Что это такое
Древние ученые восхищались золотом и считали, что это лучший металл из всех – царь металлов. Поэтому, когда алхимики обнаружили жидкость, способную к его растворению, назвали ее aqua regia (царская вода). В русском языке тогда жидкие реактивы назывались водкой. Отсюда и пошло название царская водка.
Это сильнейший растворитель, вступающим в реакцию даже со многими инертными металлами (золото, платина, рутений). Имеет оранжевый цвет и резкий запах диоксида азота и хлора.
Из чего состоит
Пригодный для растворения золота царский реагент состоит из смеси азотной и соляной кислот в соотношении 1:3. Используются реактивы с массовой концентрацией 68% и 35% соответственно.
При соединении компонентов образуются высокоактивные вещества: диоксид азота, хлор и нитрозилхлорид:
НNО3 + 3НCl = Сl2 + NОСl + 2Н2О 2NОCl = 2NО + Сl2 2NО + О2 = 2NО2
Как сделать самому царскую водку
Для приготовления царской водки надо соединить 3 части соляной кислоты с 1 частью азотной кислоты. Смешивать компоненты необходимо только перед применением, так как в процессе хранения летучие продукты испаряются, снижая активность растворителя.
Растворение золота возможно и в хлороводородной кислоте, но скорость реакции низкая. Азотка выступает в роли катализатора реакции. Поэтому сначала в стеклянную емкость следует залить НСl, поместить в нее золотосодержащие предметы. И только теперь постепенно добавлять азотную.
Важно не перелить азотку, так как это затруднит процесс осаждения Аu из раствора.
Осаждение и его суть
Осаждение золота железным купоросом проводится тогда, когда драгметалл представляет собой смесь царской водки и благородного элемента. Цвет жидкости может быть различным, химики отмечают, что растворенный в царской водке металл может мутнеть. Но по этому поводу беспокоиться не стоит.
Осаждение золота
Железный купорос — это всего лишь один из элементов, которые могут использоваться при осаждении. Но в большинстве случаев применяют именно его в силу доступности. По своей сути сульфат железа — это порошок, который имеет желтый или зеленоватый оттенок и используется химиками и медиками, поскольку является еще и лекарственным средством.
Осаждение — это выделение Au из раствора; если процедуру проводить с использованием сульфата железа, то стоит соблюдать определенную последовательность:
- Железный купорос рекомендуют растворить в воде, при этом соблюдая пропорции один к двум: одна часть купороса и две части воды. Если жидкость изменила цвет, потемнела или помутнела, то в нее необходимо добавить гвозди. Чистые железные гвозди помогут вернуть раствору прозрачность, обычно добавляют пять грамм гвоздей на 100 грамм уже приготовленного раствора.
- Поскольку царская водка — это смесь соляной и азотной кислот, аффинаж начинается с выпаривания лишнего количества азотной кислоты под колпаком. В процессе рекомендуют использовать вытяжку. Чтобы выпарить излишки азотной кислоты из раствора, нужно нагреть царскую водку. Ее стоит перелить в посуду из фарфора и поставить на огонь, в процессе аффинажа использовать не только железный купорос, но и хлорид натрия. Этот элемент поможет предотвратить распад хлорида азота.
- По мере нагревания раствора его желательно помешивать специальной палочкой из стекла. А также необходимо запастись соляной кислотой: по мере выпаривания ее постепенно добавляют в раствор.
- Когда консистенция раствора начинает напоминать густой кисель или суспензию, ее необходимо снять с огня, остудить. После того как раствор остынет, в него опять добавляют соляную кислоту.
- Следующий этап — это фильтрация. К фильтру стоит добавить сульфид железа, из которого ранее был приготовлен раствор.
- Если сделать все правильно, то золото, что содержалось в смеси реагентов, превратится в осадок красного или оранжевого оттенка. Он будет представлять собой порошок, который называют «тяжелым», поскольку осадок остается на дне сосуда. Он хорошо заметен.
Но осаждение золота на этом не заканчивается. Необходимо собрать осадок, его промыть под потоком воды и высушить, используя бумажный фильтр. Когда частицы высохнут, фильтр сжигают или выбрасывают, а порошок, который был получен в процессе аффинажа, — это и есть золото, ранее растворенное в царской водке. Количество примесей в составе драгметалла не слишком велико, зачастую удается получить золото высокой пробы.
Осаждение на этом можно считать завершенным. Но полученные частицы Au необходимо переплавить в слиток или небольшой кусочек.
