So sánh khả năng kết tủa Au3+ trong dung dịch giữa NaH2PO2 và Na2S2O5

1. Cơ chế phản ứng và hiệu quả kết tủa

NaH₂PO₂ (Natri hipophosphit)

• Phản ứng hóa học chính:

2Au3++3H2​PO2−​+6H2​O→2Au↓+3H2​PO3−​+6H++3H2​PO42−​

• Cơ chế: NaH₂PO₂ đóng vai trò chất khử mạnh (E° ≈ -0.5 V), cung cấp electron để khử Au³⁺ thành Au⁰.
• Ưu điểm:
  • Tốc độ khử nhanh ở điều kiện pH trung tính/kiềm nhẹ.
  • Ít sinh tạp chất kim loại nặng (do không tạo ion sulfide).
• Nhược điểm:
  • Dễ tạo phosphine (PH₃) – khí độc, dễ cháy – nếu pH < 3 hoặc nhiệt độ > 80°C.
  • Để lại cặn phosphate (H₂PO₃⁻, HPO₄²⁻), đòi hỏi rửa kỹ để đạt độ tinh khiết cao.

Na₂S₂O₅ (Natri metabisulfite)

• Phản ứng hóa học chính:

2Au3++3SO2​+6H2​O→2Au↓+3SO42−​+12H+

(SO₂ sinh ra từ Na₂S₂O₅ trong môi trường axit: Na2​S2​O5​+H2​O→2NaHSO3​ )

• Cơ chế: Na₂S₂O₅ giải phóng SO₂, khử Au³⁺ thành Au⁰ (E° của SO₂/SO₄²⁻ ≈ +0.17 V).
• Ưu điểm:
  • Phản ứng nhanh, triệt để trong môi trường axit mạnh (pH 1–3).
  • Sulfate (SO₄²⁻) dễ hòa tan, ít bám dính trên vàng kết tủa.
• Nhược điểm:
  • Sinh SO₂ – khí độc, cần hệ thống thông gió.
  • Dễ bị ảnh hưởng bởi tạp chất (Fe³⁺, Cu²⁺) trong quặng, làm giảm hiệu suất.

2. Liều lượng và điều kiện kết tủa hoàn toàn

NaH₂PO₂

• Liều lượng tối ưu:
  • Stoichiometric: 0.67 g NaH₂PO₂ / 1 g Au (theo phương trình: 2 mol Au cần 3 mol NaH₂PO₂).
  • Thực tế: Dùng 0.8–1.0 g/g Au (dư 20–30% để đảm bảo kết tủa hoàn toàn).
    Ví dụ: Với 100 g Au, cần 80–100 g NaH₂PO₂.
  • Điều kiện phản ứng:

    Thông số	Giá trị tối ưu	Lý do
    pH	4.0–6.0 (trung tính/nhẹ kiềm)	Ngăn tạo PH₃ độc hại
    Nhiệt độ	50–70°C	Tăng tốc độ phản ứng
    Thời gian	30–60 phút	Đảm bảo kết tủa hoàn toàn
    Khuấy trộn	Vừa phải (50–100 rpm)	Tránh vón cục cặn

Na₂S₂O₅

• Liều lượng tối ưu:
  • Stoichiometric: 0.72 g Na₂S₂O₅ / 1 g Au (theo phương trình: 2 mol Au cần 1.5 mol Na₂S₂O₅).
  • Thực tế: Dùng 1.5–2.0 g/g Au (dư 100–150% do SO₂ bay hơi và cạnh tranh với tạp chất).
    Ví dụ: Với 100 g Au, cần 150–200 g Na₂S₂O₅.
  • Điều kiện phản ứng:

    Thông số	Giá trị tối ưu	Lý do
    pH	1.0–3.0 (axit mạnh)	Tối ưu hóa giải phóng SO₂
    Nhiệt độ	25–40°C (nhiệt độ phòng)	Tránh bay hơi SO₂
    Thời gian	15–30 phút	Phản ứng tức thì
    Khuấy trộn	Mạnh (150–200 rpm)	Đảm bảo tiếp xúc đầy đủ

3. So sánh chi tiết

4. Khuyến nghị:

• Dùng Na₂S₂O₅ khi:

  • Quặng có hàm lượng vàng cao (> 5 g/t), tạp chất thấp.
  • Ưu tiên tốc độ và chi phí (phù hợp với nhà máy quy mô lớn).
  • Lưu ý: Luôn kiểm soát pH bằng H₂SO₄ và dùng hệ thống hấp thụ SO₂ bằng NaOH.

• Dùng NaH₂PO₂ khi:

  • Xử lý dung dịch vàng tinh chế (ví dụ: từ quy trình cyanide), cần độ tinh khiết > 99.5%.
  • Môi trường làm việc có thể kiểm soát pH trung tính (dùng NaHCO₃ để điều chỉnh).
  • Lưu ý: Tránh kết hợp với axit mạnh; kiểm tra khí PH₃ bằng cảm biến điện hóa.

• Mẹo từ thực tế:

  • Với NaH₂PO₂: Thêm 0.1% PVA (polyvinyl alcohol) để kết tủa vàng dạng hạt lớn, dễ lọc.
  • Với Na₂S₂O₅: Tiền khử Fe³⁺ bằng FeSO₄ trước khi kết tủa vàng để tăng hiệu suất.

Kết luận

• Na₂S₂O₅ là lựa chọn tối ưu cho sản xuất công nghiệp nhờ chi phí thấp, tốc độ nhanh và hiệu suất cao.
• NaH₂PO₂ chỉ nên dùng trong trường hợp đặc biệt (yêu cầu vàng siêu tinh khiết), nhưng cần đầu tư hệ thống kiểm soát pH và an toàn nghiêm ngặt.

Chú ý: Luôn thử nghiệm tiền quy mô (pilot test) với mẫu quặng cụ thể trước khi áp dụng đại trà