Bản dịch tóm tắt patent Mỹ về thu hồi Cu, Au từ quặng nhiều Sb và As năm 2009

Bằng sáng chế US 2009/0019970 A1, mô tả một quy trình thủy luyện tiên tiến để thu hồi các kim loại có giá trị, đặc biệt là đồng, vàng và các kim loại quý khác, từ các vật liệu chứa asen (As) và/hoặc antimon (Sb). Sáng chế này giải quyết các thách thức cố hữu trong các phương pháp xử lý hiện tại, bao gồm tỷ lệ thu hồi đồng thấp, tiêu thụ hóa chất cao trong quá trình xyanua hóa, và việc tạo ra các chất thải không ổn định về mặt môi trường.

Cốt lõi của sáng chế là một phương pháp oxy hóa áp suất được cải tiến. Sự đổi mới quan trọng nằm ở việc kiểm soát một cách chủ động môi trường hóa học trong lò phản ứng bằng cách bổ sung các thành phần cụ thể. Các thành phần này bao gồm các hợp chất chứa sắt và các tác nhân hóa học được lựa chọn để giảm nồng độ axit tự do và thúc đẩy sự hình thành các sản phẩm sunfat sắt(III) ổn định về độ pH (ví dụ như jarosite) và các hợp chất sắt-asen/antimon ổn định về mặt môi trường.

Quy trình này mang lại nhiều lợi ích vượt trội:

• Tăng cường thu hồi kim loại: Ngăn chặn sự đồng kết tủa của đồng trong bã thải rắn, giúp tỷ lệ thu hồi đồng có thể vượt quá 95%.

• Giảm chi phí vận hành: Việc hình thành các chất rắn ổn định giúp giảm đáng kể lượng vôi và xyanua tiêu thụ trong giai đoạn thu hồi kim loại quý tiếp theo. Mức tiêu thụ vôi có thể giảm xuống dưới 15 kg/tấn bã rắn.

• Bảo vệ môi trường: Quy trình tạo ra bã thải chứa asen và antimon ở dạng ổn định, có thể được lưu trữ an toàn trong các bãi chứa thông thường.

Ngoài ra, sáng chế còn đề xuất một bước "ủ-điều hòa" sau quá trình oxy hóa, giúp chuyển hóa hoàn toàn các hợp chất không ổn định còn sót lại, qua đó tối ưu hóa hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của toàn bộ quy trình.

--------------------------------------------------------------------------------

1. Bối Cảnh và Thách Thức

Nhiều mỏ kim loại cơ bản, đặc biệt là đồng, tồn tại dưới dạng khoáng vật sunfua chứa asen và antimon, như enargite (Cu₃AsS₄) và tennantite (Cu₁₂As₄S₁₃). Việc xử lý các loại quặng này đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật và kinh tế đáng kể.

• Phương pháp hỏa luyện: Thường không được ưa chuộng về mặt kỹ thuật và kinh tế vì phần lớn asen sẽ chuyển vào bụi lò và pha speiss, đòi hỏi chi phí xử lý và thải bỏ an toàn rất tốn kém.

• Phương pháp thủy luyện truyền thống: Các quy trình hiện tại thường gặp phải các vấn đề sau:

    ◦ Thất thoát đồng: Đồng bị mất mát đáng kể do hiện tượng đồng kết tủa dưới dạng các hợp chất sunfat-asenat-sắt-đồng phức tạp trong bã rắn của giai đoạn lọc.

    ◦ Tiêu thụ hóa chất cao: Khi vật liệu chứa kim loại quý (vàng, bạc), bã rắn sau quá trình lọc thường chứa các hợp chất sắt không bền như sunfat sắt kiềm (Fe(OH)SO₄). Các hợp chất này sẽ phân hủy trong điều kiện pH kiềm của quá trình xyanua hóa, tạo ra axit và các hợp chất sunfat phản ứng, dẫn đến việc tiêu thụ một lượng lớn vôi để trung hòa và xyanua để tạo phức.

    ◦ Giải phóng kim loại gây hại: Sự phân hủy của các hợp chất không bền trong bã rắn cũng có thể giải phóng đồng và các kim loại khác, những kim loại này sẽ phản ứng với ion xyanua, làm tăng thêm mức tiêu thụ hóa chất.

Sáng chế này được phát triển nhằm khắc phục những nhược điểm nêu trên, tạo ra một quy trình hiệu quả và kinh tế hơn.

