SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT BẰNG CYANUA VÀ THIOSULPHATE TRONG SẢN XUẤT VÀNG (Tổng quan tài liệu)

Bản dịch: SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT BẰNG CYANUA VÀ THIOSULPHATE TRONG SẢN XUẤT VÀNG (Tổng quan tài liệu)
Tác giả: Simo Keskinen  

Năm: 2013  

Đơn vị: Luận văn Cử nhân Khoa học (Công nghệ), Khoa Công nghệ, Phát triển Quy trình và Sản phẩm, ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LAPPEENRANTA  

Người hướng dẫn: D.Sc. Arto Laari, M.Sc. Dmitry Gradov  

Dưới đây là bản dịch chi tiết của các phần quan trọng:

MỤC LỤC

1. GIỚI THIỆU (Trang 5)
2. QUẶNG VÀNG (TrANG 6)
   1. Quặng Phức Tạp và Quặng Carbon (Quặng "Cướp Vàng") (Trang 7)
   2. Phân Loại Quặng Vàng (Trang 8)
3. XỬ LÝ SƠ BỘ TINH QUẶNG (Trang 9)
4. HÓA HỌC TÁCH CHIẾT (Trang 10)
   1. Cyanua Hóa (Trang 10)
      1. Hòa Tan Vàng (Trang 10)
      2. Tiêu Thụ Cyanua (Trang 11)
         1. Tiêu Thụ Cyanua trong các Phản Ứng Cạnh Tranh (Trang 12)
   2. Tách Chiết bằng Thiosulphate (Trang 13)
      1. Tiêu Thụ Thiosulphate (Trang 15)
      2. Tạo và Tái Sinh Thiosulphate Tại Chỗ (In Situ) (Trang 17)
5. ĐỘNG HỌC TÁCH CHIẾT (Trang 19)
   1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng đến Hiện Tượng Cyanua Hóa Vàng (Trang 19)
      1. Ảnh Hưởng của Xử Lý Sơ Bộ (Trang 19)
      2. Ảnh Hưởng của Oxy (Trang 19)
      3. Ảnh Hưởng của Nồng Độ Cyanua (Trang 20)
      4. Ảnh Hưởng của pH (Trang 20)
      5. Ảnh Hưởng của Nhiệt Độ (Trang 21)
      6. Ảnh Hưởng của Kích Thước Hạt (Trang 21)
      7. Ảnh Hưởng của Khuấy Trộn (Trang 22)
      8. Ảnh Hưởng của Áp Suất (Trang 22)
      9. Ảnh Hưởng của Mật Độ Bùn (Trang 22)
      10. Ảnh Hưởng của Ion Lạ (Trang 22)
          1. Ảnh Hưởng của Khoáng Vật Sulphide (Trang 22)
          2. Ảnh Hưởng của Ion Đồng (Trang 23)
          3. Ảnh Hưởng của Ion Chì (Trang 23)
   2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng đến Hiện Tượng Tách Chiết Vàng bằng Thiosulphate (Trang 24)
      1. Ảnh Hưởng của Xử Lý Sơ Bộ (Trang 24)
      2. Ảnh Hưởng của Thiosulphate (Trang 24)
      3. Ảnh Hưởng của Amoniac (Trang 25)
      4. Ảnh Hưởng của Đồng (Trang 25)
      5. Ảnh Hưởng của Oxy (Trang 25)
      6. Ảnh Hưởng của pH (Trang 26)
      7. Ảnh Hưởng của Nhiệt Độ (Trang 26)
      8. Ảnh Hưởng của Tốc Độ Khuấy Trộn (Trang 26)
      9. Ảnh Hưởng của Mật Độ Bùn Giấy (Pulp Density) (Trang 27)
      10. Ảnh Hưởng của Tạp Chất (Trang 27)
          1. Ảnh Hưởng của Sulphite, Mangan, Lưu Huỳnh, Chì và Kẽm (Trang 27)
          2. Ảnh Hưởng của Hematit và Pyrit (Trang 27)
6. THU HỒI VÀNG TỪ DUNG DỊCH TÁCH CHIẾT (Trang 30)
   1. Hấp Phụ bằng Carbon (Trang 30)
   2. Kết Tủa (Trang 31)
   3. Chiết Bằng Dung Môi (Trang 32)
   4. Điện Phân (Trang 32)
   5. Hấp Phụ bằng Nhựa (Trang 32)
7. CÁC KHÍA CẠNH MÔI TRƯỜNG VÀ AN TOÀN (Trang 34)
   1. Tác Động Môi Trường của Cyanua (Trang 34)
      1. Sự Cố Tràn Cyanua ở Baia Mare, Romania (Trang 34)
   2. Xử Lý, Thu Hồi và Phá Hủy Cyanua từ Nước Thải Mỏ (Trang 37)
      1. Hấp Phụ bằng Carbon Hoạt Tính (Trang 37)
      2. Nhựa Trao Đổi Ion (Trang 37)
      3. Clo Hóa Kiềm (Trang 37)
      4. Xử Lý Sinh Học (Trang 38)
      5. Axit Caro (Trang 38)
      6. Quy Trình INCO (Trang 39)
      7. Xả Nước Thải từ Quy Trình Cyanua Hóa ra Môi Trường Tiếp Nhận (Trang 39)
   3. Các Khía Cạnh An Toàn của Cyanua (Trang 41)
      1. Ngộ Độc Cyanua và Sơ Cứu (Trang 41)
   4. Các Khía Cạnh Môi Trường và An Toàn của Thiosulphate (Trang 42)
8. KẾT LUẬN (Trang 44) TÀI LIỆU THAM KHẢO (Trang 45)  

