在世界上沒有任何一種金屬能像黃金這樣源源地介入人類的經(jīng)濟(jì)生活,并對人類社會產(chǎn)生如此重大的影響。它那耀眼奪目的光澤和無與倫比的物理化學(xué)特性,有著神奇的永恒的魅力。黃金的社會地位雖在人類數(shù)千年的文明史中,歷盡滄桑,沉浮榮辱,升降變遷不定,但至今在眾多的人群之中仍保持著神圣的光環(huán),為世人共同追求的財富。
“金實質(zhì)上是人所發(fā)現(xiàn)的第一種金屬?!睍r間可追溯到新石器時代。那時人們用磨制的石器,將采來的自然金加工成各種形狀的貢品和器物,漸漸地認(rèn)識了它的與眾不同的特性。黃金以它的美麗、稀有、名貴、穩(wěn)定和極好的延展性倍受人類的喜愛。
金的化學(xué)元素符號是Au,它來自拉丁文AURNM,其原意為曙光,它是從朝霞一詞衍生出來的。黃金由于閃閃發(fā)光,人們習(xí)慣地把它和太陽相提并論。古人崇拜黃金像崇拜太陽一樣,因此有關(guān)黃金與太陽的傳說很多,流傳也相當(dāng)廣。
一、金礦原料特點
1)金的原子序數(shù)為79,位于化學(xué)元素周期表第六周期第一副族(IB),屬銅族元素。其原子核由79個質(zhì)子和112個中子組成,屬奇-偶型核類,由此決定了金在自然界中的豐度很低。
金在自然界僅有一個穩(wěn)定同位素197,金在常溫下為晶體,等軸晶系,立方面心晶格,天然良好晶形極為少見,常呈不規(guī)則粒狀、團(tuán)塊狀、片狀、網(wǎng)狀、樹枝狀、纖維狀及海綿狀集合體。
純金為金黃色,含有雜質(zhì)時其顏色可相應(yīng)變化,如含銀或鉑時顏色變淡;含銅時顏色變深。根據(jù)在試金板上劃下的金的條痕色澤,可估計金的成色。高成色金條痕為赤黃色;含10%的銀時其條痕為悅目的金黃色;含銀20~30%時為草黃色;銀含量超過30%則具有黃中帶綠的色調(diào);含銀超過50%則喪失金所固有的黃色而近于銀白色。
金具有耀眼的光澤,白光下反射率平均為74%,隨著含銀量的增加,反射率增高,金硬度增大,密度減小。故可根據(jù)硬度來確定金的成色(表3.18.1)。
金的揮發(fā)性極差,在熔點溫度之上至1300℃幾乎無揮發(fā)性,但在煤氣和CO氣氛中揮發(fā)性大大增加。因此,在碳覆蓋層下熔煉金會因揮發(fā)而造成金的損失。
金的延展性極好。1g純金可拉成3500m長、直徑0.00434mm的細(xì)絲,或壓成厚度為0.23×10-8mm的金箔。
(一) 金的化學(xué)性質(zhì)和地球化學(xué)性質(zhì)
1.金的化學(xué)性質(zhì)
金的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,具有很強(qiáng)的抗腐蝕性,從常溫到高溫一般均不氧化。金不溶于一般的酸和堿,但可溶于某些混酸,如王水。金也可溶于堿金屬,氰化物,酸性的硫脲溶液,溴溶液,沸騰的氯化鐵溶液,有氧存在的鉀、鈉、鈣、鎂的硫代硫酸鹽溶液等。堿金屬的硫化物會腐蝕金,生成可溶性的硫化金。土壤中的腐殖酸和某些細(xì)菌的代謝物也能溶解微量金。
金的電離勢高,難以失去外層電子成正離子,也不易接受電子成陰離子,其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,與其他元素的親和力微弱,因此,在自然界多呈元素狀態(tài)存在。
2.金的地球化學(xué)性質(zhì)
金還具有親銅性,它在元素周期表中,占據(jù)著親銅和親?元素之間的邊緣位置,與銅、銀屬于同一副族,但在還原地質(zhì)環(huán)境下,金的地球化學(xué)行為與相鄰元素相似,表現(xiàn)了更強(qiáng)的親鐵性,銅、銀多富集于硫化物相內(nèi);而金鉑多集中于金屬相。金在地球中元素豐度為0.8×10-6,地核為2.6×10-6,地幔為0.005×10-6,地殼為0.004×10-6。金在地殼中的豐度只有鐵的1/1千萬,銀的1/21。
