Quy trình Chiết tách và Thu hồi Vàng

Tài liệu này tổng hợp các phương pháp và công nghệ hiện đại được sử dụng trong ngành khai thác vàng, dựa trên báo cáo từ Trung tâm Công nghệ Khoáng sản, Kim loại và Vật liệu (M3TC) thuộc Đại học Quốc gia Singapore.

Các điểm cốt lõi bao gồm:

• Xyanua hóa (Cyanidation): Là phương pháp phổ biến nhất để hòa tách vàng từ quặng. Quy trình này sử dụng dung dịch xyanua loãng kết hợp với vôi và oxy.
• Xử lý quặng khó xử lý (Refractory ores): Đối với các loại quặng không phản ứng trực tiếp với xyanua (như quặng sunfua hoặc quặng chứa cacbon), cần các bước tiền xử lý như oxy hóa áp suất, nung, clo hóa hoặc oxy hóa sinh học.
• Thu hồi từ dung dịch: Hai phương pháp chính là hấp phụ bằng than hoạt tính (CIP/CIL) và quy trình Merrill-Crowe (kết tủa bằng bụi kẽm). Carbon-in-Pulp (CIP) đang ngày càng phổ biến trong các nhà máy mới.
• Giải pháp thay thế: Thiourea đang được phát triển như một chất hòa tách ít độc hại hơn xyanua với tốc độ hòa tan nhanh hơn.
• Mô hình hóa: Việc sử dụng CFD (Tính toán động lực học chất lưu) và các mô hình thực nghiệm đang được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất hòa tách đống và kết tủa.

1. Tổng quan về Sản lượng và Trữ lượng Vàng

Vàng giữ vai trò là phương tiện thanh toán quốc tế quan trọng nhất, với khoảng 60% lượng vàng khai thác hiện nay do các chính phủ và ngân hàng trung ương nắm giữ.

Sản lượng và Trữ lượng theo Quốc gia (Dữ liệu 2007-2008)

Dưới đây là các quốc gia sản xuất vàng hàng đầu thế giới:

Ghi chú: "Trữ lượng" là phần có thể khai thác kinh tế tại thời điểm xác định.

2. Đặc tính Khoáng vật học của Vàng

Trong tự nhiên, vàng thường tồn tại ở trạng thái nguyên sinh (kim loại), thường hợp kim với bạc. Nếu hàm lượng bạc trên 20%, hợp kim này được gọi là electrum.

Các loại mỏ vàng chính

1. Mạch thạch anh - vàng (Gold-quartz lodes): Các mạch thủy nhiệt, chủ yếu ở các khiên tiền Cambri (Canada, Australia, Brazil). Chiếm 20-25% sản lượng thế giới.
2. Mỏ sa khoáng hóa thạch (Fossil placers): Các tập kết quặng trong đá kết sỏi. Chiếm hơn 60% sản lượng thế giới (ví dụ: Witwatersrand).
3. Vàng phân tán (Disseminated gold): Vàng cực mịn trong đá vôi đôlômit cacbonat (ví dụ: kiểu Carlin ở Nevada).
4. Sản phẩm phụ: Vàng thu được từ các mỏ kim loại cơ bản (đồng, chì,

3. Các Phương pháp Chiết tách Vàng

3.1. Xyanua hóa (Cyanidation)

Đây là quy trình tiêu chuẩn kể từ năm 1887. Vàng được hòa tan theo phương trình Elsner: 4Au + 8CN⁻ + O₂ + 2H₂O → 4Au(CN)₂⁻ + 4OH⁻

• Nồng độ tối ưu thường là 0,05% NaCN.
• Vôi được thêm vào để ngăn chặn sự thủy phân và trung hòa các thành phần axit.

3.2. Hòa tách đống (Heap Leaching)

Được giới thiệu vào những năm 1970 để giảm chi phí xử lý quặng cấp thấp (có thể thấp tới 0,01 oz/tấn).

• Ưu điểm: Chi phí nghiền thấp, không cần tách lỏng-rắn phức tạp, chi phí thải bỏ đuôi quặng thấp.
• Nhược điểm: Tỷ lệ thu hồi thấp hơn (60-80% so với 85-95% của hòa tách khuấy trộn), thời gian xử lý dài (60-90 ngày).

3.3. Xử lý quặng khó xử lý (Refractory Ore Processing)

Quặng khó xử lý là loại không thể thu hồi bằng trọng lực hoặc xyanua hóa trực tiếp do vàng bị bao bọc trong ma trận sunfua (pirit, arsenopirit) hoặc chứa cacbon làm tái hấp phụ vàng.