1. GIỚI THIỆU (Trang 5)

Quy trình cyanua hóa truyền thống trong tách chiết vàng đã được sử dụng từ năm 1887 và hiện là quy trình chính trên thế giới. Tuy nhiên, quy trình này tiềm ẩn rủi ro môi trường nghiêm trọng do độc tính của cyanua nếu xảy ra sự cố. Sau một số tai nạn nghiêm trọng liên quan đến cyanua, nhiều quốc gia đã vận động cấm sử dụng cyanua trong công nghiệp khai thác vàng. Các yếu tố chính trị và mối quan tâm về môi trường đã thúc đẩy việc tìm kiếm các giải pháp thay thế hiệu quả và ít độc hại hơn. Bài tổng quan này xem xét một dung môi tách chiết thay thế tiềm năng là thiosulphate, so sánh với cyanua. Tách chiết bằng thiosulphate được coi là một quy trình không độc hại, với những ưu và nhược điểm riêng được thảo luận trong tài liệu này. Các chủ đề chính bao gồm: quặng vàng và sự phù hợp của chúng với các quy trình tách chiết, xử lý sơ bộ tinh quặng, hóa học tách chiết và tiêu thụ thuốc thử, động học tách chiết, thu hồi vàng từ dung dịch tách chiết, và các khía cạnh môi trường, an toàn.  

4. HÓA HỌC TÁCH CHIẾT (Trang 10-18)

Phần này đi sâu vào cơ chế hóa học của cả hai phương pháp.

4.1 Cyanua Hóa  

• Hòa tan vàng: Vàng được hòa tan trong dung dịch natri cyanua (NaCN) rất loãng, tạo thành phức chất bền [Au(CN)2−​]. Đây là một quá trình oxy hóa-khử, trong đó oxy đóng vai trò chất oxy hóa.  
  • Phương trình tổng thể: 4Au+8CN−+O2​+2H2​O→4[Au(CN)2​]−+4OH−  
• Tiêu thụ Cyanua: Về mặt lý thuyết, để hòa tan 1 mol vàng cần 2 mol cyanua và 0.25 mol oxy. Nồng độ NaCN hiệu quả để hòa tan vàng có thể chỉ khoảng 0.005% (0.05 g/L). Tốc độ hòa tan vàng tăng tuyến tính với nồng độ cyanua cho đến khi đạt mức tối đa, sau đó việc tăng nồng độ cyanua không còn tác dụng.  
• Tiêu thụ Cyanua trong các phản ứng cạnh tranh: Nhiều khoáng vật khác ngoài vàng cũng hòa tan trong dung dịch cyanua kiềm, tiêu thụ cyanua và oxy, làm giảm hiệu quả tách chiết vàng (ví dụ: các sulphide sắt và đồng). Xử lý sơ bộ như tiền sục khí, oxy hóa áp lực và nung có thể giúp giảm tiêu thụ cyanua và oxy.  

