Đây là một cuốn sách rất chi tiết có tựa đề "REFINING PRECIOUS METAL WASTES" (Tinh luyện phế liệu kim loại quý) của C. M. Hoke, một sổ tay hướng dẫn về tinh luyện vàng, bạc và các kim loại nhóm bạch kim cho thợ kim hoàn, nha sĩ và các nhà tinh luyện nhỏ.

Cuốn sách này khá dài (hơn 350 trang nếu dựa trên số trang được đánh chỉ mục) và chứa nhiều thông tin kỹ thuật chuyên sâu, bao gồm các quy trình hóa học, thiết bị, cảnh báo an toàn và các khía cạnh kinh tế.

Tinh chế kim loại quý

Tài liệu này tổng hợp các thông tin chính từ các nguồn được cung cấp, tập trung vào việc xác định, tinh chế, và các đặc tính của kim loại quý, đặc biệt là vàng, bạc, và nhóm bạch kim (PGMs), cùng với các kim loại cơ bản thường gặp trong chất thải.

1. Nhận diện kim loại

Việc nhận diện kim loại, cả ở dạng dung dịch và dạng rắn, là một bước thiết yếu trong quá trình tinh chế.

1.1. Nhận diện kim loại trong dung dịch

"Trong dung dịch" nghĩa là kim loại được phân tán đều khắp chất lỏng, giống như đường hòa tan trong nước. Chất rắn lắng đọng không được coi là "trong dung dịch". Kim loại trong dung dịch sẽ đi qua giấy lọc.

• Thiết bị và Hóa chất:
• Chai nhỏ giọt, đĩa thử có khoang, que khuấy thủy tinh.
• Tinh thể Stannous Chloride (muối thiếc), kim loại thiếc nguyên chất (dạng rêu, hạt hoặc lá).
• Axit clohydric và nước.
• Dung dịch thử nghiệm Stannous Chloride (Dung dịch A): Pha bằng cách thêm tinh thể stannous chloride và một ít kim loại thiếc vào nước, sau đó thêm axit clohydric. Dung dịch này có màu trắng sữa và nên được pha một lượng nhỏ vì không giữ được lâu.
• Các thử nghiệm cụ thể:
• Vàng:Trong dung dịch axit: Dùng "đồng sunfat" (copperas).
• Trong dung dịch kiềm hoặc xyanua: Không được đề cập chi tiết trong đoạn này.
• Với Stannous Chloride: Khi thêm Dung dịch A vào dung dịch vàng tiêu chuẩn, dung dịch sẽ chuyển sang màu tím hoặc đen (tím Cassius).
• Bạc:"Nitric acid tác dụng nhanh chóng với bạc, hòa tan nó nhanh chóng ngay cả khi lạnh."
• "Thử nghiệm này có thể được sử dụng trên cả dung dịch axit nitric hoặc axit sulfuric."
• Thêm axit clohydric vào dung dịch bạc nitrat sẽ tạo ra một kết tủa trắng (bạc clorua). Thử nghiệm này rất nhạy.
• Bạch kim (Platinum): Khi thêm Dung dịch A vào dung dịch bạch kim tiêu chuẩn, dung dịch sẽ chuyển sang màu vàng đậm hoặc nâu, hoặc gần như đen nếu quá đặc. "Màu vàng đậm này với Dung dịch A là đặc trưng của bạch kim và iridium."
• Palladium: Khi thêm Dung dịch A vào dung dịch palladium tiêu chuẩn, dung dịch sẽ chuyển sang màu đỏ cam hoặc đỏ nâu.
• Iridium: Phản ứng tương tự bạch kim với Stannous Chloride, tạo ra màu vàng đậm hoặc nâu.
• Dimethyl Glyoxime (DMG) cho Palladium và Nickel:DMG là bột màu trắng hoặc vàng nhạt. Hòa tan 1 gram DMG trong khoảng 100 cc nước sôi.
• Với Palladium (trong dung dịch axit): DMG tạo ra "kết tủa màu vàng chanh" phong phú.
• Với Nickel (trong dung dịch ammoniacal): Sau khi thử palladium bằng DMG và thêm amoniac vào dung dịch, nếu có nickel, sẽ xuất hiện màu "hồng-đỏ tươi đẹp".
• Đồng: "Màu xanh lá cây của đồng hòa tan đôi khi giúp nhận diện nó." Thêm amoniac đậm đặc vào dung dịch xanh lục; đầu tiên sẽ có kết tủa vón cục, nhưng khi thêm nhiều amoniac hơn, nếu có đồng, kết tủa sẽ tan ra tạo thành dung dịch trong suốt màu xanh sapphire đẹp mắt.
• Sắt: Sắt trong dung dịch có thể có màu xanh lá cây nhạt (màu của đồng sunfat) hoặc thường xuyên hơn là màu nâu, vàng hoặc màu rỉ sét. Thử nghiệm nhanh bằng cách thêm ammonium thiocyanate (hoặc potassium thiocyanate) vào dung dịch mẫu; nếu có sắt hòa tan, một "màu đỏ máu sâu" sẽ xuất hiện.
• Axit và Kiềm (giấy quỳ):"Trong axit, giấy quỳ có màu đỏ; trong dung dịch kiềm, nó có màu xanh."
• Câu nói ghi nhớ: "Alkaloo turns it blue."

