Геохимические особенности золота как отражение его положения в таблице Д.И. Менделеева

Как следует из вышеизложенного, золото обладает целым рядом уникальных свойств: среди металлов имеет наибольшую электроотрицательность, наибольшее сродство к электрону, наибольшую орбитальную плотность, ковкость и пластичность. Это элемент среди металлов, наиболее близкий к неметаллам по своим химическим свойствам, и в то же время по своим физическим свойствам — типичный металл.

Уникальность золота как химического элемента становится во многом понятной при внимательном рассмотрении и анализе его местонахождения в периодической системе элементов Д.И. Менделеева (неразвернутый вариант): имея порядковый номер 79, оно занимает исключительное положение — располагается в самом нижнем левом углу таблицы (рис. 2). Ниже и несколько правее золота находится лишь один элемент - франций, с порядковым номером 87, но он в природных условиях практически не фиксируется. Франций — редчайший элемент из группы редких. Из всех химических элементов (исключая трансурановые) он самый неустойчивый. Период полураспада его наиболее устойчивого изотопа составляет всего 22 мин. Получают франций в ничтожных количествах, не поддающихся взвешиванию, искусственным путем в результате проведения ядерных реакций, в том числе при облучении (бомбардировке) золота ускоренными многозарядными ионами или протонами высоких энергий. По подсчетам, из 5976*10в18 т земного вещества на долю франция приходится всею чуть больше 500 г.

Золото, являясь ближайшим верхним соседом франция по первой группе элементов, также характеризуется соответственно крайне низким содержанием в земной коре. Кларк его хотя и намного выше в сравнении с францием, но тем не менее остается очень невысоким — порядка4 мг/т. Кларк же всех других металлов, расположенных в таблице Д.И. Менделеева ближе франция, т. е. с порядковым номером менее 87, намного выше — в 20-1000 раз. При этом самые низкие кларки имеют металлы, являющиеся самыми близкими соседями золота по таблице — серебро, платина и ртуть, расположенные соответственно в одной подгруппе — выше золота и левее и правее его — в одном ряду с золотом. Именно кларки этих трех металлов примерно в 20 раз превышают кларк золота. Все же остальные металлы, в том числе таллий, свинец и висмут, имеют кларки на 2-3 и более порядка больше, чем золото.

Этим объясняется сравнительно редкая распространенность золоторудных месторождений и, главное, относительно низкие содержания в них золота. Так, по сравнению с молибденом, вольфрамом и оловом промышленные содержания золота меньше в среднем в тысячу раз, в сравнении со свинцом и цинком — в десять тысяч раз. Этим прежде всего, а также сложностью геологического строения золоторудных месторождений и обычно крайне неравномерным распределением в них металлов объясняются высокие цены на золото и использование его в качестве общепризнанного валютного металла.

При крупных запасах месторождения золота могут являться рентабельными для эксплуатации по простейшим флотационно-гравитационным схемам обогащения уже при содержаниях 2-3 г/т. При благоприятных горно-технических условиях и технологических свойствах руд, пригодных для избирательного выщелачивания металла, отрабатываются месторождения и с более низкими содержаниями — 0,5-1,5 г/т. По мере дальнейшего технического прогресса в эксплуатацию, несомненно, будут вовлекаться объекты и с более низкими концентрациями золота, особенно при комплексной переработке руд.

Золоторудные месторождения в свете сказанного — редко встречающиеся образования, в которых концентрация основного полезного компонента в определенном объеме возрастает по сравнению с обычным кларковым фоном не менее чем в сотни—тысячи раз за счет исключительно благоприятного для рудоконцентрирования сочетания совокупности различных факторов — геохимических, структурно-тектонических, палеогидрологических, метаморфических или магматических. Успешные поиски и оценка месторождений золота требуют, очевидно, большого искусства, умелого использования и знания всех этих факторов.

В периодической системе элементов Д.И. Менделеева золото находится в одной I группе со щелочными металлами — Na, К, Rb, Cs — и как последний по своим физическим свойствам является типичным металлом. Однако по положению в группе оно существенно отличается от щелочных металлов: располагается не в главной, а в побочной подгруппе, совместно с медью и серебром. Соответственно и его химические свойства существенно иные. Обусловлено это тем, что наружный электрон атома золота (как меди и серебра) находится гораздо ближе к ядру и, следовательно, сильнее притягивается к нему. По этой же причине ионы золота гораздо легче восстанавливаются. т. е. не отдают, а присоединяют электроны. Различиями в строении электронных слоев элементов основной и побочной подгрупп вызваны и существенные отличия в валентности золота и щелочных металлов.

Исходя из положения в таблице Д.И. Менделеева становится понятным также исключительное многообразие геохимических свойств золота: оно одновременно является сидерофильным, халькофильным и литофильным элементом. Резко проявлены у него также галогенофильные, гидрофильные и особенно биофильные свойства. Хорошо выражены и атмофгдьные (нейтральные) свойства золота, определяющие его “самородность”. Все это обусловливает “космополитизм” золота — способность образовывать промышленные концентрации в итоге весьма разнообразных реакций и геологических процессов. He случайно исседователи ранее относили золото по геохимическим особенностям к различным классам или группам: В.М. Гольдшмидт —к халькофильному классу, В.И. Вернадский — к благородным металлам, Е. Садецки-Кардош - к сидерофильной группе, американские исследователи — к биофильным элементам, А.И. Перельман — к халькофильным металлам и т. д.

