Цементация золота и серебра цинковой пылью с последующей кислотной обработкой

            Это главный метод определения золота и серебра в цианистых растворах. В основе процесса цементации лежит способность более электроотрицательного металла вытеснять (или замещать) из раствора более электроположительные металлы. Наиболее эффективным цементатором для золота и серебра из цианистых растворов является металлический цинк:

2Na + Zn = Na2  + 2Аu;

2Na + Zn = Na2  + 2Ag.

Цементация –  это типичный электрохимический процесс, где можно выделить анодный участок (процесс окисления цинка):

Zn = Zn2+ + 2ē; Zn2+ + 4CN- = Zn(CN)42- (E0 = - 1,26 В)

и катодный участок:

2Au(CN)2- + 2ē = 2Аu + 4CN- (E0 = - 0,54 В).

         Разность величин потенциалов этих процессов относительно велика (E0=0,72 В), поэтому цементация протекает быстро и полно.

       Однако при цементации благородных металлов из цианистых растворов цинковой пылью одновременно с процессом восстановления золота могут идти побочные процессы, а именно:

1. Восстановление цинком водорода воды:

Zn + 4CN- + 2Н2O = Zn(CN)42- + 2OН-  + Н2 (E0 = 0,43 В),

2. Восстановление цинком растворенного молекулярного кислорода:

2Zn + 8CN- + 2H2O + O2 = 2Zn(CN)42- + 4OН- (E0 = 1,66 В).

При сопоставлении разности потенциалов анодного и катодного участков рассмотренных восстановительных процессов очевидна следующая их последовательность:

1. Восстановление цинком кислорода (E0 = 1,66 В),

2. Восстановление цинком золота (E0 = 0,72 В),

3. Восстановление цинком водорода (E0 = 0,43 В).

         Следовательно, в присутствии кислорода осаждение благородных металлов цинком прекращается. Поэтому перед цементационным осаждением золота и серебра обязательно проведение операции обескислороживания растворов. Учитывая, что цементация является гетерогенным процессом, протекающим на границе раздела жидкой и твердой фаз, для интенсификации осаждения целесообразно использовать очень тонкий порошкообразный цинк, так как Sуд. = k/d, где Sуд. –  удельная поверхность цинка, м2/г; d – диаметр частиц цинка, мм; k – константа пропорциональности. При отсутствии достаточной концентрации растворов по цианиду и наличии кислорода в процессе цементационного выделения благородных металлов могут образовываться так называемые белые осадки, покрывающие поверхность осадителя и нарушающие контакт с ней золотосодержащих растворов, что прекращает процесс осаждения. Основными составляющими этих осадков являются гидроксид и простой цианид цинка:

2Zn + 4OН- +O2 = 2ZnO22- + 2H2O;

Zn + 2OН- = ZnO22- + H2;

ZnO22- + 2Н2O = Zn(OH)2 + 2OН-;

Zn(OH)2 + 2- = 2 Zn(CN)2 + 2OН-.

          Появление белых осадков свидетельствует о недостаточной концентрации в растворах свободного циан-иона, так как при значительной концентрации последнего эти осадки растворяются с образованием комплексного цианида цинка:

Zn(OH)2 + 4NaCN = Na2 + 2NaOH ;
Zn(CN)2 + 2NaCN = Na2.

          Поскольку после окончания цементации избыток цементатора растворяют в кислоте, имеется опасность потери с растворами тонкодисперсного золота, находящегося в виде тонких отложений на поверхности цинка. Кроме того, при повышенной щелочности растворов обильное выделение водорода создает газовую подушку вокруг частиц цинка, что ухудшает течение процесса. Обе эти проблемы решаются при освинцевании цементатора. Для этого в раствор вводят уксуснокислый свинец, который, реагируя с цинком, выделяет металлический свинец. Последний оказывается в тесном контакте с металлическим цинком. С одной стороны, этот свинец выступает в качестве коллектора благородных металлов при последующем кислотном растворении избытка цинка, а с другой – развитие катодной поверхности (пара Zn-Pb) способствует перераспределению выделяющихся газов на большей площади. Помимо отмеченных положений для полного выделения благородных металлов при цементации необходимо, чтобы цементирующий металл (цинк) был в твердой фазе в значительном избытке, и чтобы осуществлялось интенсивное движение раствора относительно поверхности цементатора (диффузионная кинетика).

            Учитывая отмеченное, анализ цианистых растворов на содержание благородных металлов проводится следующим образом (методом Альфреда-Чидди). В колбу объемом 250 мл заливается 100 мл золотосодержащего цианистого раствора, который подкрепляется (если это необходимо) до концентрации NaCN 0,05 %. Пробу раствора нагревают и кипятят в течение 10-15 минут (для удаления кислорода), затем вводят в раствор 10 мл насыщенного раствора ацетата свинца и 2 г цинковой пыли, взбалтывая (перемешивая) содержимое колбы после каждого прибавления. Пробу прогревают в течение 30 минут при перемешивании. Выделение на частичках цементатора пузырьков газообразного водорода является индикацией конца цементационного осаждения золота. Затем добавляют 15 мл разбавленной соляной кислоты (HCl:H2O = 1:1), и медленно кипятят до полного растворения цинка (до прекращения выделения пузырьков газообразного водорода). Выделяющуюся очень пористую свинцовую губку, содержащую благородные металлы, после растворения цинка собирают стеклянной палочкой в комочек. Отдельно подготавливают пустую чистую колбу с воронкой, в которую укладывают фильтр из тонкой свинцовой фольги, основание которого накалывают иголкой. Через этот фильтр отфильтровывают полученную свинцовую золотосодержащую губку от раствора, которую тщательно промывают на фильтре горячей дистиллированной водой и сушат. Сухую губку заворачивают в свинцовый фильтр в виде компактного комочка, который направляют на купелирование.