地球上99%以上的金進(jìn)入地核。金的這種分布是地球長期演化過程中形成的。地球發(fā)展早期階段形成的地殼其金的豐度較高,因此,大體上能代表早期殘存地殼組成的太古宙綠巖帶,尤其是鎂鐵質(zhì)和超鎂鐵質(zhì)火山巖組合,金豐度值高于地殼各類巖石,可能成為金礦床的最早的“礦源層”。
綜上所述,金在地殼中豐度值本來就很低,又具有親硫性、親銅性,親鐵性,高熔點等性質(zhì),要形成工業(yè)礦床,金要富集上千倍,要形成大礦、富礦,金則要富集幾千、幾萬倍,甚至更高,可見其規(guī)模巨大的金礦一般要經(jīng)歷相當(dāng)長的地質(zhì)時期,通過多種來源,多次成礦作用疊加才可能形成。
(二) 金的礦物及其標(biāo)型特征
1.金的礦物與分類
根據(jù)礦物中金的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和含金量,可將金礦床礦物分為金礦物、含金礦物和載金礦物三大類。所謂金的獨立礦物,系指以金礦物和含金礦物形式產(chǎn)出的金,它是自然界中金最重要的賦存形式,也是工業(yè)開發(fā)利用的主要對象。
到目前為止,世界上已發(fā)現(xiàn)98種金礦物和含金礦物,但常見的只有47種,而工業(yè)直接利用的礦物僅10多種。按晶體化學(xué)原則可將金礦物和含金礦物分為:
(1)自然元素類礦物 自然金(Au),含Au>80%,Ag<20%;銀金礦(Au;Ag),含Au80%~50%,Ag20%~50%;金銀礦(Au;Ag),含Au50%~20%,Ag50%~80%;含鉑鈀自然金(Au;Pt;Pd),含Au84.6%~95.55%,Pt0~11.5%,Pd0~12.3%;銀銅金礦(Au,Cu,Ag),含Au67.7%,Ag12.8%,Cu9.2%,Pd4.2%,Rh4.3%。
(2)金屬互化物類金礦物 系指兩種或兩種以上的金屬元素在天然熔融狀態(tài)下相互溶解,相互形成的天然合金礦物。主要有:圍山礦(Au,Ag)3Hg2;四方銅金礦CuAu。
(4)金銀硒化物類礦物 硒金銀礦Ag3AuSe2。
(5)金銀鉍化物類礦物 黑鉍金礦Au2Bi。
(6)金銀銻化物類礦物
(7)金銀硫化物類礦物 硫金銀礦(Ag3Au)4S2。
上述金礦物中以自然金及其變種(銀金礦、金銀礦)分布最廣,而且也是金的最主要工業(yè)礦物。
2.自然金的粒度
自然金(銀金礦等)按其粒度可分為明金,顯微金、次顯微金、次電子衍射金。
根據(jù)加拿大采礦公司資料,巖金礦中85%的金粒度小于0.01mm,一半以上為1~5μm。砂金礦中絕大部分金的粒度變化范圍為0.25~10mm,其中粒徑1~4mm者最常見。
3.中國金礦物的特征
迄今,我國已發(fā)現(xiàn)的金礦物有38種,若包括亞種和變種達(dá)46種。其中我國首次發(fā)現(xiàn)的有22種,包括變種達(dá)25種。巖金礦床中約44種,砂金礦床中約10種。
我國金的經(jīng)濟(jì)礦物主要是自然金和銀金礦,少數(shù)礦床中有金銀礦、碲金礦、針碲金銀礦、碲金銀礦和黑鉍金礦等。個別礦床以金的碲化物為主要經(jīng)濟(jì)礦物之一對金礦物分類,國內(nèi)尚無統(tǒng)一方案,本書選擇國內(nèi)較有權(quán)威的研究部門的金礦物分類:Au-Ag系列礦物類化學(xué)組成,大量分析資料表明,純自然金不多見,其中常含一定量的Ag,形成Au-Ag系列礦物。對于該系列礦物類認(rèn)識,目前還存在不同看法。從我國大量測試結(jié)果看,該系列礦物的化學(xué)成分變化是連續(xù)的。亞種可分為自然金、銀金礦、金銀礦和自然銀。