2. Tổng Quan về Sáng Chế

Sáng chế giới thiệu một phương pháp thu hồi kim loại có giá trị từ vật liệu chứa asen và/hoặc antimon thông qua một quy trình oxy hóa áp suất được kiểm soát chặt chẽ. Mục tiêu chính là chuyển hóa asen và antimon vào các hợp chất rắn ổn định về mặt môi trường và tạo ra một bã lọc trơ trong các bước xử lý tiếp theo, đặc biệt là quá trình xyanua hóa.

Quy trình tổng thể bao gồm các bước chính sau:

1. Cung cấp dòng nguyên liệu: Chuẩn bị dòng nguyên liệu là vật liệu mang giá trị kim loại chứa asen/antimon và một nguồn ion sunfat (ví dụ, quặng sunfua hoặc tinh quặng).

2. Oxy hóa áp suất: Đưa dòng nguyên liệu vào điều kiện oxy hóa ở nhiệt độ và áp suất cao. Bước này được thực hiện với sự có mặt của ít nhất một thành phần được lựa chọn để giảm nồng độ axit tự do và thúc đẩy sự hình thành các sản phẩm sunfat sắt(III) ổn định về độ pH. Kết quả là tạo ra một hỗn hợp sệt (slurry) bao gồm:

    ◦ Dung dịch lọc chứa kim loại có giá trị (hòa tan).

    ◦ Bã lọc rắn chứa các sản phẩm sunfat sắt(III) ổn định về pH và các sản phẩm sắt-asen/antimon ổn định về môi trường.

3. (Tùy chọn) Bước ủ-điều hòa: Duy trì hỗn hợp sệt ở nhiệt độ từ 70°C đến 100°C trong khoảng 15 phút đến 4 giờ.

4. Phân tách lỏng-rắn: Tách dung dịch lọc ra khỏi bã rắn.

5. Thu hồi kim loại cơ bản: Thu hồi các kim loại có giá trị (ví dụ: đồng) từ dung dịch lọc.

6. Thu hồi kim loại quý: Thu hồi các kim loại quý (nếu có) từ bã rắn bằng phương pháp lọc xyanua.

3. Các Khía Cạnh Kỹ Thuật Chính

Sự thành công của quy trình phụ thuộc vào việc quản lý chính xác các phản ứng hóa học trong giai đoạn oxy hóa áp suất thông qua việc bổ sung các hợp chất và tác nhân hóa học cụ thể.

3.1. Quản lý Hóa học Quá trình Oxy hóa Áp suất

Đây là điểm cốt lõi của sáng chế, nhằm mục đích định hướng các phản ứng kết tủa theo hướng có lợi.

Bổ sung Hợp chất Sắt

• Mục đích: Tăng tỷ lệ mol Fe:(As+Sb) trong dòng nguyên liệu đầu vào. Tỷ lệ này được ưu tiên lớn hơn 1:1, tốt nhất là lớn hơn 2:1, và lý tưởng nhất là lớn hơn 4:1.

• Cơ chế: Khi tỷ lệ Fe:(As+Sb) cao, asen và antimon có xu hướng kết tủa dưới dạng các pha asenat sắt và antimonat sắt ổn định về môi trường (như scorodite, FeAsO₄·2H₂O), thay vì các pha sunfat-asenat-sắt-đồng không ổn định. Điều này ngăn chặn sự thất thoát đồng vào bã rắn.

• Nguồn cung cấp Sắt:

    ◦ Pyrite thiêu kết (Calcined pyrite): Là nguồn ưu tiên. Quá trình thiêu kết được kiểm soát để tạo ra các dạng sắt dễ hòa tan trong điều kiện oxy hóa áp suất (ví dụ: FeS, FeO, gamma-Fe₂O₃) thay vì alpha-Fe₂O₃ (hematit) khó hòa tan.

    ◦ Nguồn tái chế: Các dung dịch công nghệ tái chế chứa sunfat sắt hoặc các chất kết tủa chứa sắt từ các giai đoạn khác của quy trình cũng có thể được sử dụng.

Sử dụng Tác nhân Hóa học

• Mục đích: Giảm nồng độ axit tự do hiệu dụng và thúc đẩy sự hình thành các hợp chất sunfat sắt(III) ổn định về pH (như jarosite) thay vì sunfat sắt kiềm không ổn định.

