La separación del oro es la separación del oro de la plata (y otras impurezas metálicas). El oro y la plata suelen extraerse de los mismos minerales y son químicamente similares, por lo que es difícil separarlos. La aleación de oro y plata se denomina electrum . [1]
Hay dos tecnologías dominantes. Ambas parten de oro relativamente puro.
Existen métodos alternativos para separar el oro. La plata se puede disolver de forma selectiva hirviendo la mezcla con ácido nítrico al 30 %, un proceso que a veces se denomina incuartación. La afinación es un proceso en gran medida obsoleto para eliminar la plata del oro utilizando ácido sulfúrico concentrado . [4]
Se ha investigado la separación sin ácido (ALS) para prerrefinar aleaciones de doré y joyería incluso cuando hay un alto contenido de plata, lo que normalmente es un problema para los procesos de prerrefinación química existentes. Los metales se separan por destilación. [5]
La copelación elimina el oro y la plata de mezclas que contienen plomo y otros metales, pero la plata no se puede separar del oro solo con este proceso.
El proceso de separación del oro se inventó específicamente para eliminar la plata. La aparición de la moneda exigió métodos para eliminar las impurezas del oro. A lo largo de los siglos se han inventado métodos especiales de separación.
El principal proceso antiguo de separación del oro era la cementación con sal, de la que existen evidencias arqueológicas desde el siglo VI a. C. en Sardis , Lidia . En el período postmedieval también se utilizaba la separación con antimonio , sulfatos y ácidos minerales .
Los primeros intentos de refinar el oro se pueden demostrar mediante la mejora de la superficie de los anillos de oro. La calidad del oro se incrementó en la superficie en un 80-95% de oro en comparación con el 64-75% de oro en el interior encontrado en la cueva de Nahal Qanah, que data del cuarto milenio a. C. Otra evidencia proviene de tres cinceles de oro del cementerio real del tercer milenio a. C. en Ur que tenían una superficie con alto contenido de oro (83%), bajo contenido de plata (9%) y cobre (8%) en comparación con un interior de 45% de oro, 10% de plata y 45% de cobre. La superficie estaba compactada y muy pulida e indica el uso temprano del dorado por agotamiento .
La separación del oro de la plata no se practicaba en la antigüedad antes del Período Lidio (siglo XII a. C. a 546 a. C.). [6] El material de Sardis (en la Turquía moderna ) es evidencia del uso más temprano de la separación de oro y plata en el siglo VI. [7] Las fuentes literarias y la falta de evidencia física sugieren que la separación de oro y plata no se practicaba antes de mediados del primer milenio a. C. La separación del oro llegó con la invención de la moneda y no hay evidencia del uso de un verdadero proceso de refinación antes de la introducción de la moneda. Como refinar el oro (a diferencia del realce de la superficie) da como resultado una pérdida notable de material, habría habido pocas razones para hacer esto antes de la llegada de la moneda y la necesidad de tener un grado estándar de material.
La primera referencia literaria posible al proceso de separación de la cementación de sal se encuentra en el Arthashastra , un tratado del siglo IV a. C. de la India , que menciona el calentamiento del oro con tierra del Indo. La tierra del Indo se entiende como suelos con alto contenido de sal , nitro y sales de amonio y, por lo tanto, ideales para el proceso de separación de la cementación. Una descripción temprana más conocida y más detallada es dada por Diodoro Sículo en el siglo I a. C. citando un libro perdido anterior, Sobre el mar Eritreo del siglo II a. C. por Agatárquides de Cnido . [8] Notton realizó un experimento que recreaba el proceso descrito por Diodoro Sículo calentando una mezcla de oro y sal en una olla sellada durante 5 días y se encontró que era exitoso.