較純的自然金,其顏色和條痕都為濃的金黃色,密度實測值為18.9g/cm3(含Au 99.55%,Ag 0.45%)。隨Ag含量增高,顏色和條痕逐漸變淺,密度逐漸降低。實測壓入硬度VHN50g,自然金為39.5~103.3 kg/mm2。隨Ag含量增高,VHN值最初增高(自然金-銀金礦),而后降低(銀金礦-自然銀)。
自然金幾乎可以在各種類型的金礦中產(chǎn)出,在大多數(shù)礦床中都是金的主要經(jīng)濟(jì)礦物之一,在某些礦床中可以成為金的最主要經(jīng)濟(jì)礦物。金銀礦雖然可在某些礦床中見及,但一般含量甚微,僅在少數(shù)礦床中具有工業(yè)價值,或為金、銀的主要經(jīng)濟(jì)礦物。自然銀雖較為常見,但一般不含金,或含少量的Au(0.n%),只在個別礦床中見含有較多量的金(Au0.n%~10n%)。
自然金等Au-Ag等系列礦物的共(伴生)礦物眾多,可形成多種多樣的礦物共生組合,其中最主要的是石英和黃鐵礦。
4.狗頭金
狗頭金是天然產(chǎn)出的,質(zhì)地不純的,顆粒大而形態(tài)不規(guī)則的塊金。它通常由自然金、石英和其他礦物集合體組成。有人以其形似狗頭,稱之為狗頭金。有人以其形似馬蹄,稱之為馬蹄金;但多數(shù)通稱這種天然塊金為狗頭金。
狗頭金在世界上分布稀少,不易多得,但由于黃金價值昂貴,被人們視為寶中之寶。找到狗頭金常常帶有一定偶然性,一旦發(fā)現(xiàn)狗頭金,常常引起社會轟動。19世紀(jì)中葉,一位木匠在美國西海岸路旁揀到一塊狗頭金,重32kg,此事傳播開來,人群紛紛涌向這里,到處挖金子,形成了一個找金熱潮。持續(xù)了50年的淘金熱之后,一座新興的舊金山市出現(xiàn)了。澳大利亞一輛大篷車路過金礦區(qū)時被石頭顛翻,下車檢查竟是一巨大的狗頭金,重77.6kg。找到狗頭金,可以獲得一筆可觀的財富,因而它也成了人類福氣的象征。
根據(jù)統(tǒng)計資料,迄今世界上已發(fā)現(xiàn)大于10kg的狗頭金約有8000~10000塊。數(shù)量最多首推澳大利亞,占狗頭金總量的80%。其中最大的一塊重達(dá)235.87kg的狗頭金也產(chǎn)于澳大利亞。
在人類采金史中,我國也是狗頭金發(fā)現(xiàn)履見不鮮的國家之一。湖南省資水中、下游流域是我國歷代盛產(chǎn)狗頭金地區(qū)。此外四川省白玉縣,陜西省南鄭縣、安康縣,黑龍江呼瑪縣,吉林省樺甸縣,青海省大通縣、曲麻萊縣,山東省招遠(yuǎn)縣,河北省遵化縣等,都相繼發(fā)現(xiàn)狗頭金,總計約有千余塊。
我國現(xiàn)代發(fā)現(xiàn)狗頭金的事例也很多。1909年,四川省鹽源縣一位采金工人在井下作業(yè)時不幸被頂上掉下來“石塊”砸傷了腳,他搬開“石頭”感到很重,搬到坑口一看,竟是一塊金子,重達(dá)31kg。1982年黑龍江省呼瑪縣興隆鄉(xiāng)淘金工岳書臣,休息時無意中用鎬刨了一下地,卻碰到了一塊重3325g的金子。1983年陜西省南鄭縣武當(dāng)橋村農(nóng)民王伯禹,揀到一塊810g的狗頭金。報載四川省白玉縣孔隆溝,有一個盛產(chǎn)狗頭金的山溝,1987年又找到重4800.8g和6136.15g的大金塊,接連刷新建國以來我國找到狗頭金的重量記錄,堪稱“國寶”。
我國最近一次狗頭金的發(fā)現(xiàn)是在1997年6月7日晚6時30分,由青海省門源縣寺溝金礦第13采金隊工人在砂金溜槽上發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)這個紅彤彤的東西進(jìn)入人們的視線時,竟開始不相信自己的眼睛。這個重達(dá)6577g的特大石包金金塊,通體形狀酷似一對母子猴,只見“母猴”席地而坐。懷里抱著一只可愛的“小猴”。在金塊另一側(cè)的下部,還有一只烏龜正在悄然爬行,龜頭前伸高昂,似乎正在觀察著周圍環(huán)境,露出的一支前足和一支后足活靈活現(xiàn),動感很強(qiáng)。整個圖案動靜搭配自然,惟妙惟肖,可謂鬼斧神工,令人拍案叫絕。
