Металлургический анализ

Пробирная лаборатория XIX века в государственном историческом парке здания суда Надгробия , штат Аризона .

Модель канадской ( Юконской ) печати конца XIX века, использовавшейся для сертификации качества пробного золота .

Металлургический анализ — это анализ состава руды , металла или сплава , обычно выполняемый с целью проверки чистоты или качества.

Некоторые методы анализа подходят для сырья; другие больше подходят для готовой продукции. Необработанные драгоценные металлы ( слитки ) анализируются в пробирной палате . Серебро анализируют титрованием , золото - купелированием с индуктивно связанной плазмой , платину - оптической эмиссионной спектрометрией (ICP OES). Предметы искусства или ювелирные изделия из драгоценных металлов часто маркируются (в зависимости от требований законодательства места изготовления или места ввоза). Там, где требуется маркировка , полуобработанные предметы искусства или ювелирные изделия из драгоценных металлов проходят через официальные каналы тестирования, где они анализируются или проверяются на содержание драгоценных металлов. Хотя в разных странах разрешены различные юридически приемлемые пробы, на самом деле пробирщик проводит тестирование, чтобы определить, соответствует ли проба продукта заявлению или заявлению о пробине, заявленному производителем (обычно путем штамповки числа, например, 750 для 18-каратного золота). на предмете. Раньше анализ проводился методом пробного камня, но в настоящее время (чаще всего) его проводят с использованием рентгеновской флуоресценции (РФА). XRF используется, потому что этот метод более точен. чем испытание пробным камнем. Самый точный метод анализа известен как огневой анализ или купелирование. Этот метод лучше подходит для анализа запасов слитков и золота, чем произведений искусства или ювелирных изделий, поскольку это полностью разрушительный метод.

пробный камень

Метод пробного камня на сегодняшний день является наиболее распространенным и не повреждает рассматриваемый предмет. Натирание изделия производится на специальном камне, обработанном кислотами, и результат сравнивается с результатом той же обработки, выполненной на образце золота известной чистоты. красный радиоляриевый кремень или черный кремнистый сланец . Для этого использовали Различия в содержании драгоценных металлов всего лишь от 10 до 20 частей на тысячу часто можно с уверенностью установить с помощью теста с использованием кислот и образцов золота определенной, известной концентрации.

Рентгеновская флуоресценция

Современная рентгеновская флуоресценция (РФА) также является неразрушающим методом, который подходит для обычных требований анализа. Обычно он имеет точность от 2 до 5 частей на тысячу и хорошо подходит для относительно плоских и больших поверхностей. Это быстрый метод, занимающий около трех минут, а результаты могут быть автоматически распечатаны на компьютере.

Один из процессов рентгенофлуоресцентного анализа включает плавление материала в печи и перемешивание для получения гомогенной смеси. После этого отбирают пробу из центра расплавленного образца. Пробы обычно отбираются с помощью вакуумной игольной трубки. Затем образец исследуется методом рентгеновской флуоресцентной спектроскопии . Металлургический анализ обычно выполняется таким образом, чтобы обеспечить точность анализа.

Огневой анализ/купеляция

Пробирная палата Колорадо - около 1870 г. н.э.

Самый тщательно точный, но совершенно разрушительный анализ драгоценных металлов — это огневой анализ. (Его также можно назвать критическим этапом купелирования , на котором драгоценный металл отделяется от свинца.) Если метод применяется к слиткам в соответствии с международными стандартами, метод может быть точным для металлического золота до 1 части на 10 000. Если анализ проводится на рудных материалах с использованием плавления с последующим купеляционным разделением, обнаружение может выражаться в частях на миллиард. Однако точность определения рудного материала обычно ограничивается от 3 до 5% от заявленного значения. Несмотря на трудоемкость, этот метод является общепринятым стандартом, применяемым для оценки золотой руды, а также золотых и серебряных слитков на крупных нефтеперерабатывающих заводах и золотодобывающих компаниях.В случае огневого анализа золотых и платиновых руд длительное время, необходимое для проведения анализа, обычно компенсируется одновременным проведением большого количества анализов, а типичная лаборатория будет оборудована несколькими печами для плавления и купелирования, каждая из которых способна взятие нескольких проб, что позволяет проводить несколько сотен анализов в день. Основное преимущество анализа на огнестойкость заключается в том, что можно использовать большие образцы, что повышает точность анализа руд с низким выходом в диапазоне концентраций <1 г/т.

Фотография 1916 года, на которой пробирщик проводит электролиз образца золота в Пробирной палате США в Нью-Йорке .

Плавление: процесс требует самогенерирующейся восстановительной атмосферы, поэтому измельченную пробу руды смешивают с флюсами и источником углерода (например, угольной пылью, молотым древесным углем, мукой и т. д.), смешанным с порошкообразным оксидом свинца (глетом) в огнеупорной печи. тигель. Обычно несколько тиглей помещают в электрическую печь, оснащенную нагревательными элементами из карбида кремния, и нагревают до температуры от 1000 до 1200 °C. Требуемая температура и тип используемого флюса зависят от состава породы, в которой сконцентрированы драгоценные металлы, и во многих лабораториях используется эмпирический подход, основанный на многолетнем опыте.

Происходит сложная реакция, в ходе которой источник углерода восстанавливает оксид свинца до свинца, который сплавляется с драгоценными металлами: в то же время флюсы соединяются с измельченной породой, снижая ее температуру плавления и образуя стеклообразный шлак. Когда плавление завершено, образец погружается в форму (обычно железную), где шлак всплывает наверх, а свинец, теперь сплавленный с драгоценными металлами, опускается на дно, образуя «кнопку». После затвердевания образцы выбивают, а свинцовые пули извлекают для купелирования или для анализа другими методами.