1.2. Nhận diện kim loại ở dạng rắn

Không có thông tin chi tiết về nhận diện kim loại ở dạng rắn ngoài việc đề cập rằng nó là một phần của Chương IX.

2. Đặc tính và Xử lý nhóm Bạch kim (PGMs)

Nhóm bạch kim bao gồm bạch kim, palladium, iridium, rhodium, osmium và ruthenium. Chúng có chung nhiều đặc điểm như độ hiếm, màu trắng, khả năng chống ăn mòn cao, điểm nóng chảy cao và nhiều đặc tính hóa học đặc biệt.

• Platinum:
• "Bạch kim nguyên chất gần như mềm như vàng nguyên chất, và phải được làm cứng cho hầu hết các mục đích công nghiệp."
• Hợp kim ưa thích trong trang sức là "10% iridio-bạch kim" (10% iridium với 90% bạch kim).
• Không phản ứng với axit nitric nguyên chất hoặc pha loãng, ngay cả khi đun nóng nhẹ. Cũng ít bị ảnh hưởng bởi axit sulfuric.
• "Nó khác vàng ở chỗ: vàng không được nung khi nóng, nhưng bạch kim tốt hơn khi nóng hơn lúc được nung."
• Điểm nóng chảy cao, đòi hỏi lửa oxy-gas hoặc oxy-acetylene.
• Có khả năng hấp thụ khí (occlusion/absorption/adsorption), đặc biệt khi nóng, gây khó chịu trong quá trình chế tác.
• Palladium:
• "Palladium là kim loại duy nhất trong nhóm bạch kim thể hiện đặc tính này. Nó cũng hòa tan trong axit sulfuric sôi."
• Axit clohydric có ít tác dụng với nó.
• Dễ dàng hòa tan trong axit nitric.
• "Sợi dây palladium có thể được nung nóng đến màu đỏ tươi trong không khí."
• Iridium:
• Tên gọi bắt nguồn từ các hợp chất có màu sắc óng ánh.
• "Iridium tan dễ dàng hơn trong ngọn lửa oxy-acetylene nóng hơn."
• Ngay cả iridium tốt nhất được sản xuất cho đến nay cũng "nứt và vỡ vụn khi gia công nguội."
• Đôi khi vẫn còn lại cùng với bạc clorua sau khi hòa tan hợp kim nha khoa.
• Osmium:
• Tên gọi bắt nguồn từ một từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là "mùi hôi thối."
• "Mọi hoạt động liên quan đến việc nung osmium nên được thực hiện trong tủ hút có luồng khí tốt, và nên đeo mặt nạ để bảo vệ mặt, mắt và họng của người vận hành. Khói có mùi tỏi và hoạt động như một chất độc cho phổi."
• Khói có thể gây mù vĩnh viễn nếu lắng đọng trên mô mắt.
• Khó hòa tan trong axit, ngay cả ở dạng phân tán mịn.
• Ruthenium:
• Giống osmium, oxit của nó dễ bay hơi và được phân tách bằng cách chưng cất tetroxide của nó.
• Rhodium:
• Có thể tạo dây dẻo bằng cách ép viên xốp rhodium sạch, nung và làm nguội trong hydro, sau đó nấu chảy trong chân không và rèn khi rất nóng.
• Đặc tính chung của PGMs:
• Khó nóng chảy (đặc biệt là Iridium và Osmium).
• Khả năng hấp thụ khí (occlusion) là một đặc tính chung.

