Bản dịch nghiên cứu khoa học tách Au từ quặng dùng họ thioxyanat, quá trình động lực học và tối ưu hóa chất

Hòa tách Vàng từ Quặng Oxide bằng Thiocyanate: Tối ưu hóa Quy trình và Động học
Tác giả: Atefeh Azizitorghabeh, Harshit Mahandra, Juliana Ramsay, Ahmad Ghahreman

Trang 1:

Tóm tắt:
Thiocyanate (SCN⁻) là chất hòa tách vàng triển vọng thay thế cyanide, với độc tính thấp hơn 1.000 lần. Nghiên cứu tối ưu hóa thu hồi vàng từ quặng oxide bằng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) với các thông số:

• Nồng độ SCN⁻ ban đầu: 10–500 mM

• Nồng độ Fe³⁺ ban đầu: 10–500 mM

• Mật độ bùn: 10–50% (w/v).

Kết quả tối ưu:

• Thu hồi vàng 96% ở điều kiện:

  • 500 mM SCN⁻ (↔ 81,070 g/t NaSCN)

  • 100 mM Fe³⁺ (↔ 19,994 g/t Fe₂(SO₄)₃)

  • Mật độ bùn 50%

  • Nhiệt độ 25°C, pH = 2, thời gian 24 giờ.

• Cơ chế hòa tách tuân theo mô hình lõi co (shrinkng core), kiểm soát bởi quá trình khuếch tán.
  Trang 2

  1. Giới thiệu

• Vàng được ứng dụng rộng rãi trong điện tử, y tế, đầu tư.

• Công nghệ cyanide độc hại, tiêu thụ năng lượng lớn do quặng nghèo dần.

• Các chất thay thế: thiosulfate, thiourea, thiocyanate (SCN⁻).

  • Ưu điểm của SCN⁻:

    • Tiêu thụ thấp hơn thiourea/thiosulfate.

    • Độc tính chỉ bằng 0.1% so với cyanide.

    • Bền vững trong nhiều môi trường.

• Tỷ lệ Fe³⁺/SCN⁻ tối ưu:

  • Quặng sulfide: 2–20

  • Quặng oxide: <1.

• Nhiệt độ (25–55°C) ít ảnh hưởng đến hiệu suất.

• Mục tiêu nghiên cứu:

• Tối ưu hóa thông số hòa tách vàng từ quặng oxide bằng RSM.

• Cơ chế hòa tách vàng bằng SCN⁻:

  Au + 2SCN⁻ + Fe³⁺ → Au(SCN)₂⁻ + Fe²⁺ (1)
  Au + 4SCN⁻ + 3Fe³⁺ → Au(SCN)₄⁻ + 3Fe²⁺ (2)

• Tỷ lệ Fe³⁺/SCN⁻ tối ưu:

  • Quặng sulfide: 2–20

  • Quặng oxide: <1.

• Nhiệt độ (25–55°C) ít ảnh hưởng đến hiệu suất.

• Mục tiêu nghiên cứu:

• Tối ưu hóa thông số hòa tách vàng từ quặng oxide bằng RSM.

• Hình 1: Thu hồi vàng theo (a) nồng độ SCN⁻, (b) nồng độ Fe³⁺, (c) mật độ bùn.

• Tăng SCN⁻ → tăng thu hồi vàng (Hình 1a).

• Tăng Fe³⁺ → tăng nhẹ thu hồi (Hình 1b).

• Mật độ bùn cao (50%) cải thiện thu hồi ở nồng độ SCN⁻/Fe³⁺ thấp (Hình 1c).

•  

• Nghiên cứu động học và cơ chế.
  Trang 3

  2. Kết quả & Thảo luận
  2.1. Đặc tính quặng:

  2.2. Thí nghiệm thăm dò:

  Bảng 1. Ma trận thí nghiệm D-Optimal RSM

  STN	Mật độ bùn (%)	SCN⁻ (mM)	Fe³⁺ (mM)	Thu hồi Au (%)
  1	10	500	500	82.4
  ...	...	...	...	...
  20	50	10	500	7.0

  2.3. Tối ưu hóa bằng RSM:

• • Thành phần chính: Thạch anh (SiO₂), Clinochlore, Dolomite, Magnesite, Albite.

