Пробирный анализ является отраслью аналитической химии и его задача заключается в количественном определении металлов в рудах и металлургических продуктах.
Цель – количественное определение металлов в рудах и металлургических продуктах посредством плавки сухими реактивами.
Преследуя те же цели, что и обыкновенный химический анализ, пробирный анализ отличается тем, что определению подлежит один или несколько наиболее важных в техническом отношении компонентов руд или продуктов, в то же время конечной целью чистого химического анализа является установление полного состава данного вещества.
Отличительная особенность пробирного анализа состоит в том, что благородные металлы в этом случае определяют без предварительного отделения от других компонентов, входящих в состав анализируемого вещества.
При пробирном анализе можно использовать гораздо большие навески вещества, чем это допускается при химическом методе анализа.
В пробирных методах преследуется достаточная для технических целей точность пробы, простота и быстрота определения.
В старину, при малом развитии аналитической химии, в пробирном искусстве пользовались почти исключительно сухим путем отделения и определения металлов и чисто эмпирическим путем создали целый ряд весьма сложных проб, подражая в малом масштабе тем металлургическим операциям, какие применялись для получения этих металлов в заводском масштабе. Большинство этих сложных проб отличались малой точностью. По мере развития методов аналитической химии в пробирный анализ вводится анализ мокрым путем (электролитические, колориметрические пробы).
В настоящее время сухие пробы применяются лишь для определения Au, Ag, Ni, Sn, Pb, Pt.
Пробирное искусство является также ветвью металлургии, развивалось параллельно с ней. Начало пробирного анализа указать трудно, как и начало металлургии.
Первое систематическое изложение пробирного искусства встречается в сочинении Георгия Агриколы «De re metallica», первое латинское издание которого появилось в 1556 году. В 1912 году это сочинение переведено Гувером на английский язык. В седьмой книге этого классического труда встречается подробное изложение пробирного искусства до XVI века включительно, причем описываемые методы анализа уже в то время были весьма хорошо разработаны. По идее эти методы практикуются без изменений и по настоящее время, они лишь усовершенствованы в деталях. Уже в то время пробирное искусство имело большое значение в практике. Пробирными испытаниями, исследованиями решались весьма важные вопросы:
- о пригодности данной руды для обработки,
- о возможной степени и способе извлечения металла из руды,
- о дальнейшем направлении оборотных продуктов и т.д.
Не меньшее значение пробирное искусство имеет и теперь.
Пробирный анализ является основным методом определения содержания золота и серебра в твердых материалах (рудах, россыпях, концентратах, хвостах обработки, штейнах, компактном металле и т. д.). Он включает комбинацию различных пиро- и гидрометаллургических операций, позволяющих количественно выделить и сконцентрировать благородные металлы без практических потерь, существенно влияющих на конечные результаты, что позволяет обеспечить воспроизводимость при повторном анализе. Количественная ошибка при пробирном анализе не превышает 1 % для материалов, содержащих 150 г/т золота и более, и 5 % – для материалов, содержащих золото менее 15 г/т. Использование достаточно больших исходных навесок анализируемого материала (до 100 г и больше) позволяет определять содержание благородных металлов даже в очень бедных продуктах.
Основной операцией пробирного анализа является плавление. При этом для извлечения благородных металлов в пробирном анализе используют свойство металлического свинца в расплавленном состоянии количественно растворять золото, серебро и металлы платиновой группы с получением легкоплавкого сплава (температура плавления свинца 327°С). Такие вещества называются коллекторами благородных металлов. Для последующего отделения суммы благородных металлов от коллектора пользуются другим свойством свинца - способностью быстро окисляться кислородом воздуха при повышенной температуре с образованием легкоплавкого оксида свинца-глета PbO (температура плавления PbO 883°С). Сродство свинца к кислороду составляет - 188,5 кДж/моль. Золото и серебро при этом не окисляются. При использовании пористых толстостенных сосудов из окисленного огнеупорного материала (капель), хорошо смачиваемого расплавленным оксидом, но не смачиваемого расплавленным металлом, образующийся в процессе окислительного плавления свинца, глет впитывается в поры этого сосуда, а сплав золота и серебра остается в виде шарообразного королька на его донной поверхности. Для разделения оставшейся суммы благородных металлов используют свойство серебра растворяться в разбавленной азотной кислоте при полной незатронутости в этом процессе золота (операция разваривания). Величину содержания благородных металлов в анализируемом материале определяют по взвешиванию корольков до и после разваривания. Применяемые для взвешивания корольков благородных металлов специальные пробирные весы имеют точность 0,001 мг.