3. Các quy trình tinh chế chính

Cuốn sách này cung cấp các phương pháp tinh chế kim loại quý từ nhiều loại chất thải khác nhau.

3.1. Tinh chế chất thải từ thợ kim hoàn và phế liệu nha khoa

• Chất liệu: Vụn, phế liệu trang sức cũ, mài giũa.
• Các bước chung (Chương XI và XIII):

1. Làm sạch chung: Loại bỏ chất kết dính (shellac, dầu mỡ) bằng xút ăn da.

• Loại bỏ kim loại cơ bản:Sử dụng axit nitric pha loãng để hòa tan kẽm, thiếc, chì, thủy ngân, đồng, niken, và sắt.
• Cảnh báo: Nếu có palladium hoặc hợp kim bạch kim-palladium (với palladium chiếm tới 40%), không dùng axit nitric vì palladium sẽ hòa tan.
• Hòa tan vàng (Quartation):"Thực hành tạo ra một nút có một phần tư vàng, được gọi là quartation hoặc inquartation và đã được sử dụng trong nhiều năm trong việc phân tích và tinh chế."
• Thêm bạc hoặc đồng vào vật liệu ban đầu để đạt tỷ lệ vàng khoảng 25% hoặc ít hơn.
• Sau đó hòa tan bằng axit nitric. Bạc clorua sẽ kết tủa.

1. Loại bỏ bạc clorua: Hòa tan bạc clorua bằng amoniac để tách iridium và bạch kim không hòa tan.

• Hòa tan vàng bằng Aqua Regia:Aqua regia là hỗn hợp axit nitric và axit clohydric (ví dụ: 1 phần axit nitric, 1 phần nước, 4 phần axit clohydric cho mỗi ounce vàng).
• "Một lượng nhỏ bạch kim sẽ hòa tan không thể tránh khỏi cùng lúc."
• Thiếc và chì: Nếu có thiếc, axit nitric sẽ chuyển nó thành "bột thiếc" (meta-stannic acid) gây khó chịu. Axit sulfuric sẽ hòa tan bột thiếc. Axit sulfuric mạnh tác dụng kỳ lạ trên kim loại; khi pha loãng, nó hòa tan thiếc nhưng không hòa tan chì (chuyển thành chì sulfat không tan).

1. Kết tủa vàng: Sử dụng đồng sunfat (ferrous sulfate) hoặc natri nitrit.

• Natri nitrit: Lợi thế là không gây rắc rối khi nấu chảy cùng vàng tinh chế; "natri nitrit có liên quan về mặt hóa học với natri nitrat, và chất sau này, thường được gọi là diêm tiêu Chile, được sử dụng làm chất trợ chảy và tinh chế khi vàng được nấu chảy."

1. Thu hồi bạch kim hòa tan: Từ dung dịch aqua regia (sau khi kết tủa vàng).
2. Đốt bột màu cam và nấu chảy miếng xốp: "Bột màu cam" (platinum-ammonium-chloride) được nung để tạo thành bạch kim xốp.
3. Thu hồi vàng hòa tan: Từ dung dịch còn lại.
4. Stock Pot (Nồi Lắng): Dung dịch còn lại sau khi thu hồi vàng và bạch kim, chứa các kim loại quý còn lại (palladium, iridium, kim loại cơ bản) và được xử lý sau.