Но осаждение проводят не только с использованием железного купороса, можно использовать и другие вещества.
Пошаговая инструкция, как растворить золото в царской водке в домашних условиях
Меры предосторожности
Во время реакции выделяются ядовитые газы (NOCl, Cl2, NO, NO2), которые способны привести к отеку легких и смерти. Все работы должны проводиться на открытом воздухе или в лабораториях с хорошей вытяжной системой вентиляции. Используйте респиратор, а также защитите тело и глаза от попадания едких реагентов. Действия должны быть максимально аккуратными, чтобы исключить риск разливания реактивов.
Подготовка золота
Золотосодержащие предметы перед растворением требуется очистить от пластика. Остальные примеси можно удалить азотной кислотой.
Неочищенные детали быстро загрязняют царскую водку и усложняют процесс извлечения золота. Для этого и проводится предварительная очистка.
После очистки механическим способом и азоткой оставшиеся в емкости металлы следует залить HCl. Начнется заметная реакция, свидетельствующая о растворении оставшихся примесей. После прекращения реакции сливаем реагент и заливаем новую порцию HCl.
Далее подогреваем смесь и постепенно добавляем азотную кислоту. Ее не обязательно расходовать полностью. Если растворение золота прекратилось, НNО3 перестаем добавлять и оставляем нагретый состав на 30 мин.
Фильтрация раствора
После выдержки очищаем раствор через фильтровальную бумагу и снова оставляем выдерживаться на 20-30 минут. Большинство летучих компонентов испарится, и выпаривание займет меньше времени.
Затем следует добавить серную кислоту в объеме 5 мл на 100 мл раствора и приступить к выпариванию царской водки. Реактив осадит оставшееся серебро и свинец, а также ускорит удаление НNО3.
Выпаривать раствор следует осторожно, медленно нагревая, но не доводя до кипения. Когда он станет сиропообразным, добавьте еще соляной кислоты и выпаривайте дальше.
Этот цикл можно повторить 2-3 раза.
Затем снова добавляем HCl до первоначальной консистенции, и полученную смесь разбавляем водой в соотношении 1:1. Выдерживаем раствор 24 часа в прохладном месте. Остатки хлорида серебра осядут на дно.
Теперь тщательно отфильтровываем раствор, чтобы избавиться от осадка и мути.
Осаждение золота
Для выделения золота из жидкости можно использовать следующие реактивы:
- гидразин (нужно добавлять по каплям, иначе может взорваться);
- железный купорос;
- пиросульфит натрия;
- щавелевая кислота;
- сульфит натрия;
- перекись водорода.
Наиболее простой, безопасный и дешевый метод – осаждение при помощи железного купороса. Уравнение химической реакции следующее:
НАuСl4 + 3FеSО4 = Fе2 (SО4) 3 + FеСl3 + НСl + Аu
Купорос берем в количестве 14 г на 1 г ожидаемого золота. Растворение проводят в теплой воде с добавлением хлороводородной кислоты. Затем вливаем все это в колбу с золотом.
Если жидкость не мутнеет, а шипит, то в нем осталось слишком много НNО3. В этом случае следует маленькими порциями добавлять железный купорос до прекращения шипения.
Полученную смесь выдерживаем в течение суток, чтобы осаждение завершилось.
На следующий день раствор нужно отфильтровать. Полученный осадок коричневого цвета и есть золотой песок. Его промываем НСl. Это удалит остатки железа. Потом можно промыть нашатырем, чтобы убрать медную примесь. И в конце следует несколько раз промыть горячей водой.
Теперь золото можно плавить и заливать в форму для получения слитка или в холодную воду, чтобы образовались золотые гранулы.
Этот способ позволяет получать золото 999 пробы.
Регенерация отходов золота
Золото во многих растворах имеет положительное значение потенциала, но в цианистых электролитах потенциал золота (отрицательный) становится больше, чем у серебра.
Au + 2CN- = Au(CN)-2+ ē
(φ = — 0,6 В);
Ag + 2CN- = Ag(CN)-2+ē
(φ= -0,31 В);
Au + 4Сl- = AuCl-4 +3ē (φ = 1,0 В).
Это свойство золота используется в большинстве случаев для снятия некачественных покрытий с деталей из меди, никеля и их сплавов. Раствор содержит NaCN (120 г/л) и Н2O2 (35 мл/л), температура раствора комнатная. Перекись водорода добавляют в раствор малыми порциями непосредственно перед снятием покрытия.
