由于火法需要把金矿粉运输到冶炼厂,从而增加了运输成本,所以很多黄金开采企业都使用湿法来提取黄金。同时,人们也在改进湿法,利用炭的吸附作用来代替锌丝。目前,使用比较多的是椰壳炭和杏仁壳炭,把它们放入溶解的金矿液体中,黄金会吸附在炭的表面。取出后把炭烧掉,就剩下黄金了。之后再通过不断提纯、加工得到不同纯度、不同用途的黄金制品。

澳大利亚新南威尔士州卡迪尔露天金矿。
图片来源:谷歌图片


美丽的黄金饰品。图片来源:谷歌图片


缅甸北部居民在伊洛瓦底江淘金。
图片来源:谷歌图片


美国纽约一家黄金提炼所,一位工人将熔化的黄金倒入钢锭模。 图片来源:谷歌图片


金条 图片来源:谷歌图片
《中国科学报》 (2013-01-11 第11版 调查)

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