Сидерофильные свойства золота хорошо известны и вполне понятны исходя из его расположения в периодической таблице элементов: в ней золото соседствует с платиной (порядковый номер платины 78, золота — 79) — элементом VIII группы с ярко выраженными сидерофильными свойствами. Впервые обстоятельно сидерофильные свойства золота были показаны Ю.Г. Щербаковым, посвятившим этому вопросу детальные исследования. Золото как в рассеянном состоянии, так и в рудных концентрациях явно тяготеет к темноцветным и рудным минералам и горным породам (осадочным, метаморфическим, магматическим), содержащим в существенных количествах железо. Кларк его для железосодержащих минералов и пород явно более высокий, чем для слабожелезистых и лишенных железа. Особенно высокорезультативными оказались работы последних лет по оценке золотоносности железистых кварцитов. Установлено, что они практически постоянно содержат существенные концентрации сингенетичного золота и новообразованные, регенерированные, часто рентабельные для извлечения. Золоторудные месторождения в железистых кварцитах, в первую очередь раннедокембрийские (AR—PR1), занимают в настоящее время одно из важных мест в золотодобыче многих зарубежных стран. Выделены в связи с этим золоторудные месторождения золото-джеспилитовой формации. Они нередко являются весьма крупными по запасам. особенно карбонатно-сульфидной фации. Характерные примеры — месторождения Морро-Велью, Пассажем и Panococ на Бразильском щите, Копперхед и Хилл-50 — на Западно-Австралийском щите, Сентрал-Патрисиа — на Канадском щите.

На территории России золотоносность железистых кварцитов изучена еще слабо или очень слабо, выполнен относительно небольшой объем поисковых работ. Повышенные содержания золота установлены в железистых кварцитах Кривого Рога и Михайловского рудника Курской магнитной аномалии (до 1,5 г/т в отдельных пробах, редко — выше), атакже на юге Сибирской платформы в Якутии (участок Лемочинский) и в Амурской области (участок Хорогочи), где содержания пока оказались невысокими, но но отдельным редким пробам достигают 10-15 г/т. Железистые кварциты Буреинского массива (месторождение Кимканское и др.) специально на золото вообще не оценивалось. В нескольких отобранных штуфных пробах повышенные содержания золота не обнаружены. Однако в железистых кварцитах соседней провинции Хейлуншян Китая, аналогичных по возрасту, известно отработанное золоторудное месторождение со средним содержанием золота порядка 1,5 г/т. Повышенные содержания характерны для гидроксидов железа, магнетита и сульфидов железа. Отмечены повышенные содержания золота (до 1,4 г/т) и в металлической фазе железных метеоритов.

В разрабатываемых зарубежных месторождениях золото-джеспилитовой формации средние содержания золота весьма различны — от 1,5 до 10-15 г/т.

Халькофильные свойства золота менее заметны исходя из положения его в таблице Менделеева, и не случайно в связи с этим взаимоотношения золота непосредственно с серой нередко противоречивы. Более характерна ассоциация золота с железосодержащими сульфидами, поскольку для рудообразования наиболее предпочтительны условия, проявляющиеся одновременно повышенным содержанием железа и серы (сульфидов). Поэтому лучше характеризовать золото как сидерохалькофильный элемент. Непосредственно в таблице Менделеева связь золота с серой выражается характером свойств его ближайших “соседей” по вертикали и горизонтали — серебра и ртути. Оба они типичные халькофилы. He случайна и связь золота с сульфидами, давно учитываемая при поисках и прогнозировании месторождений золота.

Галогенофильные свойства золота давно известны и используются при его растворении. Однако при формальном рассмотрении местонахождения золота в таблице Менделеева они не видны. Фтор, хлор, бром, йод пространственно значительно удалены от золота. Как отражение этого характерно отсутствие минералов золота, содержащих галогены. Галогениды золота - наиболее легко растворимые его соединения. В геологических образованиях тесная связь золота с фтором проявляется довольно часто, но имеет скрытый характер. Как уже отмечалось, наличие фторапатита в золоторудных месторождениях — нередкое явление. Установлены случаи корреляционной связи с фтором.

Биосильные (органофильные) свойства золота выражены интенсивно и проявляются в его тесной связи с различными органическими образованиями. Характерно наличие металлорганических соединений. выявляется все большая значимость золота в жизнедеятельности различных растительных и животных организмов. Углеродистые толщи — генераторы наиболее крупных по запасам месторождений золота.

Непосредственно из таблицы Менделеева важная роль углерода в геохимии золота также особенно не заметна. Однако она становится понятной и, более того, ее можно предсказать, если принять во внимание геохимические свойства углерода и золота, способность различных соединений золота легко восстанавливаться углеродом.

Литофильные свойства золота, как правило, не выражены. Тесная ассоциация его с кварцем обусловливается, по существу, не химическими, а кристаллофизическими и кристаллохимическими свойствами золота и геля кремнезема, повышенной способностью последнего захватывать, транспортировать и удерживать коллоидальное золоте и гидроксидные соединения его типа Au(OH) и Au(OH)3.

Гидрофильные свойства типичны для золота и вытекают из положения его в I группе таблицы Менделеева. Проявляются они в повышенной растворимости его в воде, что установлено экспериментально. В растворенном состоянии одновременно может присутствовать несколько форм золота— катионное, анионное и коллоидное, а также различные гидрооксокомплексы. Роль их в рудообразовании может быть весьма существенной — как в гипогенных, так и в поверхностных условиях.

Атмфильные (нейтральные) свойства золота вытекают из “благородности” золота как химического элемента и являются определяющими в понимании его геохимии, условий концентрированного осаждения и распределения в различных горных породах и минералах. Проявляются они также и в высокой летучести золота. В различных горных породах и минералах золото в подавляющей массе присутствует в виде электронейтральных частиц различных размеров — от мельчайших тонкодисперсных до крупных самородков, массой несколько килограммов.