Bản tóm tắt dịch sách "Phục hồi và tinh chế kim loại quý" của C.W.Ammen, sách cơ bản cho người làm phân kim

Kim loại quý (Precious metals) là những kim loại được tìm thấy trong tự nhiên ở dạng kim loại tự do, hoặc trong các hợp chất khác nhau như oxit, hoặc hợp kim với một kim loại khác làm kim loại cơ bản.

Các loại kim loại quý chính được thảo luận trong các nguồn bao gồm:

Vàng (Gold - Au).

Bạc (Silver - Ag).

Các kim loại thuộc nhóm bạch kim (Platinum Group Metals - PGM):

Bạch kim (Platinum - Pt)

Palađi (Palladium - Pd

Iridi (Iridium - Ir)

Rođi (Rhodium - Rh)

Omi (Osmium - Os)

Ruteni (Ruthenium - Ru)

Nguồn gốc của kim loại quý: Kim loại quý có thể được thu hồi từ hai loại nguồn chính:

Nguồn sơ cấp (Primary Sources): Bao gồm vàng sa khoáng (placer gold), cát đen (black sand), và quặng (ores).

2.Nguồn thứ cấp (Secondary Sources): Bao gồm đồ trang sức phế liệu (scrap jewelry), phế liệu điện tử (electronic scrap), phim cũ, vật liệu đánh bóng, dung dịch mạ và tẩy rửa đã qua sử dụng, bộ chuyển đổi xúc tác ô tô (catalytic automobile converters), và gọng kính cũ.

Việc tinh luyện kim loại quý từ nguồn thứ cấp có thể mang lại lợi nhuận với một khoản đầu tư tương đối nhỏ, đặc biệt nếu bạn giữ quy mô nhỏ và tự chủ toàn bộ quy trình. Tuy nhiên, từ nguồn sơ cấp đòi hỏi nhiều vốn, thiết bị và nhân lực.

Các phương pháp thu hồi và tinh luyện kim loại quý: Mục đích chính là bao gồm các phương pháp khác nhau để thu hồi và tinh luyện kim loại quý. Các phương pháp này bao gồm các hoạt động thử nghiệm, khai thác, phân tích định tính (qualitative analysis), phân tích định lượng (quantitative analysis), kiểm tra, phân loại và cô đặc.

Các khái niệm và phương pháp chính:

Thử nghiệm và Nhận dạng (Testing and Identification):

Phân tích định tính liên quan đến việc xác định một vật liệu không rõ, ví dụ, xác định xem một dung dịch có tính axit, bazơ hay trung tính bằng giấy quỳ.

Phân tích định lượng là khi bạn biết vật liệu là gì nhưng muốn biết số lượng của nó.

Thử nghiệm Aqua Regia: Vàng không bị ảnh hưởng bởi axit nitric đơn lẻ, nhưng hòa tan trong aqua regia (một phần axit nitric và ba phần axit hydrochloric). Bạch kim cũng hòa tan trong aqua regia. Iridi không hòa tan trong aqua regia ở nhiệt độ thấp nhưng có thể hòa tan sau khi đun sôi kéo dài ở nhiệt độ cao.

Thử nghiệm Telluride: Để kiểm tra telluride trong quặng vàng, nghiền quặng, cho vào ống nghiệm với axit sulfuric đậm đặc. Nếu telluride có mặt, dung dịch sẽ chuyển sang màu đỏ tím. Phản ứng này là tỏa nhiệt.

Thử nghiệm Thiếc (Tin Test): Để kiểm tra vàng, hòa tan mẫu bột trong aqua regia, đun sôi nhẹ và để nguội. Trong một ống nghiệm khác, hòa tan một vài tinh thể thiếc clorua (SnCl₂) trong axit hydrochloric. Nhỏ dung dịch thiếc clorua này vào dung dịch vàng đã chuẩn bị. Nếu có vàng, dung dịch sẽ chuyển sang màu vàng tươi hoặc tím.

Thử nghiệm Palladium: Hòa tan mẫu trong aqua regia, đun sôi đến khi sánh lại, thêm nước, và lọc. Nhỏ một hoặc hai giọt dung dịch thiếc clorua vào ống nghiệm. Nếu có palađi, bạn sẽ thấy màu vàng đậm ban đầu, sau vài phút sẽ chuyển sang màu xanh lam-xanh lục. Một thử nghiệm dương tính khác là thêm dung dịch dimethylglyoxime (DMG) vào dung dịch mẫu; nếu có palađi, một kết tủa màu vàng lớn của palađi dimethylglyoxime sẽ xuất hiện.

Thử nghiệm Platinum: Bạch kim sẽ cho màu vàng đến nâu khi được đưa vào dung dịch thiếc clorua.

Thử nghiệm Glow Test: Dùng để phát hiện kim loại nhóm bạch kim, dựa trên hoạt động xúc tác của các hạt kim loại bạch kim phân tán mịn trên quá trình oxy hóa hydro trong khí chiếu sáng. Thử nghiệm này rất nhạy và có thể phát hiện lượng palađi (0.005 mg), rođi (0.0009 mg), bạch kim (0.002 mg), hoặc iridi (0.005 mg) rất nhỏ.

Độ từ tính (Magnetic properties): Niken (Nickel) hơi từ tính, bạch kim là thuận từ (paramagnetic), cacbua vonfram (Tungsten carbide) và stellite là từ tính. Thép không gỉ (Stainless steel), thép tốc độ cao (High-speed steel), thép carbon (Carbon steel) và cát đen magnetite đều có từ tính.

Tinh luyện và Phân tách (Refining and Separation):

Hỏa luyện (Fire Assaying): Là một phương pháp quan trọng để xác định giá trị kim loại quý trong quặng. Các bước cơ bản bao gồm kết hợp vật liệu với một chất trợ dung (flux) thích hợp (ví dụ, litharge), nung chảy hỗn hợp để tạo ra chì kim loại, đổ chảy vào khuôn hình nón để tạo ra một nút chì (lead button), tách nút chì khỏi xỉ (slag), và luyện lại (cupellation) nút chì trong nồi nung xương để oxy hóa chì trở lại litharge, để lại một hạt kim loại quý trên nồi nung.

Chất trợ dung (Fluxes): Giúp oxy hóa hoặc khử, và cũng hòa tan các oxit có thể có. Các thành phần phổ biến bao gồm sodium carbonate (soda ash), litharge (PbO), silica (SiO₂), borax (Na₂B₄O₇), calcium fluoride (fluorspar), bột mì (wheat flour), potassium nitrate (saltpeter), và potassium carbonate (potash).

Xỉ (Slags): Chất không kim loại thu được trong quá trình luyện kim. Màu sắc của xỉ có thể chỉ ra thành phần kim loại có trong đó.

Phương pháp Miller: Phương pháp này sử dụng khí clo (chlorine gas) đi qua hợp kim vàng và bạc nóng chảy. Bạc sẽ chuyển thành bạc clorua và nổi lên trên vàng nóng chảy, sau đó có thể được gạn bỏ. Phương pháp này dựa trên thực tế là vàng không kết hợp với khí clo ở nhiệt độ cao, trong khi bạc và các kim loại khác (như đồng và chì) sẽ tạo thành clorua của chúng.

Khử kim loại bằng kim loại cơ bản (Metallic Precipitants / Cementation): Một kim loại kém quý hơn khi được đưa vào dung dịch chứa ion của kim loại quý hơn sẽ hòa tan, trong khi các ion của kim loại quý hơn sẽ kết tủa ở dạng kim loại. Kẽm (Zinc) là một công cụ rất hữu ích vì nó có điện thế điện hóa thấp nhất trong số các kim loại.

Tinh luyện điện hóa (Electrorefining): Một hệ thống mạ điện phức tạp để lắng đọng các ion kim loại mong muốn thành kim loại trên catốt tinh khiết. Các tế bào Moebius và Thurn là hai loại tế bào bạc điện hóa phổ biến nhất. Đối với vàng, tế bào Wohlwill được sử dụng với điện phân là auric chloride (AuCl₃) và axit hydrochloric.

Chiết dung môi (Solvent Extraction - SX): Là một hệ thống tách chất lỏng-lỏng, nơi các ion kim loại được kết tủa từ dung dịch bằng cách trao đổi vị trí của chúng với các ion của một kim loại ít quý hơn. Dibutyl "carbitol" là dung môi hữu cơ thường được sử dụng nhất để chiết xuất vàng, vì nó rất chọn lọc và hiệu quả.

Volatilization: Phương pháp tách các kim loại dựa trên sự khác biệt về nhiệt độ bay hơi của chúng. Ví dụ cổ điển là tách bạc và vàng khỏi thủy ngân trong hỗn hống.

Phương pháp Hóa học ướt (Wet Chemical Methods):

Sử dụng axit và các chất hóa học để hòa tan kim loại và sau đó kết tủa chúng.

Kết tủa vàng: Có thể sử dụng đồng sulfat (copperas/ferrous sulphate), axit oxalic (oxalic acid), hoặc khí sulfur dioxide (SO₂).

Kết tủa bạch kim: Amoni clorua (ammonium chloride - NH₄Cl) được sử dụng để kết tủa bạch kim từ dung dịch platinum chloride. Nó cũng sẽ làm kết tủa iridi, nhưng có một khoảng thời gian trì hoãn giữa hai sự kết tủa, cho phép tách chúng ra.

Kết tủa palađi: Sodium chlorate hoặc dimethylglyoxime (DMG) được sử dụng.

Tinh luyện cát đen: Bao gồm việc đặt vật liệu vào dung dịch aqua regia để hòa tan vàng và bạch kim, sau đó kết tủa chúng bằng các thuốc thử.

Xử lý thiếc/chì hàn: Boi mẫu trong axit hydrochloric để tách thiếc/chì hàn, sau đó xử lý phần còn lại bằng axit nitric và axit sulfuric để hòa tan các kim loại cơ bản và thiếc, để lại vàng và các kim loại quý khác để tinh luyện tiếp.

Xử lý vàng trắng (White Gold): Phân biệt giữa vàng trắng hợp kim vàng-palađi và vàng trắng hợp kim vàng-niken. Thử nghiệm đơn giản nhất để phân biệt là dùng axit nitric hoặc aqua regia trên đá thử nghiệm, sau đó thêm amoniac và dung dịch DMG. Nếu có niken, sẽ xuất hiện kết tủa màu đỏ hồng tươi.

Các yếu tố an toàn và kinh tế quan trọng:

Độc tính: Nhiều hợp chất kim loại, đặc biệt là các hợp chất của thủy ngân (mercury) và xyanua (cyanide), có độc tính cao. Khí hydro xyanua (hydrogen cyanide - HCN) cực kỳ độc nếu nuốt phải, hít phải hoặc qua da.  Arsenic cũng là một chất nguy hiểm và có thể tạo ra khí độc khi xử lý. Axit formic (formic acid), dùng để khử palađi, cũng là một hóa chất rất nguy hiểm, cực kỳ ăn mòn da và mô.

Quy trình và vốn đầu tư: Việc thu hồi kim loại quý từ nguồn sơ cấp đòi hỏi đầu tư vốn lớn và phải tuân thủ nhiều quy định của các cơ quan quản lý khác nhau, điều này có thể rất tốn kém và phức tạp.

Làm việc với số lượng nhỏ: Khi học các quy trình, nên bắt đầu với số lượng nhỏ vật liệu để kiểm soát tốt hơn và giảm thiểu rủi ro.

Các nguồn tài liệu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc hiểu rõ các nguyên tắc hóa học, bao gồm cấu trúc nguyên tử và hoạt động của các electron hóa trị, để đạt được sự tách biệt hiệu quả của các kim loại quý. 
Link full download: https://drive.google.com/file/d/1exTcFktSCosXw3bJTt33_dBNNhtlQ-sZ/view?usp=sharing