4.2 Tách Chiết bằng Thiosulphate  

• Thiosulphate (S2​O32−​) là một giải pháp thay thế không độc hại, có tiềm năng về mặt động học và môi trường. Natri và amoni thiosulphate là hai nguồn cung cấp chính.  
• Hòa tan vàng: Vàng tạo phức bền với thiosulphate: Au+5S2​O32−​+[O]+H2​O→[Au(S2​O3​)2​]3−+SO42−​+2OH− (đây là một dạng đơn giản hóa, thực tế phức tạp hơn). Trong dung dịch thiosulphate kiềm với oxy làm chất oxy hóa, phản ứng diễn ra như sau: 4Au+8S2​O32−​+O2​+2H2​O→4[Au(S2​O3​)2​]3−+4OH−.  
• Quá trình tách chiết vàng bằng thiosulphate với oxy cần chất xúc tác thích hợp (thường là đồng(II) cùng với amoniac để ổn định đồng(II) dưới dạng phức Cu(II) tetra-amin) để tăng tốc độ phản ứng.  
• Trong dung dịch amoniac thiosulphate, cả amoniac và thiosulphate đều có thể tạo phức với vàng.  
  • Phản ứng tổng thể trong hệ thống amoniac đồng-thiosulphate: Au+5S2​O32−​+[Cu(NH3​)4​]2+→[Au(S2​O3​)2​]3−+[Cu(S2​O3​)3​]5−+4NH3​  
• Tiêu thụ Thiosulphate: Một vấn đề lớn là sự tiêu thụ thiosulphate cao do sự phân hủy của nó trong dung dịch và sự hấp phụ lên chất rắn. Các khoáng vật đi kèm như pyrit, pyrrhotit và arsenopyrit làm tăng đáng kể mức tiêu thụ thiosulphate.  
• Tạo và Tái Sinh Thiosulphate Tại Chỗ: Có thể tạo thiosulphate tại chỗ hoặc tái sinh từ quặng vàng sulfidic bằng cách cho sulfit phản ứng với lưu huỳnh nguyên tố sinh ra từ quặng.  

5. ĐỘNG HỌC TÁCH CHIẾT (Trang 19-29)

Phần này thảo luận về các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ của hai quy trình.

5.1 Các Yếu Tố Ảnh Hưởng đến Hiện Tượng Cyanua Hóa Vàng  

• Xử lý sơ bộ: Quan trọng đối với quặng khó xử lý để cải thiện khả năng tách chiết vàng và giảm tiêu thụ thuốc thử.  
• Oxy: Nồng độ oxy ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng; lượng oxy thích hợp giúp thu hồi vàng cao hơn, thời gian lưu ngắn hơn và tiêu thụ cyanua thấp hơn.  
• Nồng Độ Cyanua: Tăng nồng độ cyanua làm tăng khả năng tách chiết vàng cho đến khi đạt mức tối đa (khoảng 0.06% NaCN hoặc 600 ppm).  
• pH: Duy trì pH trong khoảng 11-12 bằng vôi (CaO) để đạt tốc độ hòa tan cao. pH quá cao có thể làm giảm tốc độ hòa tan vàng.  
• Nhiệt Độ: Tăng nhiệt độ làm tăng tốc độ hòa tan, nhưng cũng làm giảm hàm lượng oxy trong dung dịch. Nhiệt độ tối ưu khoảng 85∘C.  
• Kích Thước Hạt: Hạt nhỏ hơn (thường từ 30 - 180 μm) có thể cải thiện tốc độ hòa tan vàng do diện tích tiếp xúc lớn hơn, nhưng nghiền quá mịn có thể làm tăng tiêu thụ cyanua.  
• Khuấy Trộn: Tăng cường khuấy trộn làm tăng tốc độ hòa tan vì đây là quá trình kiểm soát bởi khuếch tán.  
• Áp Suất: Tăng áp suất làm tăng độ hòa tan của khí, do đó có thể cải thiện quá trình hòa tan vàng.  
• Ảnh Hưởng của Ion Lạ: Hầu hết các ion sulphide có tác động tiêu cực. Ion đồng tiêu thụ cyanua và oxy. Ion chì (ví dụ, từ Pb(NO3​)2​) có thể tăng cường động học tách chiết vàng.  