  • Sau hòa tách: Clinochlore, Dolomite, Magnesite giảm → Mg, Al bị hòa tan.

  • SCN⁻ và Fe³⁺ ảnh hưởng tích cực đến thu hồi vàng.

  • Phân tích ANOVA: Nồng độ SCN⁻ ảnh hưởng mạnh nhất (p < 0.0001).

  • Mô hình hồi quy:
    Thu hồi Au = 5.8 + 0.024×(Mật độ bùn) + 0.16×(SCN⁻) + 0.02×(Fe³⁺)

  • Hình 2: Biểu đồ nhiễu loạn - SCN⁻ có độ dốc lớn nhất → Ảnh hưởng chính.

  • ---

    Trang 4

    Hình 3: Bề mặt đáp ứng thu hồi vàng theo:

  • (a) SCN⁻ và mật độ bùn (Fe³⁺ = 255 mM)

  • Kết luận tối ưu:

  • Điều kiện tối ưu cân bằng giữa chi phí và hiệu suất:

    • SCN⁻ cao (500 mM)

    • Fe³⁺ thấp (100 mM)

    • Mật độ bùn cao (50%).

  •  

  • (b) SCN⁻ và Fe³⁺ (mật độ bùn = 30%)

  • (c) Fe³⁺ và mật độ bùn (SCN⁻ = 400 mM)

  • Kết luận tối ưu:

• Điều kiện tối ưu cân bằng giữa chi phí và hiệu suất:

  • SCN⁻ cao (500 mM)

  • Fe³⁺ thấp (100 mM)

  • Mật độ bùn cao (50%).

• ---

  Trang 5

  Bảng 4. Điều kiện tối ưu cho hòa tách vàng

  STN	Mật độ bùn (%)	SCN⁻ (mM)	Fe³⁺ (mM)	Thu hồi Au (%)
  1	50	500	150	90
  2	40	500	100	91
  3	50	500	300	94
  4	50	500	100	96

  Chuyển đổi liều lượng (g/tấn quặng):

   

• STN	NaSCN (g/t)	Fe₂(SO₄)₃ (g/t)
  1	81,070	29,991
  2	101,337	19,994
  3	81,070	59,982
  4	81,070	19,994

  Công thức tính:

• NaSCN (g/t) = (SCN⁻ mM × 81.07 × 100) / Mật độ bùn (%)

• Fe₂(SO₄)₃ (g/t) = (Fe³⁺ mM × 399.88 × 50) / Mật độ bùn (%)

• 2.4. Động học hòa tách:

• Tốc độ hòa tan vàng cao trong 2 giờ đầu → sau đó giảm do:

  • Tự khử Fe³⁺ → Fe²⁺ (eqs 4–5).

  • Hình thành sản phẩm trung gian (SCN)₂, (SCN)₃⁻ → thủy phân tiêu hao SCN⁻ (eq 6).

• Thế oxy hóa-khử (ORP) giảm dần (Hình 4) → Hình thành lớp thụ động AuSCN làm chậm hòa tan.
   

  Hình 5: Nồng độ sắt giảm nhanh trong 3 giờ đầu → Fe³⁺ bị khử thành Fe²⁺.

  ---

  Trang 6

  2.4.1. Cơ chế kiểm soát tốc độ:

• Mô hình lõi co (SCM) phù hợp → Quá trình khuếch tán là bước kiểm soát tốc độ (R² = 0.98).

• Hình 6: Đồ thị động học phù hợp với SCM.

• 2.5. Tiêu thụ Thiocyanate:

• 60% SCN⁻ bị tiêu thụ trong 4 giờ đầu (Hình 7) → Chủ yếu do tạo phức Au(SCN)₄⁻ (cần 4 SCN⁻/nguyên tử Au).

• 2.6. Ảnh hưởng ion kim loại khác:

• Đồng (Cu): Tạo phức Cu(SCN)₂(aq)⁻ → gây kết tủa CuSCN(s) ở nồng độ cao (>13 g/L) → Tiêu hao SCN⁻.
  → Khuyến nghị: Tách Cu trước bằng H₂SO₄ (pH 1–3).