Plinio, en su Naturalis Historia, menciona la purificación del oro varias veces y hace referencia al proceso de cementación con sal para separar el oro. Dice que el oro se " tuesta con un peso doble de sal y tres veces el peso de misy (sulfatos férricos) y nuevamente con dos porciones de sal y una de la piedra que se llama esquisto ". Aquí describe el calentamiento del oro con sal y sulfatos de hierro que actúan para disolver el cobre y la plata en el oro. [9] Se han encontrado recipientes de separación utilizados para refinar el oro con el proceso de cementación en Londres , Lincoln , York y Winchester . Los recipientes de Londres, que datan del período Flavio (c. 70-85 d. C.), estaban sellados con arcilla de cementación ; el análisis XRF detectó oro y plata, con la concentración más alta alrededor de la región sellada, lo que muestra un posible escape de plata como cloruro de plata volátil . [10]
La separación de oro se había utilizado mucho en la antigüedad, pero solo en el período medieval se escribieron descripciones claras y detalladas de los procesos. Todos los hallazgos arqueológicos de la separación romana y medieval temprana apuntan a un proceso en estado sólido que utiliza sal común como ingrediente activo. [11] El único grupo grande de vasos de separación medievales descubierto hasta ahora se encontró en los sitios de Coppergate y Piccadilly en York. [12] La decoloración rosada-púrpura de los vasos mostró que se habían utilizado con el proceso de cementación de sal que elimina el hierro de la arcilla como cloruro férrico . Se conocen otros fragmentos de vasos de Carlisle y Winchester. [13] Teófilo fue un monje alemán del siglo XII y en su libro De Diversus Artibus [14] da la descripción más clara del proceso de cementación de sal.
Se parte en pedacitos una teja o un trozo de arcilla de horno quemada y enrojecida y, cuando esté hecha polvo, se divide en dos partes iguales según su peso y se le añade una tercera parte de sal del mismo peso. Luego se rocía ligeramente con orina y se mezcla de modo que no se pegue, sino que quede apenas humedecida.
— Teófilo , [15]
Esta mezcla se coloca luego en una olla de barro y se cubre con láminas finas de papel de oro . Luego, la olla se sella y se calienta en un horno.
Luego pon el fuego y la leña debajo y cuida de que no falte un fuego abundante durante el espacio de un día y una noche. Por la mañana, sin embargo, saca el oro y funde de nuevo, martíllalo y mételo en el horno como antes. Después de otro día y otra noche, sácalo de nuevo, mezcla un poco de cobre rojo con él, funde como antes y mételo de nuevo en el horno. Y cuando lo hayas sacado por tercera vez, lávalo y sécalo con cuidado. Pésalo, cuando esté seco, y mira cuánto se ha perdido, luego dóblalo y guárdalo.
— Teófilo , [16]
Fue durante el período medieval cuando se descubrió la destilación y la primera descripción de la producción de ácido nítrico la dio Pseudo-Geber en la Summa perfectionis , 1330. El ácido nítrico es capaz de disolver la plata. La adición de sal amoniacal al ácido nítrico crea agua regia y este ácido es capaz de disolver el oro. Ambos ácidos se utilizan en el método ácido de separación, pero los ácidos eran caros, por lo que no se utilizaron hasta el período postmedieval. [17]
Biringuccio ofrece descripciones completas de los procesos de cementación de sal en su The Method of cementing gold and of Bringing it to its Ultimate Fineness ; en Probierbuchlein – Little Books on Assaying; por Georgius Agricola en el libro 10 de De Re Metallica ; y por Ercker en su Treatise on ores and assaying . Este fue un período en el que se comenzaron a explorar nuevas técnicas. La granulación del oro en lugar de la lámina de oro aumentó el área de superficie y, por lo tanto, la eficiencia de la reacción. La cementación de sal continuó siendo el principal método de separación hasta el siglo XVI, pero en la Edad Media tardía comenzaron a usarse procesos que utilizaban azufre , antimonio y ácidos minerales. Hay hallazgos arqueológicos en sitios de Londres de recipientes de destilación para hacer ácidos en Gran Bretaña del siglo XV que incluyen fragmentos de cucurbitáceas de cerámica (recipientes para calentar productos químicos reactivos) que se usaban con alambiques para la destilación. [18] En el siglo XVIII, la cementación se utilizaba raramente y había sido reemplazada por el tratamiento con ácido. En la época moderna, el método de separación con ácido siguió utilizándose, pero se descubrieron otros métodos. En la década de 1860, en Australia, se desarrolló el proceso Miller , que eliminaba la plata burbujeando gas cloro a través de la mezcla de oro fundido. Poco después, en la década de 1870, se desarrolló el refinado electrolítico del oro, el proceso Wohlwill , para abordar el problema de la eliminación del platino del oro. Esta técnica es la más utilizada en la actualidad. [19]
Este proceso se utilizó desde Lidia hasta la época postmedieval. Es un proceso en estado sólido que depende de la sal común como ingrediente activo, pero es posible utilizar una mezcla de salitre (KNO3 ) y vitriolo verde (FeSO4 ) . El proceso básico implicaba mezclar una lámina de oro argentífero (en períodos posteriores se usaban gránulos), sal común y polvo de ladrillo o arcilla quemada en un recipiente cerrado y sellado. Teófilo menciona la adición de orina a la mezcla. Con el calentamiento, la plata reacciona con la sal para formar cloruro de plata que se elimina dejando atrás un oro purificado. Las condiciones necesarias para este proceso son inferiores a 1000 °C, ya que el oro no debe fundirse. La plata se puede recuperar fundiendo los restos. [20] El calentamiento puede tardar 24 horas. Hoover y Hoover [21] explican el proceso de esta manera: bajo calentamiento, la sal (cloruro de sodio, NaCl) se descompone en presencia de sílice y alúmina (del polvo de ladrillo o arcilla) para producir ácido clorhídrico y también algo de cloro. Este reacciona con la plata para producir cloruro de plata (AgCl). La orina es ácida y favorece la descomposición. El cloruro de plata es volátil y se eliminaría del metal. Además, el recipiente se sella para impedir que la plata se escape, que se puede recuperar más tarde. En experimentos, Notton descubrió que con un calentamiento se podía reducir el contenido de oro del 37,5 % al 93 % [22].
