黄金,作为财富的象征,其价值和魅力贯穿了人类历史的长河。在全球范围内,黄金的开采与提炼是一个庞大而复杂的产业。
从金矿的形成到开采,再到金矿石的回收与精炼,每一个环节都蕴含着丰富的科学知识和精湛的工艺技术。
地球的黄金总储量约为48亿吨,但其中大部分位于地核,地幔中的黄金含量也颇为可观,而地壳中的黄金则极为稀少。在地球形成的初期,地球如同一个炽热的火球,任何物质都能被熔化。
当含有金元素的小天体撞击地球时,金元素被带到了地球。由于金的密度远大于一般物质,它们逐渐沉入地心。
大约在26亿年前的太古代,火山和板块活动极其活跃,火山喷发将大量金元素从地核带到地幔和地壳中,为金矿的形成奠定了基础。海洋沉积和区域变质作用形成了最初的金矿源。
大约在一亿年前的中生代,板块运动使得金元素活化、迁移并富集,形成了金矿田。岩金矿(也称为原生矿)、沙金矿以及伴生金矿共同构成了地球上的金矿床,其储量比例大约为70:15:15。
金矿的开采是一个需要综合考虑多个因素的复杂过程。开采是否值得,取决于矿石的品位。
一般来说,品位大于1g/t的矿体可以视为工业矿体,即开发成本与利润相当。过去,只有品位大于3g/t的金矿才有开采价值,但随着金价的上涨和提炼技术的进步,现在品位大于0.5g的金矿也有人愿意开采。
然而,高品位的金矿并不一定都值得开采,还需考虑储量、存在状态以及其他因素,如交通、水电、环境污染等。世界上有许多著名的金矿,其中南非的兰德金矿是最大的金矿,自1886年发现以来,已累计产出黄金3.5万吨。
该金矿带总长480公里,含矿面积2.07万平方公里,最大的一条矿带长190公里,含矿层厚达100多米,有200多层含矿层,开采深度达3600米。而世界上金品位最高的金矿位于澳大利亚维多利亚州的福斯特维尔金矿的斯旺矿段,2017年该矿段120米深处发现了品位超过9000克/吨的高品位自然金,着实令人惊叹。
金矿的开采过程大致分为三个阶段,且需要根据不同的黄金矿藏采用不同的开采方法。首先是探测阶段,要进行大量的勘探和开发工作,包括试验性钻井和证实性钻井,以确认黄金矿藏的储量、位置和深度。
接下来是确定开采和开发基础设施。最后,采用安全高效的矿石处理工艺提炼金矿石。
金矿开采分为露天开采和地下开采两种方式。露天开采适用于砂金和微细粒金矿。
砂金的开采分为人工挖掘和采金船两种方式,人工挖掘多用于河床地区,采金船则用于河床面积较大、含金层和品位较稳定的地区。微细粒金矿的矿体在地表出露良好,常氧化而成为松散的土状或松软岩石状,矿体越厚,开采的机械化程度越高。
以哈萨克斯坦的阿克莫拉金矿为例,这个已经开采近40年的微细粒金矿,从一个小矿坑发展成了135米深、121万平方米的超级大坑。金矿24小时运作,年产矿石800万吨,金品位为2克/吨。
开采方式全机械化操作,每天的开采工作都在有条不紊地进行着。而原生金矿多采用地下采矿法,地下采主要分为开拓、采准与切割、以及回采三个步骤。
金矿石的回收和提炼是一套极为复杂的工艺流程。在回收环节,氰化法是最常用且回收量较多的工艺。
在这一过程中,金会被氧化并溶解于碱性氰化物溶液中,如氰化钠。对于金品位较高的矿石,通过将矿石和溶剂原料放入装有搅拌器的大型贮罐中,搅拌使金充分溶解,以此实现氰化的池浸。
而对于低品位矿石,则采用堆浸法,用稀释的氰化钠溶液喷淋矿石堆,使溶液渗透进矿石,形成含金溶液。需要注意的是,氰化工艺仅适用于氧化矿,即金矿石氧化率高于30%的矿石。
对于原生金矿这类非氧化矿,通常会将矿石磨成细粉后,采用多种药剂进行浮选,富集得到含金量60%甚至更高的金精矿,随后这些金精矿会被送往冶炼厂进行精炼,以得到成品金。
在黄金的精炼过程中,为了去除杂质、提取纯金,有几种常用的方法。密勒法是在金处于熔点时,使用气态氯来提取杂质。
杂质会分离成一层,浮在熔融纯化金的表面。这种方法快速简便,但纯度约为99.5%左右。
另一种方法是沃尔威尔粗金电解精炼法,通过电解将纯度提高到约99.9%。在这个过程中,不纯的金样品被放入盐和氯化金的电解液中。
在电流的作用下,金会迁移到带负电荷的电极(阴极),在阴极恢复到高纯金属状态,而剩下的杂质则成为分液或残留物。
金矿开采业是一个全球性的产业,涵盖了除南极洲之外的六大洲。黄金的来源丰富多样,其规模和类型也各不相同。
与40年前供应源集中于南非的情况不同,如今黄金的地理分布更加多元化,没有一个地区占据绝对主导地位。根据世界黄金2016年的数据,亚洲地区的黄金产量占全球新开采总量的23%,中美和南美地区约占17%,北美约占16%,非洲约占19%,独联体地区则占14%。
值得注意的是,非洲、北美洲和大洋洲的黄金产量呈下降趋势,而拉丁美洲和亚洲的产量则在逐渐上升。每年,全球黄金矿业新采出约2500 - 3000吨黄金,不断增加着地上黄金的整体存量。中国的金矿开采业在全球范围内表现出色,紫山金铜矿便是中国较大的金矿之一。
中国在金矿开采和黄金消费方面的突出成绩,不仅体现了中国在该领域的技术实力和市场需求,也为全球黄金产业的发展做出了重要贡献。