Tài liệu này trình bày các phát hiện từ nghiên cứu của Sharizan Ibrahim thuộc Cục Khoáng sản và Địa chất Malaysia về một quy trình mới để hòa tách và thu hồi vàng. Phương pháp này sử dụng hỗn hợp axit clohydric (HCl), axit sunfuric (H2SO4) và natri nitrat (NaNO3) làm tác nhân hòa tách, thay thế cho các hóa chất độc hại truyền thống như xyanua hoặc nước cường toan (aqua regia).
Điểm nổi bật của quy trình là khả năng hòa tan hoàn toàn vàng trong điều kiện kiểm soát và hiệu suất thu hồi cực cao lên đến 99,9% bằng cách sử dụng axit ascorbic làm chất khử. Quy trình này không chỉ giảm thiểu rủi ro về sức khỏe và môi trường (do hạn chế khí độc nitrosyl clorua) mà còn đơn giản hóa các bước xử lý sau hòa tách, phù hợp cho các vận hành quy mô nhỏ và trung bình.
1. Bối cảnh và Động lực Nghiên cứu
Việc hòa tách vàng trong khai thác quặng hoặc tái chế phế liệu điện tử hiện nay chủ yếu dựa vào hai phương pháp chính, nhưng cả hai đều tồn tại những nhược điểm nghiêm trọng:
- Quy trình Xyanua hóa: Đã được sử dụng hơn 100 năm nhưng sử dụng hóa chất cực kỳ nguy hiểm, gây rủi ro lớn cho công nhân và môi trường.
- Phương pháp Nước vương (Aqua Regia): Kết hợp HCl và HNO3 đậm đặc. Nhược điểm lớn nhất là tạo ra khí nitrosyl clorua (NOCl) độc hại và quy trình thu hồi phức tạp do phải loại bỏ axit nitric dư thừa.
Nghiên cứu này hướng tới một giải pháp thay thế hiệu quả tương đương nước cường toan nhưng an toàn hơn và quy trình vận hành ngắn gọn hơn.
2. Cơ chế của Hệ Hòa tách Mới
Hệ hòa tách được đề xuất bao gồm ba thành phần phối hợp để hòa tan vàng kim loại thành trạng thái ion:
|
Thành phần
|
Vai trò chính
|
|
Axit Clohydric (HCl)
|
Giải phóng các ion clorua để tạo phức với ion vàng thành vàng clorua (AuCl4).
|
|
Axit Sunfuric (H2SO4)
|
Phản ứng với natri nitrat để tạo ra oxit nitơ, đóng vai trò tác nhân oxy hóa vàng kim loại.
|
|
Natri Nitrat (NaNO3)
|
Được chọn làm chất oxy hóa vì chi phí thấp và hiệu quả cao trong việc oxy hóa vàng.
|
3. Các Thông số Kỹ thuật và Điều kiện Tối ưu
Hiệu quả hòa tan vàng phụ thuộc chặt chẽ vào nồng độ axit và nhiệt độ:
- Nồng độ Axit Sunfuric: Nồng độ tối ưu nằm trong khoảng từ 1 M đến 6 M. Nghiên cứu chỉ ra rằng động học hòa tan vàng tăng lên khi giảm nồng độ H2SO4 trong khoảng này, giúp đạt tốc độ hòa tan tối đa trong thời gian ngắn hơn.
- Nhiệt độ:
- Dưới 90°C: Tốc độ hòa tan không đáng kể.
- 90°C - 150°C: Khoảng nhiệt độ tối ưu cho phản ứng hòa tách.
- Trên 200°C: Hiệu suất giảm mạnh do sự thất thoát quá nhanh của các chất phản ứng.
- Thời gian: Các thử nghiệm thường đạt kết quả hòa tan hoàn toàn trong vòng khoảng 120 phút ở điều kiện tối ưu.
4. Thu hồi Vàng bằng Axit Ascorbic
Sau khi vàng đã được hòa tan thành dung dịch phức clorua vàng, axit ascorbic ($C_6H_8O_6$) được sử dụng làm chất khử để đưa vàng về trạng thái kim loại.