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Este proceso es similar al de cementación con sal, pero crea sulfuros en lugar de cloruros. El oro impuro finamente dividido y el azufre elemental se hacen reaccionar juntos a fuego moderado en un crisol sellado. Las impurezas forman sulfuros metálicos y el oro queda sin reaccionar. El sulfuro gaseoso se condensa en la tela del crisol. El proceso con antimonio es el mismo, pero utiliza estibina ( Sb2S3 ) en lugar de azufre porque la estibina es estable a una temperatura más alta que el azufre. Este proceso es mucho más rápido que el proceso con sal y dio un oro más puro, pero también podría disolver parte del oro. Este proceso se describe por primera vez en Probierbuchlein . [23]
La destilación se utilizó en Europa en el siglo XII después de su introducción desde Oriente [24] y después de ese período se pudieron crear ácidos más potentes. El ácido nítrico ( aqua fortis , llamado por Agricola aqua valens ) se podía hacer mediante la destilación de salitre (KNO 3 ) con agua y alumbre (KAl(SO 4 ) 2 ) o vitriolo (FeSO 4 ). [18] [19]
2KNO 3 + H 2 O + FeSO 4 → FeO + K 2 SO 4 + 2HNO 3
El ácido nítrico, después de la destilación para aumentar la fuerza del ácido, es capaz de disolver la plata, pero no disolverá (por sí solo) el oro. Sin embargo, el ácido nítrico no puede extraer (por completo) la plata y otras impurezas de una aleación con un alto contenido de oro. Por lo tanto, una parte de oro de desecho se aleaba típicamente con tres partes de cobre (cuarteo) antes de separarlo con ácido nítrico. Otro método utiliza plata esterlina en lugar de cobre. Una parte de oro puro se alea con tres partes de plata esterlina (cuarteo). El oro de seis quilates (6K) resultante se puede separar luego con ácido nítrico diluido (una parte de ácido nítrico al 68-70% por una parte de agua destilada). Con el oro de quilates tan bajo (6K), y a fuego medio alto, el ácido nítrico diluido disolverá la plata esterlina (y otros metales básicos en el oro de quilates) comenzando en la superficie exterior de la aleación de oro de 6K, abriéndose camino hacia la aleación de oro, formando una estructura de panal a medida que avanza hacia los metales. Como el ácido nítrico no disuelve el oro, una vez finalizada la reacción quedará oro casi puro (muy cercano al 99,5 %). Después de retirar el oro sólido, se pueden extraer del líquido otros elementos como la plata y el cobre. Para que el oro alcance un nivel de pureza muy alto (oro fino 999), a veces se lo procesa más con agua regia para eliminar eficazmente todas las impurezas.
El agua regia también se utilizaba para separar. Se hacía añadiendo sal amoniacal al ácido nítrico, lo que producía una mezcla de ácido clorhídrico y ácido nítrico. Este ácido disolvía el oro en un cloruro soluble y la plata se atacaba y precipitaba como un cloruro insoluble. La plata se eliminaba mediante filtración y luego se recuperaba el oro evaporando el líquido y calentando el residuo. El ácido nítrico era adecuado para separar pequeñas cantidades de oro de la plata y el agua regia se utilizaba para separar pequeñas cantidades de plata del oro. El proceso del agua regia con ácido lo utilizan los refinadores de los restos de oro que se utilizan en la fabricación de joyas. Este proceso también es adecuado para reciclar las joyas usadas o rotas de los consumidores directamente en el inventario de 24 kt del mercado global. [17]