• Các trường hợp đặc biệt:
• Vàng xanh (Green gold): Aqua regia tác dụng chậm và tạo thành một lớp phủ xám trên bề mặt.
• Vàng trắng (White gold): Thường chứa niken, có thể được nhận diện bằng DMG và amoniac.
• Thiếc và Chì: "Thiếc và chì, nấu chảy cùng nhau, tạo thành thiếc hàn mềm, được sử dụng để gắn các bộ phận của trang sức rẻ tiền với nhau, và trong sản xuất vàng cán và vàng phủ."

3.2. Quy trình cho phế liệu nha khoa và hợp kim (Chương XVII)

1. Quy trình tổng thể:Xử lý sơ bộ (nếu cần).
2. Nấu chảy thành nút (nếu cần, đặc biệt với các chất thải bẩn hoặc chứa carborundum/emery).
3. Tạo hạt hoặc cán mỏng nút kim loại.
4. Hòa tan kim loại trong aqua regia.
5. Thu hồi iridium từ bạc clorua (iridium thường không hòa tan).
6. Thu hồi bạch kim từ dung dịch aqua regia.
7. Thu hồi vàng từ dung dịch aqua regia.
8. Thu hồi bạc (nếu đáng giá).
9. Để lại dung dịch còn lại - Stock Pot - để xử lý sau.

• Axit Sulfuric trong Aqua Regia: Có thể được thêm vào để kết tủa chì dưới dạng chì sulfat. "Axit sulfuric không cần thiết. Nhiều chuyên gia không bao giờ sử dụng nó cả, ngay cả khi có chì, cho rằng nó có xu hướng làm cho dung dịch quá axit đến mức việc kết tủa vàng bị cản trở."

3.3. Các phương pháp tinh chế chuyên nghiệp quy mô lớn

• Điện phân (Moebius/Thum Process):
• "Hệ thống Moebius hoặc quy trình điện phân đứng, cùng một dung dịch và mật độ dòng điện được sử dụng, nhưng các anode và cathode được treo thẳng đứng trong một ô."
• Điện phân bạc: Anode là bạc thô, cathode là tấm bạc tinh khiết. Dung dịch điện phân là bạc-đồng nitrat. Bạc tinh khiết kết tủa trên cathode, trong khi vàng và các kim loại nhóm bạch kim lắng xuống dưới dạng bùn anode.
• Bùn anode (chứa vàng và PGMs) sau đó được xử lý bằng axit sulfuric để loại bỏ đồng và bạc còn lại, để lại "cát màu nâu" chứa khoảng 970 phần vàng.
• Quy trình Miller (Cho vàng):
• "Một quy trình được sử dụng rộng rãi, rất hiệu quả và kinh tế để tách vàng và bạc."
• Gồm nấu chảy vàng thô và cho khí clo đi qua. Clo phản ứng với các kim loại cơ bản và bạc để tạo thành clorua dễ bay hơi hoặc xỉ, sau đó bạc clorua được loại bỏ. Vàng tinh khiết ở lại.
• Tinh chế các kim loại bạch kim khác:
• Rhodium: Chiết xuất bằng cách nấu chảy cô đặc với sodium bisulphate.
• Ruthenium và Iridium: Nấu chảy cô đặc với potassium hydroxide và potassium nitrate để chuyển ruthenium thành potassium ruthenate hòa tan. Sau đó chưng cất ruthenium tetroxide dễ bay hơi.