• Oxy hóa áp suất (Pressure Oxidation): Sử dụng nhiệt và oxy trong nồi hấp cao áp.
• Oxy hóa sinh học (Bio-oxidation): Sử dụng vi khuẩn Thiobacillus Ferrooxidans để tiêu thụ lưu huỳnh ở độ pH = 2. Ưu điểm là vận hành ở điều kiện khí quyển nhưng thời gian lưu giữ rất dài (15-150 giờ).
• Nung (Roasting): Sử dụng nhiệt để đốt cháy lưu huỳnh và cacbon. Các nhà máy hiện đại cần hệ thống làm sạch khí để thu hồi axit sunfuric.

3.4. Các phương pháp khác

• Hợp kim hóa (Amalgamation): Sử dụng thủy ngân để thu hồi vàng thô (>30 micron). Hiện ít được sử dụng do độc tính cao.
• Tuyển trọng lực (Gravity Concentration): Dựa trên tỷ trọng cao của vàng (19,3) so với đá vây quanh (2,6).
• Tuyển nổi (Flotation): Hiệu quả khi vàng liên kết với các khoáng vật

4. Thu hồi Vàng từ Dung dịch

4.1. Hấp phụ bằng Than hoạt tính (Carbon Adsorption)

Sử dụng than gáo dừa do độ bền và khả năng hấp phụ cao. Các biến thể bao gồm:

• Carbon-in-Pulp (CIP): Tiếp xúc than hạt với bùn quặng sau hòa tách trong các bể khuấy trộn ngược dòng.
• Carbon-in-Leach (CIL): Quá trình hòa tách và hấp phụ diễn ra đồng thời, thường dùng cho quặng có chứa cacbon hữu cơ gây hiện tượng "cướp vàng" (preg-robbing).

4.2. Quy trình Merrill-Crowe

Loại bỏ vàng bằng cách kết tủa với bụi kẽm sau khi dung dịch đã được làm trong và khử oxy.

• Phản ứng: 2KAn(CN)₂ + Zn = K₂Zn(CN)₄ + 2Au
• Lựa chọn: Thường được ưu tiên khi tỷ lệ Bạc:Vàng lớn hơn 4:1 do khả năng xử lý khối lượng kim loại lớn tốt hơn than hoạt tính.

5. Nghiên cứu Điển hình (Case Studies)

Tập đoàn Khai thác Newmont

Quy trình tại đây bao gồm các bước:

1. Khai thác & Nghiền: Quặng được nghiền nhỏ qua các máy nghiền SAG và máy nghiền bi đến kích thước 80% < 70 micron.
2. Hòa tách & Hấp phụ: Sử dụng xyanua yếu và than hoạt tính, thu hồi 93% vàng và 70% bạc.
3. Giải hấp & Điện phân: Vàng được rửa khỏi than (elution), sau đó thu hồi bằng điện phân lên các cực catốt bằng thép không gỉ.
4. Sản xuất vàng thỏi (Bullion): Bùn vàng được sấy khô, trộn với chất trợ dung và nấu chảy để đúc thành thỏi doré.

Jerritt Canyon (Yukon-Nevada Gold Corp)

Đây là một trong số ít nhà máy tại Nevada sử dụng công nghệ nung (roasting) để xử lý quặng cực kỳ khó xử lý, sau đó kết hợp với CIL và quy trình Merrill-Crowe để thu hồi kim loại.

6. Mô hình hóa và Hướng nghiên cứu tương lai

Các nghiên cứu tập trung vào việc hiểu rõ hơn về động học hòa tách và tối ưu hóa quy trình:

• Mô hình Sanchez-Chacon và Lapidus (1997): Mô tả hòa tách đống dựa trên sự khuếch tán của phức hợp xyanua vàng ra khỏi hạt khoáng vật.
• Mô hình CFD: Nghiên cứu dòng chảy qua môi trường xốp để mô phỏng sự phân bổ oxy và vi khuẩn trong quá trình oxy hóa sinh học, cho thấy sự ảnh hưởng đáng kể của nồng độ oxy đến tốc độ chiết tách theo thời gian.
• Hướng nghiên cứu của M3TC: Tập trung vào mô hình hóa toán học các quy trình thu hồi và động học của các phản ứng hóa học trong chiết tách vàng.
  Link download full TA: https://drive.google.com/file/d/14KNeSjyYerm_gDt-_Zl-CPvtKhRB78IA/view?usp=sharing