Детали метода для различных процедур анализа на огнестойкость различаются, но химия концентрирования и разделения обычно соответствует традициям, установленным Багби или Шепардом и Дитрихом в начале 20 века. С тех пор усовершенствования методов в первую очередь автоматизировали обработку материалов и измерения окончательной отделки (т. е. обработку инструментом, а не взвешивание изделия из физического золота). Можно утверждать, что даже эти тексты в значительной степени являются продолжением традиций, которые были подробно описаны в De re Metallica Агриколы в 1556 году.

К отклонениям от навыков, преподаваемых в современной стандартной адаптации методологии анализа на огнестойкость, следует относиться с осторожностью. Стандартные традиции имеют долгую историю надежности; «Специальные» новые методы часто связаны с пониженной точностью анализа и мошенничеством .

Купели для проб и рафинирования благородных металлов

Купелирование: свинцовые пули помещаются в пористые тигли (купели) из костной золы или оксида магния и нагреваются на воздухе примерно до 1000 °С. Обычно это выполняется в «муфельной» печи, содержащей огнеупорный муфель (обычно карбид кремния с нитридными связями), нагреваемый снаружи нагревательными элементами из карбида кремния. Поток воздуха через муфель способствует окислению свинца и выводит пары для безопасного сбора за пределы печи. Свинец плавится и окисляется до оксида свинца, который, в свою очередь, плавится и втягивается в поры купели за счет капиллярного притяжения. Драгоценные металлы остаются в основании чаши в виде «гранул», которые отправляются на окончательный анализ содержания драгоценных металлов.

В процессе проверки на огнестойкость слитка образец изделия оборачивают свинцовой фольгой с добавлением меди и серебра. Завернутый образец вместе с подготовленными контрольными образцами нагревают при температуре 1650 °F (или 898,9 °C; температура зависит от конкретного метода) в чаше, изготовленной из прессованной костной золы или порошка оксида магния. Неблагородные металлы окисляются и впитываются в купель. Продукт этого купелирования (доре) расплющивают и обрабатывают азотной кислотой для удаления серебра. Прецизионное взвешивание металлоемкости проб и контроль процесса (пруфы) на каждом этапе процесса – основа предельной точности метода. Европейские пробирщики следуют традициям слитков, основанным на правилах клеймения . Авторитетные североамериканские пробирщики слитков точно соответствуют методу ASTM E1335-04e1 . Только методы анализа слитков, проверенные и соответствующие принятым международным стандартам, обеспечивают подлинную точность 1 часть на 10 000.

Одно лишь купелирование позволяет удалить из образца лишь ограниченное количество примесей. Применительно к рудам, концентратам или менее чистым металлам огневой анализ добавляет этап плавления или окарификации перед купелированием.

Монеты

Пробирщик монет часто назначается каждому монетному двору или пробирной палате, чтобы определить и гарантировать, что все монеты, произведенные на монетном дворе, имеют правильное содержание или чистоту каждого металла, указанного, как правило, законом, который должен содержаться в них. Это было особенно важно, когда золотые и серебряные монеты производились для обращения и использовались в повседневной торговле. Однако немногие страны продолжают чеканить серебряные или золотые монеты для общего обращения. Например, США прекратили использование золота в чеканке монет в 1933 году. США были одной из последних стран, прекративших использование серебра в обращающихся монетах после выпуска монеты в полдоллара нашей эры 1970 года, хотя количество серебра, используемого в монетах меньшего достоинства, был прекращен после 1964 года. Даже при использовании полдоллара количество серебра, используемого в монетах, сократилось с 90% в 1964 году и ранее до 40% в период с 1965 по 1970 год. В настоящее время в монетах преобладают медные, никелевые, медно-никелевые и латунные сплавы. изготовление. Тем не менее, несколько национальных монетных дворов, в том числе Пертский монетный двор в Австралии, Австрийский монетный двор, Британский королевский монетный двор, Королевский канадский монетный двор, Южноафриканский монетный двор и Монетный двор США, продолжают производить инвестиционные монеты из драгоценных металлов для коллекционеров и инвесторов. Чистота и содержание драгоценного металла в этих монетах гарантируется соответствующим монетным двором или правительством, поэтому анализ сырья и готовых монет является важным контролем качества.

В Великобритании « Испытание Пикса» — это церемониальная процедура, проверяющая соответствие вновь отчеканенных монет необходимым стандартам.

Дальнейшее чтение

• Багби, Эдвард Э. Учебник по огневым испытаниям, 3-е изд. (1940), Издательство горной школы Колорадо, Золотой Колорадо.
• Фултон, ХК, Руководство по огневому анализу , McGraw-Hill Book Company, Inc., Нью-Йорк, Нью-Йорк, 1911.
• Ленахан, В.К. и Марри-Смит, Р. де Л., Анализ и аналитическая практика в горнодобывающей промышленности Южной Африки , Южноафриканский институт горного дела и металлургии, Йоханнесбург, Южная Африка, 1986.
• Шепард и Дитрих, Учебник по анализу огня , книжная компания McGraw-Hill, 1940.
• Тейлор, П.Р. (редактор), Присбри, К.А., Уильямс, Дж.Ф., Отбор проб, подготовка, огневой анализ и химический анализ золотых и серебряных руд и концентратов , Факультет горного дела, машиностроения и металлургии, Университет Айдахо, 1981.
• Смит, Эрнест А. «Отбор проб и анализ драгоценных металлов», Met-Chem Research, Inc., Боулдер, Колорадо, 2-е изд. 1947 год.