Со стали и латуни золото снимают в растворе (в г/л):
Цианидферрат 50
Цианид калия 20
Карбонат калия 10
Калий кислый фосфорнокислый до рН = 9
Режим снятия: температура раствора 45-50°С, напряжение 2,5 — 3 В, катод — из платинированного титана или золота. Из цианистых растворов (после снятия некачественного покрытия) или отработанных электролитов золота восстанавливают на катоде (условия те же, что и при золочении) или выделяют с помощью цинкового или алюминиевого порошка. Выпавший осадок обрабатывают соляной кислотой для перевода в раствор цинка, а затем азотной кислотой для удаления примесей серебра и меди. Промытый осадок используют в виде возвратных отходов.
Золотые покрытия, снятые в царской водке; упаривают и разбавляют водой. Затем в раствор добавляют железный купорос, подкисленный НСl, до тех пор, пока не выпадает осадок золота в виде темного порошка. Этот порошок применяют для приготовления хлорного золота.
Золото из окончательно отработанного электролита осаждают следующим образом. В электролит добавляют NaOH (до 10%-ной концентрации), подогревают до 50 — 60° С и восстановление золота ведут контактным путем, постепенно вводя в раствор полосы алюминия (толщина полосы <= 1 мм). Окончание восстановления проверяют по сохранению блестящей поверхности алюминия. Затем осадок сплавляют с бурой. При таком способе регенерации безвозвратные потери составляют 0,012 — 0,022% от общего расхода золота.
Покрытия сплавом золото — медь снимают без повреждения основы (латунь и бронза) посредством анодного растворения в H2SO4 (1,84). В качестве катода применяют свинец. При толщине покрытия 3 — 5 мкм процесс снятия заканчивается за 15-20 мин (iа = 3 ÷ 5 А/дм2). Конец снятия сплава определяется по скачку напряжения от 4 до 12 В. Этот способ можно применять и для снятия чистого золота.
Некачественные покрытия сплавом Au — Ag — Cu снимают в том же составе электролита, в котором осаждают это покрытие на серийные детали. Для этого в колокол объемом 5 — 7 л загружают детали из расчета 25 — 30 дм2 и процесс ведут без тока при вращении колокола. Скорость снятия покрытия ~ 3 мкм/ч.
Содержание золота в первом сборнике-улавливателе золотых электролитов должно быть равно 0,5 г/л, во втором <0,1 г/л, в третьем допустимы следы. Содержимое первого сборника используют для корректировки электролита золочения, а содержимое остальных сборников упаривают до сухого остатка.
Потери золота, как и других металлов, при нанесении покрытий на детали можно разделить на возвратные и безвозвратные. К безвозвратным относят те, которые связаны с приготовлением электролитов золочения и их эксплуатацией, а также при регенерации золота из отработанных электролитов и др.
К возвратным отходам золота относят, например, детали с некачественным золотом или полудой, золото в виде металла и крошки с катодных шариков, порошка или солей из отработанных электролитов, кусочки золота от анодов и т. д. Возвратные отходы планируются каждому предприятию в зависимости от его специфики.
Для регенерации золота из отработанных электролитов применяют ионообменную жидкостную экстракцию.
В качестве экстрагента используют триалкиламин в виде 0,2 М раствора в керосине. Раствор экстрагента — более легкая фаза, не смешивающаяся с водной фазой (электролитом). При перемешивании электролита и экстрагента золото полностью экстрагируется в органическую фазу. Имеющиеся в электролите другие металлы в органическую фазу, как правило, не переходят. Таким образом, золото не только извлекается в экстрагент, но одновременно очищается от примесей.
Экстракция золота, промывка экстрагента и реэкстракция осуществляются в одном десятикамерном экстракторе типа «смеситель-отстойник». Движение водной и органической фаз происходит многоступенчатым противотоком. Обе фазы смешиваются в камере смешения при вращении мешалок турбинного типа. Отстаивание (разделение) фаз осуществляется в камерах отстаивания.
Насыщенный золотом экстрагент подвергается дополнительной промывке от примесей 10%-ным раствором серной кислоты при соотношении объемов водной и органической фаз, равном 7:1. Из насыщенного экстрагента золото переводят в раствор цианистого калия (30 — 40 г/л). Этот метод применяют для регенерации золота из отработанных электролитов и промывных вод. Он позволяет практически полностью использовать золото в производстве.