5.2 Các Yếu Tố Ảnh Hưởng đến Hiện Tượng Tách Chiết Vàng bằng Thiosulphate  

• Xử lý sơ bộ: Xử lý oxy hóa quặng vàng sulphide làm giảm tiêu thụ thiosulphate.  
• Thiosulphate: Nồng độ thiosulphate (thường từ 0.05 đến 2.0 M) tăng làm tăng tốc độ tách chiết vàng.  
• Amoniac: Amoniac ổn định ion cupric và ngăn chặn sự thụ động hóa vàng.  
• Đồng: Ion đồng(II) hoạt động như chất oxy hóa vàng và chất xúc tác, có thể tăng tốc độ hòa tan vàng lên 20 lần. Tuy nhiên, nồng độ đồng(II) cao cũng làm tăng quá trình oxy hóa thiosulphate.  
• Oxy: Cần thiết để chuyển đồng(I) thành đồng(II) cho quá trình tách chiết tiếp theo, nhưng nồng độ oxy cần được kiểm soát để tránh phân hủy thiosulphate.  
• pH: pH tối ưu là 10.0 để tách chiết vàng cao và tiêu thụ thiosulphate thấp hơn; pH phải là kiềm (8.5 - 12). Ở pH thấp, thiosulphate phân hủy.  
• Nhiệt Độ: Tăng nhiệt độ (ví dụ từ 25∘C lên 35∘C có thể tăng gấp đôi tốc độ tách chiết). Nhiệt độ từ 30∘C đến 40∘C được coi là tối ưu.  
• Tốc Độ Khuấy Trộn: Ít ảnh hưởng vì đây là phản ứng được kiểm soát về mặt hóa học, không phải khuếch tán.  
• Ảnh Hưởng của Tạp Chất: Sulphite làm giảm tiêu thụ thiosulphate. Hematit làm giảm đáng kể quá trình hòa tan vàng. Pyrit có tác động bất lợi.  

6. THU HỒI VÀNG TỪ DUNG DỊCH TÁCH CHIẾT (Trang 30-33)

Các kỹ thuật thu hồi vàng từ dung dịch cyanua bao gồm hấp phụ carbon, hấp phụ nhựa, kết tủa, chiết dung môi và điện phân. Việc thu hồi phức vàng-thiosulphate khó khăn hơn.  

• Hấp Phụ Carbon (CIP/CIL): Phổ biến cho cyanua hóa do hiệu quả cao và chi phí tương đối thấp. Phức Aurothiosulphate ([Au(S2​O3​)2​]3−) có ái lực với carbon thấp hơn nhiều so với phức aurocyanide ([Au(CN)2​]−), làm cho phương pháp này kém thuận lợi hơn đối với thiosulphate.  
• Kết Tủa (Merrill-Crowe): Sử dụng kim loại dạng bột (thường là kẽm hoặc đồng) để kết tủa vàng. Nhiều kim loại kết tủa có tác động bất lợi đến thiosulphate. Đồng là lựa chọn hợp lý cho thiosulphate vì ion đồng có thể được tái chế.  
• Chiết Bằng Dung Môi: Phức vàng được chuyển vào pha hữu cơ.  
• Điện Phân: Ion vàng di chuyển đến catot và lắng đọng thành kim loại. Ion đồng trong dung dịch thiosulphate gây khó khăn cho quá trình điện phân. Do đó, điện phân không phải là lựa chọn khả thi cho thiosulphate.  
• Hấp Phụ bằng Nhựa (RIL/RIP): Được coi là kỹ thuật phù hợp duy nhất để thu hồi vàng từ dung dịch thiosulphate thương mại, mặc dù có khó khăn do sự hấp phụ cạnh tranh của các anion không mong muốn.  