Đặc điểm của Axit Ascorbic:
- Là một loại đường axit có tính chống oxy hóa, dễ tan trong nước, có khả năng phân hủy sinh học và độc tính thấp.
- Chuyển đổi hoàn toàn ion $Au^{3+}$ thành vàng kim loại ($Au^0$) dưới dạng các hạt nano hoặc vàng xốp.
- Phản ứng là không đảo ngược, chuyển axit ascorbic thành axit gluconic (không có hoạt tính sinh học).
Hiệu suất thu hồi:
Dựa trên 10 lần thử nghiệm lặp lại trên 1,0g vàng nguyên chất, kết quả thống kê cho thấy hiệu suất cực kỳ ấn tượng:
- Hiệu suất trung bình: 99,962%
- Độ lệch chuẩn: 0,0475
- Phạm vi: 99,83% - 99,99%
5. Phân tích So sánh: Hệ mới so với Nước cường toan
Nghiên cứu chỉ ra những ưu điểm vượt trội của hệ hòa tách HCl-H2SO4-NaNO3 so với phương pháp nước cường toan truyền thống:
|
Đặc điểm so sánh
|
Phương pháp Nước cường toan
|
Hệ Hòa tách Mới
|
|
Nồng độ axit
|
Chỉ sử dụng được axit đậm đặc.
|
Có thể sử dụng axit pha loãng (ví dụ H2SO4 1M).
|
|
Mức độ phản ứng
|
Phản ứng mãnh liệt, tạo khói nâu đậm (NO2).
|
Phản ứng ít mãnh liệt hơn, chỉ có ít khói trắng.
|
|
Xử lý trước thu hồi
|
Phải loại bỏ HNO3 dư (bằng cách bay hơi hoặc dùng urea).
|
Không cần loại bỏ vì không có axit nitric trong dung dịch.
|
|
Điều chỉnh pH
|
Cần điều chỉnh pH trong bước thu hồi.
|
Không cần điều chỉnh pH.
|
|
Thời gian quy trình
|
Kéo dài do các bước loại bỏ axit dư.
|
Ngắn hơn đáng kể.
|
6. Thử nghiệm trên Vàng Sa khoáng (Placer Gold)
Quy trình đã được thử nghiệm thực tế trên mẫu vàng sa khoáng tự nhiên từ Malaysia:
- Trọng lượng mẫu ban đầu: 8,1256 g.
- Xử lý: Nghiền nhỏ để tăng diện tích tiếp xúc, hòa tách bằng 50ml HCl 11,5M, 20ml H2SO4 1M và 10g NaNO3 ở 90°C.
- Kết quả: Sau khi lọc tạp chất (bạc clorua, vật liệu phi kim loại) và khử bằng axit ascorbic, lượng vàng thu hồi được là 7,1985 g.
- Hàm lượng vàng: Được xác định chiếm 88,6% trong mẫu sa khoáng.
- Đặc tính sản phẩm: Phân tích SEM cho thấy các hạt vàng thu hồi có hình dạng gần như hình cầu, kích thước trung bình khoảng 10mm. Phân tích EDAX xác nhận độ tinh khiết cao, không phát hiện đỉnh tạp chất.
7. Kết luận
Nghiên cứu khẳng định quy trình thủy luyện sử dụng $HCl-H_2SO_4-NaNO_3$ kết hợp với axit ascorbic là một giải pháp thay thế khả thi và hiệu quả cho các phương pháp truyền thống. Với khả năng thu hồi vàng lên đến 99,9%, quy trình này đặc biệt phù hợp cho việc tái chế phế liệu quý và khai thác vàng quy mô vừa và nhỏ nhờ tính an toàn, chi phí thấp và quy trình vận hành đơn giản.
Link download tiếng Anh: https://drive.google.com/file/d/1Z69_mAJvPA4fX6Tvy3T9LDX7Y2_kXdkt/view?usp=sharing
Dịch