4. Các kim loại và hợp kim khác thường gặp

• Thiếc và Chì: Thường có trong các hợp kim vàng và thiếc hàn. Thiếc trong axit nitric tạo ra "bột thiếc." Axit sulfuric hòa tan thiếc nhưng không hòa tan chì.
• Kẽm: Thường có trong nhiều hợp kim vàng và một số thiếc hàn.
• Thủy ngân: Thường có trong phế liệu nha khoa và đôi khi trong chất thải của thợ kim hoàn. "Thủy ngân có thể được tinh chế bằng cách rửa bằng hóa chất."
• Đồng: Thường có màu xanh lá cây khi hòa tan; phản ứng với amoniac tạo màu xanh sapphire đặc trưng.
• Sắt/Thép: "Axit clohydric hòa tan sắt và thép dễ dàng, cả thiếc." Thép không gỉ có thể ở trạng thái "thụ động" trong axit nitric mạnh, nhưng sẽ hòa tan nhanh chóng nếu được chạm vào bằng bạch kim hoặc một thanh thủy tinh, hoặc trong axit pha loãng.
• Indium: Một kim loại hiếm thuộc nhóm nhôm, đôi khi được thêm vào với số lượng nhỏ trong hợp kim vàng nha khoa. Cuốn sách không xem xét indium do độ hiếm của nó.

5. Luật pháp và Quy định

• Giấy phép liên bang: "Hiện tại, người chỉ giữ một lượng nhỏ vàng tại một thời điểm không yêu cầu giấy phép; tuy nhiên, các quy định có thể thay đổi mà không cần báo trước." Không yêu cầu giấy phép liên bang để xử lý bạch kim hoặc bạc.
• Tiêu chuẩn dập dấu quốc gia (Platinum): Có hiệu lực từ ngày 20 tháng 6 năm 1938, dựa trên luật của các bang New Jersey, New York và Illinois.
• Các mặt hàng có thể được đóng dấu "platinum" hoặc "plat" nếu tất cả các bộ phận được cho là bạch kim phải chứa ít nhất 985/1000 phần bạch kim.
• Nếu bạch kim có độ tinh khiết 985/1000 được kết hợp với vàng, mặt hàng phải được đóng dấu karat cho biết độ tinh khiết của vàng cùng với từ hoặc viết tắt của bạch kim, ví dụ "14K & Plat."
• Khi bạch kim được hợp kim với iridium, palladium, ruthenium hoặc osmium, các mặt hàng này phải được đánh dấu bằng các phân số chỉ hàm lượng của các kim loại này.
• Hàng hóa mang dấu chất lượng cũng phải được đóng dấu với nhãn hiệu đã đăng ký.

6. Các phương pháp thực hành và an toàn

• Nấu chảy:
• Nấu chảy mài giũa bẩn hoặc chất thải nha khoa: Trộn với chất trợ chảy (borax glass, soda ash) và nấu chảy trong lò gas hoặc bằng đèn oxy-gas.
• Đối với bạch kim: Sử dụng nồi nấu cát hoặc đất sét có đáy phẳng để đảm bảo tất cả các hạt nhỏ đều tan chảy. Bạch kim nóng chảy có sức căng bề mặt rất cao, tạo thành hình giọt như thủy ngân.
• "Nút kim loại có khói hoặc bề mặt xấu nên được nung cẩn thận, vì nó có thể cực kỳ giòn."
• An toàn:
• Xử lý axit sulfuric: "Không bao giờ đổ nước vào axit sulfuric. Nếu bạn làm vậy, nó sẽ sôi ngay lập tức và bắn ra khỏi đĩa. Luôn đổ axit, từ từ, vào nước, khuấy liên tục."
• Thử nghiệm ống nghiệm: Không đổ quá nhiều chất lỏng, giữ ống ở tư thế nghiêng, lắc nhẹ khi đun nóng để hơi nước không tích tụ.
• Thông gió: Cần thông gió tốt, đặc biệt khi xử lý các kim loại tạo ra khói độc hại như osmium (tetroxide osmium).
• Khí hydro xyanua: Sinh ra khi thêm axit clohydric vào dung dịch xyanua; "nên được loại bỏ bằng cách đun nóng nhẹ."
• Thủy ngân: Độc, cần cẩn thận khi xử lý.
  Linkdownload full: https://drive.google.com/file/d/1vPOdZn8B7fe4HrhmY4IdwSsaecE2SFfh/view?usp=sharing