7. CÁC KHÍA CẠNH MÔI TRƯỜNG VÀ AN TOÀN (Trang 34-43)

• Tác Động Môi Trường của Cyanua: Cyanua rất độc và có tác động môi trường bất lợi nếu phát tán. Nhiều sự cố tràn cyanua nghiêm trọng đã xảy ra. Sự cố tràn cyanua ở Baia Mare, Romania năm 2000 đã gây ra thảm họa môi trường lớn, làm chết hàng ngàn tấn cá và ô nhiễm nguồn nước uống của hàng triệu người.  
• Xử Lý Cyanua: Nhiều quy trình hóa học, vật lý và sinh học đã được phát triển để xử lý, thu hồi và phá hủy cyanua từ nước thải mỏ, bao gồm hấp phụ carbon hoạt tính, nhựa trao đổi ion, clo hóa kiềm, xử lý sinh học, axit Caro và quy trình INCO (sử dụng SO2​/không khí).  
• An Toàn Cyanua: Cần duy trì dung dịch kiềm để ngăn chặn sự hình thành khí hydro cyanua (HCN) cực độc. Mã Quản lý Cyanua Quốc tế cung cấp hướng dẫn về sản xuất, vận chuyển và sử dụng cyanua an toàn. Ngộ độc cyanua có thể xảy ra qua đường hô hấp, tiêu hóa hoặc tiếp xúc qua da, gây thiếu oxy và ngạt thở.  
• Các Khía Cạnh Môi Trường và An Toàn của Thiosulphate: Amoni thiosulphate được sử dụng làm phân bón; nồng độ cao trong nước có thể gây phú dưỡng. Thiosulphate có thể bị oxy hóa thành sulphate hoặc tetrathionate. Thiosulphate và sulphate không độc nhưng lượng dư thừa có thể gây hại cho hệ thống nước, đất và nước ngầm. Amoniac, một thuốc thử trong tách chiết thiosulphate, cũng gây ra các vấn đề về môi trường và độc tính. Thiosulphate được phân loại là GRAS (thường được công nhận là an toàn); độc tính của nó thấp hơn rất nhiều so với cyanua.  

8. KẾT LUẬN (Trang 44)

• Cyanua hóa là quy trình truyền thống, hiệu quả trong việc hòa tan vàng và dễ thu hồi vàng, nhưng nhược điểm chính là độc tính cao. Cyanua hóa cũng không hòa tan tốt quặng vàng khó xử lý nếu không qua tiền xử lý.  
• Tách chiết bằng thiosulphate được coi là quy trình không độc hại, tốc độ hòa tan vàng có thể nhanh hơn cyanua hóa truyền thống, và là lựa chọn tốt hơn cho các loại quặng phức tạp và quặng carbon vì ít nhạy cảm với sự can thiệp của các cation lạ.  
• Nhược điểm của thiosulphate là tiêu thụ thuốc thử cao và khó thu hồi vàng từ dung dịch tách chiết, mặc dù việc sử dụng nhựa để thu hồi vàng cho thấy một số hứa hẹn.  
• Tách chiết bằng thiosulphate có tiềm năng trở thành một quy trình hiệu quả và ít nguy hiểm hơn để tách chiết vàng.  
• Mối quan tâm về môi trường và các yếu tố chính trị là động lực chính để tìm kiếm các giải pháp thay thế ít độc hại hơn cho cyanua. Việc một số quốc gia vận động cấm sử dụng cyanua và nhiều tai nạn liên quan đến cyanua đã thúc đẩy nghiên cứu các giải pháp thay thế. Tương lai sẽ cho thấy liệu thiosulphate có thể thay thế cyanua trong những thập kỷ tới hay không.  
  Linkdownload: https://drive.google.com/file/d/1KBFRhAD9ZDinpRTE77DPdEl0HQUMNT1a/view?usp=sharing