石包金是狗頭金的一種形態(tài)。從已發(fā)現(xiàn)的狗頭金來看,一般有三種形態(tài),即金包石、石包金和金包水三種。
現(xiàn)在,世界上的許多地方,不管在標(biāo)本界,個人收藏界里,這種自然金的估價都是極高的。委內(nèi)瑞拉產(chǎn)出的每組自然金晶體(0.5~3cm),經(jīng)紐約外匯銀行估價25萬美元;原蘇聯(lián)某金礦發(fā)現(xiàn)的長3.8~12cm的立方體金粒已由莫斯科銀行全部高價收購。
二、黃金的用途
黃金用于工業(yè)技術(shù)方面的時間,只有幾十年,隨著現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)和航天電子工業(yè)以及信息技術(shù)、新能源、新材料的迅速發(fā)展,為黃金的應(yīng)用開拓了廣泛的領(lǐng)域。博伊爾在《金的地球化學(xué)及金礦床》的專著中,稱1950年以后為“金的工業(yè)時期”。
(一)金在電子工業(yè)中的應(yīng)用
由于金具有優(yōu)異的穩(wěn)定性,良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能,因此使金在電子工業(yè)上的用途愈來愈廣泛。宇航技術(shù)的發(fā)展,要求穩(wěn)定程度很高的無線電電子元件愈來愈多,如高級真空管的涂料,特種用途的電力接頭,特種精密電子儀器中用的拉絲導(dǎo)線,電鍍金的高頻導(dǎo)體以及高溫焊接用金合金。在計算機(jī)、收音機(jī)、電視機(jī)、收錄機(jī)等方面用的涂金集成電路等。據(jù)報道,1987年全世界電子工業(yè)需求量123t,占總需求量的7.7%。
(二)金在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用
在化學(xué)工業(yè)中,也有獨特的用途,如核化工廠用的材料,人造纖維類工廠用的合金噴絲頭等。
(三)金在宇航工業(yè)中的應(yīng)用
在航天工業(yè)中,金的用途也在發(fā)展與開拓之中。飛機(jī)和其他空間運輸工具中用的鍍金紅外裝置和熱反射器,噴氣發(fā)動機(jī)和火箭發(fā)動機(jī)用涂金防熱罩或熱遮護(hù)板以及飛機(jī)、汽車、輪船等交通工具涂有薄層金的熱擋玻璃等。
(四)金在傳統(tǒng)工業(yè)中應(yīng)用
鑲牙業(yè)、照相和制筆等傳統(tǒng)工業(yè)中,黃金的應(yīng)用仍具有一定的消耗量。金在科學(xué)技術(shù)上的應(yīng)用,正處在不斷開發(fā)中。日本某大學(xué)原子能研究所秋洪良三發(fā)現(xiàn)金晶體堆積,可構(gòu)成超導(dǎo)薄膜。預(yù)計,隨著科學(xué)的發(fā)展和新技術(shù)不斷出現(xiàn),黃金的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大。
自人類開采黃金以來到1986年為止,世界累計開采黃金10.77萬t。這些黃金的大部分以各種形式存在于世間。有人估計其中40%是以各種鑲金珠寶、貨幣保存著;有40%以金錠的形式儲存在各國金庫中;另有20%被損失和被工業(yè)消耗掉。估計私人擁有黃金量(包括金條、金幣和珠寶等)同官方的黃金儲備數(shù)一樣多。
1985年底世界黃金儲備量為65315t,其中官方黃金儲備最多的是美國,達(dá)8220t,私人儲備量最多是法國,為6251t。印度和美國的私人儲備量都為3732t。