В общем виде пробирный анализ твердых продуктов на содержание в них золота и серебра состоит из следующих последовательно проводимых операций:
1. Отбор пробы анализируемого материала (навески), осущест-вляемый по особым научно обоснованным правилам;
2. Шихтование отобранной, представительной навески, круп-ностью частиц менее 0,01 мм, со специальными химическими реагентами, называемыми пробирными реактивами;
3. Тигельное плавление приготовленной шихты на черновой свинцовый сплав, называемый веркблеем;
4. Очистительное плавление веркблея (шерберование);
5. Окислительное плавление очищенного сплава, называемое купелированием;
6. Взвешивание на пробирных весах полученного золотосереб-ряного королька;
7. Подготовка полученного королька к кислотному разварива-нию, называемая квартованием (после квартования необходима повторная купеляция);
8. Кислотное разделение суммы благородных металлов, содержащихся в корольке, после квартования;
9. Промывка, сушка, прокаливание твердого золотого остатка, называемого в компактном виде золотой корточкой;
10. Взвешивание на пробирных весах полученной золотой корточки.
В ряде случаев перед проведением пробирного анализа необходимо изменить вид присутствующих в исходном материале минералов, что, как правило, осуществляется при жестком температурном воздействии. В пробирном анализе используются следующие пирометаллургические операции:
1. Кальцинирующий обжиг или прокалка, проводимая с целью изменения физического или химического состояния вещества и выделения некоторых летучих компонентов (Н2О, СО2 и др.);
2. Окислительный обжиг. Проводится для окисления сульфидов и других природных восстановителей и удаления (частичного или полного) серы, мышьяка, сурьмы и других летучих компонентов;
3. Восстановительный обжиг. Применяется для восстановления некоторых химических соединений при использовании, как правило, в качестве восстановителя угля. Например, для восстановления высших оксидов железа (2Fе2О3
+ С = 4FeO + СО2; 2Fe3О4 + С = 6FeO + СО2);
4. Окислительное плавление. Служит для разделения металлов на основе их различного сродства к кислороду: легко окисляемые металлы переходят в оксиды, которые могут ошлаковываться и удаляться из процесса.
5. Восстановительное плавление. Применяется для восста-новления металлов из их оксидов.
6. Растворительное или шлакующее плавление. Служит для перевода примесей и пустой породы в шлак.
7. Осадителъное плавление. Основано на свойстве железа и щелочей разлагать металлические сульфиды с получением расплава, содержащего FeS, K2S, Na2S, способного растворяться в сильно основном шлаке.
Минералы и горные породы, содержащие соединения металлов и пригодные для получения этих металлов заводским путем, носят название руд.
В состав золотосодержащих руд входят обычно следующие химические соединения: кремнезем, карбонат кальция, оксид алюминия, оксид магния, барит, различные оксиды тяжелых и легких металлов, а также сульфидные минералы (пирит, халькопирит, свинцовый блеск, цинковая обманка и др.).
Руда обычно состоит из двух частей: металлосодержащей, или ценной части, и пустой породы, или неценной части. Минералы пустой породы подразделяются по химическому составу на два класса: кислые и основные. Силикаты относятся к первому классу; оксиды кальция и магния и оксиды железа, марганца, натрия и калия относятся ко второму классу.
Руда может быть кислой, основной или самоплавкой в зависимости от преобладания в ней той или другой группы составных частей пустой породы, образующих шлак.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему