Các giải pháp thay thế xyanua trong ngành khai thác vàng: triển vọng nào cho tương lai?

Trích bản dịch của tạp chí sản xuất sạch hơn tập 14 số 12-13 trang 1158-1167 của Gavin Hilson , AJ Monhemius năm 2006.

1. Giới Thiệu Về Cyanide Trong Khai Thác Vàng

Cyanide đã là hóa chất lựa chọn hàng đầu để khai thác vàng từ quặng và tinh quặng trong hơn 100 năm qua do hiệu suất cao và chi phí tương đối thấp.

• Lịch sử: Mặc dù Hagen phát hiện ra vàng hòa tan trong cyanide vào năm 1806, nhưng công trình của John Stewart MacArthur vào những năm 1880 mới biến cyanide thành một thuốc thử luyện kim quan trọng. Công nghệ "cyanid hóa" của ông đã thành công ngay lập tức ở New Zealand (1889) và Nam Phi (1890).
• Mức độ sử dụng: "Đến năm 1907, sản lượng vàng toàn cầu đã tăng gấp đôi nhờ việc sử dụng cyanide ngày càng nhiều; nó tiếp tục là phương pháp rửa trôi chính trong ngành khai thác vàng cho đến ngày nay." Khoảng 18% tổng sản lượng cyanide toàn cầu được sử dụng trong các hoạt động khai thác vàng.
• Quá trình: Dung dịch natri cyanide (NaCN) loãng (thường từ 0,01–0,05% cyanide) được sử dụng trong các quy trình rửa trôi trong bể và rửa trôi đống. Các ion cyanide (CN-) hòa tan vàng bằng cách tạo phức, tạo thành "dung dịch chứa vàng" (pregnant solution) từ đó vàng được chiết xuất.

2. Những Mối Lo Ngại Về Môi Trường và Sức Khỏe của Cyanide

Mặc dù hiệu quả, việc quản lý cyanide sai lầm đã dẫn đến những thiệt hại nghiêm trọng về môi trường và sức khỏe, thúc đẩy nghiên cứu các tác nhân rửa trôi ít độc hại hơn.

• Sự cố môi trường:Mỏ Omai, Guyana (1995): Khoảng 2,9 triệu m3 chất thải chứa cyanide và nước thải đã tràn ra do đập chứa chất thải bị vỡ, làm ô nhiễm sông Omai.
• Baia Mare, Romania (2000): Đập chứa chất thải của Aurul S.A. bị vỡ, xả ra tới 100 tấn cyanide vào môi trường, cuối cùng đến sông Danube.
• Độc tính của Cyanide:Nguy cơ chết người ở nồng độ cao: Cyanide là một chất độc gây chết người ở nồng độ cao vì nó liên kết với các enzyme mang sắt cần thiết cho tế bào sử dụng oxy, ức chế các mô cơ thể hấp thụ oxy từ máu. Điều này dẫn đến các triệu chứng thiếu oxy và ngạt thở như nhịp tim không đều, co giật, đau ngực và nôn mửa.
• Ảnh hưởng đến động vật hoang dã:"Nhiều loài chim di cư có thể gặp tai họa tại các cơ sở rửa trôi đống vàng, một số chết ngay sau khi uống nước nhiễm cyanide."
• Các dấu hiệu ngộ độc cấp tính ở vật nuôi bao gồm run cơ ban đầu, tiết nước bọt, chảy nước mắt, đại tiện, tiểu tiện và khó thở, thường xảy ra trong vòng 10 phút, và cái chết có thể nhanh chóng theo sau.
• Trong môi trường thủy sinh, cá nước ngọt non như cá hồi đặc biệt nhạy cảm với ngộ độc cyanide.
• Phức hợp Cyanide: Khái niệm "cyanide không bền" và "cyanide bền" là quan trọng. Các phức hợp cyanide không bền (WAD cyanide) như cadmium, đồng, niken, bạc và kẽm có thể phân ly và giải phóng các ion cyanide độc hại trong điều kiện axit. Các phức hợp cyanide bền hơn (ví dụ: vàng, coban, sắt) phân hủy chậm hơn nhiều trong điều kiện tự nhiên. "Độc tính của cyanide thay đổi, với cyanide tự do là độc nhất, và các phức hợp cyanide ít hoặc không độc."

3. Những Thách Thức Trong Việc Phát Triển Các Giải Pháp Thay Thế Cyanide

Việc phát triển các chất thay thế cho cyanide gặp nhiều thách thức, chủ yếu là việc đảm bảo quy trình luyện kim phù hợp với đặc tính của quặng. Các chất rửa trôi thay thế phải đáp ứng các tiêu chí sau:

• (1) Không đắt và có thể tái chế.
• (2) Có tính chọn lọc.
• (3) Không độc hại.
• (4) Tương thích với các quy trình thu hồi tiếp theo.

4. Các Giải Pháp Thay Thế Cyanide Đã Được Nghiên Cứu

Mặc dù có nhiều nghiên cứu, nhưng "rõ ràng là chưa có giải pháp nào có thể chiếm lĩnh vị trí thống trị của cyanide." Các giải pháp thay thế hứa hẹn nhất bao gồm:

• Thiourea (NH2CSNH2):Ưu điểm: Hòa tan vàng trong điều kiện axit, hình thành phức hợp cation. "Phản ứng nhanh và có thể đạt được hiệu suất chiết xuất vàng lên tới 99%."
• Hạn chế: Phải được sử dụng trong điều kiện tương đối hạn chế vì nó phân hủy nhanh chóng trong môi trường kiềm. Liên quan đến chi phí khử độc cao và khả năng tái chế hạn chế.
• Thiocyanate:Khám phá: Lần đầu tiên được chứng minh có thể hòa tan vàng vào năm 1905, nhưng công việc nghiên cứu bị đình trệ cho đến năm 1986.
• Quá trình: Rửa trôi vàng bằng thiocyanate, nếu thực hiện trong khoảng pH 1 đến 2, cho phép sử dụng sắt (III) làm chất oxy hóa.
• Thiosulfat (S2O32−):Ưu điểm: Một hóa chất được sử dụng rộng rãi trong nhiếp ảnh và dược phẩm. Vàng hòa tan chậm trong thiosulfat kiềm. Tốc độ hòa tan bị ảnh hưởng bởi nồng độ thiosulfat và oxy hòa tan, nhiệt độ quá trình, và có thể được tăng cường bằng cách thêm ion đồng. Vàng tạo thành một phức hợp anion bền với thiosulfat.
• Kết tụ Than-Dầu (Coal–Oil Agglomeration - CGA):Khám phá: Khả năng thu hồi vàng của dầu đã được biết đến vào đầu những năm 1900. BP Australia đã cấp bằng sáng chế cho quy trình CGA vào năm 1986.
• Ứng dụng: Được xác định là một giải pháp thay thế cho cyanide trong các hoạt động quy mô lớn và cũng được quảng bá như một giải pháp thay thế cho quá trình kết hợp thủy ngân trong ngành khai thác vàng quy mô nhỏ (thủ công).
• Halide (Clo, Brom, Iot):Lịch sử: Việc sử dụng hệ thống halide để hòa tan vàng có trước cả quá trình cyanid hóa.
• Clo: Trước khi cyanide ra đời, clo được sử dụng rộng rãi làm thuốc thử rửa trôi để thu hồi vàng từ quặng nung, quặng và tinh quặng. Clo có thể được tạo ra trong bùn và dung dịch thông qua điện phân dung dịch NaCl hoặc bằng cách thêm MnO2.

5. Kết Luận

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu đáng kể ở quy mô phòng thí nghiệm, "hầu hết, nếu không phải tất cả, các giải pháp thay thế được xác định đã chứng tỏ có những hạn chế cản trở việc áp dụng rộng rãi chúng trong ngành khai thác vàng." Việc tiếp tục tìm kiếm các giải pháp thay thế an toàn và hiệu quả hơn là rất quan trọng để giảm thiểu tác động môi trường của ngành khai thác vàng.
Link: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652605000636?via%3Dihub