• Các loại tác nhân:

    ◦ Chất tạo Jarosite: Các muối hòa tan của kim loại kiềm (natri, kali) và amoni. Các cation này (Na⁺, K⁺, NH₄⁺) tham gia trực tiếp vào việc hình thành các khoáng vật loại jarosite (công thức chung MFe₃(SO₄)₂(OH)₆). Jarosite rất bền trong điều kiện xyanua hóa và có khả năng hấp phụ asen và antimon.

    ◦ Muối Sunfat với Cation Trơ: Các muối sunfat hòa tan như sunfat magie (MgSO₄) hoặc sunfat kẽm (ZnSO₄). Việc bổ sung các muối này làm tăng nồng độ ion bisunfat (HSO₄⁻), từ đó làm giảm nồng độ hiệu dụng của axit tự do ở nhiệt độ cao.

    ◦ Bazơ và Carbonate: Các chất như đá vôi (limestone) hoặc vôi (lime) được thêm vào để trực tiếp tiêu thụ và trung hòa axit tự do sinh ra trong quá trình.

3.2. Bước Ủ-Điều hòa sau Oxy hóa

Đây là một cải tiến được ưu tiên áp dụng trong sáng chế.

• Mô tả: Sau khi ra khỏi lò phản ứng, hỗn hợp sệt được giữ trong một hoặc nhiều bể khuấy ở nhiệt độ cao (khoảng 85°C - 100°C) trong một khoảng thời gian (15 phút đến 4 giờ) trước khi được làm nguội và phân tách.

• Lợi ích: Bước này cho phép các hợp chất không ổn định còn sót lại, như sunfat sắt kiềm hoặc các hợp chất sunfat-asenat-sắt-đồng, có thời gian để chuyển hóa thành các dạng sunfat sắt(III) ổn định hơn (ví dụ: jarosite). Đồng thời, đồng bị kết tủa trong các pha không mong muốn có thể được hòa tan trở lại vào dung dịch. Kết quả là giảm thêm mức tiêu thụ vôi và xyanua, đồng thời tăng tỷ lệ thu hồi đồng.

4. Kết Quả và Ưu điểm của Quy trình

Việc áp dụng các nguyên tắc của sáng chế mang lại các lợi thế đáng kể so với các quy trình trước đây:

• Nâng cao tỷ lệ thu hồi kim loại: Đạt được tỷ lệ thu hồi đồng trên 95% bằng cách ngăn chặn sự thất thoát đồng vào bã rắn.

• Giảm tiêu thụ Hóa chất: Ngăn chặn sự hình thành các loại sunfat sắt kiềm không bền, giúp giảm mức tiêu thụ vôi trong quá trình xyanua hóa xuống dưới 15 kg/tấn bã rắn. Mức tiêu thụ xyanua cũng giảm do hàm lượng đồng trong bã rắn thấp.

• Ổn định Môi trường: Tạo ra bã thải chứa asen và antimon dưới dạng các hợp chất sắt-asen/antimon và jarosite, vốn được biết đến là bền vững về mặt môi trường và có thể được thải bỏ an toàn.

• Linh hoạt trong Vận hành: Khả năng kiểm soát axit cho phép vận hành ở nhiệt độ cao hơn, giúp tăng tốc độ phản ứng và giảm thời gian lưu cần thiết trong lò phản ứng.

5. Các Thông số Vận hành và Ví dụ

Bảng dưới đây tóm tắt các thông số vận hành chính được đề xuất trong sáng chế.

Ví dụ ứng dụng: Sáng chế được minh họa qua một ví dụ xử lý liên tục quặng tennantite-enargite-chalcopyrite-pyrite. Tinh quặng đồng sau khi tuyển nổi (chứa 16% Cu, 6% As, 28 g/t Au) được tái nghiền, trộn với pyrite thiêu kết để đạt tỷ lệ Fe:(As+Sb) > 4:1 và các tác nhân hóa học (muối natri/kali). Hỗn hợp sau đó được đưa vào lò oxy hóa áp suất và trải qua các bước xử lý như đã mô tả, mang lại hiệu quả thu hồi cao và chi phí vận hành thấp.
Link download full tiếng Anh: https://drive.google.com/file/d/16R6I6teLuHWPnm0tJRir8pN7P5TsKoaZ/view?usp=sharing