• Sắt (Fe): Tỷ lệ Fe²⁺/Fe³⁺ ≈ 10% tối ưu cho thu hồi vàng.

•  

• Có thể tái chế dung dịch hòa tách để giảm tiêu thụ.

• Magie (Mg): Không tạo phức với SCN⁻ → Không ảnh hưởng.

• Bạc (Ag): Tạo phức mạnh với SCN⁻, nhưng nồng độ thấp trong quặng (<1 ppm) → Ảnh hưởng không đáng kể.

• Hình 8: Nồng độ ion kim loại hòa tan trong dung dịch.
  2.7. Phổ hồng ngoại (FTIR):

• Hình 9: Phổ FTIR của SCN⁻ trước/sau hòa tách.

• SCN⁻ liên kết với kim loại:

  • Au/Ag (mềm): Liên kết qua S (cộng hóa trị).

  • Fe/Cu/Mn (cứng): Liên kết qua N (ion).

• Sau hòa tách: Đỉnh phổ ~2060 cm⁻¹ → SCN⁻ chủ yếu ở dạng N-thiocyanate (liên kết với kim loại cứng).

• ---

  Trang 7

• Hình 8: Nồng độ ion kim loại hòa tan trong dung dịch.
  2.7. Phổ hồng ngoại (FTIR):

• Hình 9: Phổ FTIR của SCN⁻ trước/sau hòa tách.

• SCN⁻ liên kết với kim loại:

  • Au/Ag (mềm): Liên kết qua S (cộng hóa trị).

• • Fe/Cu/Mn (cứng): Liên kết qua N (ion).

• Sau hòa tách: Đỉnh phổ ~2060 cm⁻¹ → SCN⁻ chủ yếu ở dạng N-thiocyanate (liên kết với kim loại cứng).

Trang 8

Bảng 5. So sánh các nghiên cứu hòa tách vàng bằng Thiocyanate

Kết luận:

• Hiệu suất phụ thuộc vào loại quặng, hàm lượng vàng, thành phần khoáng.

• Nghiên cứu này đạt thu hồi cao (96%) với quặng oxide mà không cần chất trợ hòa tách.

Trang 9

4. Vật liệu & Phương pháp
4.1. Quặng vàng oxide:

• Nguồn gốc: Ontario, Canada.

• Kích thước hạt: 80% < 60 μm.

• Bảng 6. Thành phần kim loại (%/ppm):

  Au	Fe	Mg	Cu	Mn	As	Zn	Ag
  4.6	6.46%	12.1%	67	1,150	22	62	<1

4.2. Phương pháp phân tích:

• ICP-MS: Thành phần kim loại.

• XRD: Thành phần khoáng.

• SEM: Hình thái bề mặt.

• AAS: Định lượng vàng/sắt.

• Chuẩn độ Volhard: Xác định nồng độ SCN⁻.

Trang 10–11

5. Kết luận & Tài liệu tham khảo
Tóm tắt kết quả:

• Điều kiện tối ưu: 500 mM SCN⁻ (81,070 g/t NaSCN), 100 mM Fe³⁺ (19,994 g/t Fe₂(SO₄)₃), mật độ bùn 50% → Thu hồi vàng 96%.

• Động học: Tuân theo mô hình khuếch tán (SCM).

• Ứng dụng tiềm năng cho quặng oxide, cần nghiên cứu thu hồi vàng từ dung dịch sau hòa tách.

Tài liệu tham khảo: (53 nguồn, giữ nguyên tên tác giả).

Tổng hợp liều lượng hóa chất (g/tấn quặng)

Ghi chú:

• Liều lượng tính cho 1 tấn quặng nguyên khai.

• Mật độ bùn 50% = 500 g quặng/L dung dịch → Thể tích dung dịch/tấn quặng = 2,000 L.

• Công thức chung:

  • Khối lượng chất (g/t) = (Nồng độ mM × M × 100) / Mật độ bùn (%).

Link download: https://drive.google.com/file/d/1SxceLqrIjPxPYEPm66-yxtQcUPIGWzrW/view?usp=sharing