Tóm tắt bản dịch "Hấp phụ vàng dạng phức thiosulfate lên than hoạt tính"

• Nghiên cứu của các tác giả từ Đại học Santiago de Chile và Hội đồng nghiên cứu khoa học Tây Ban Nha, tài trợ bởi CONICYT Chile & CSIC Tây Ban Nha.

• Công bố trên Gold Bulletin 2006 (Vol. 39/3).

Xử lý thủy luyện là một phương pháp hiệu quả để xử lý nguyên liệu vàng. Hiện tại, quá trình xianua hóa là lựa chọn chính để chiết xuất vàng từ quặng. Tuy nhiên, do độc tính của xianua và việc nó không thể chiết xuất vàng từ các nguyên liệu "khó xử lý" (ví dụ: quặng vàng chứa cacbon và đồng-vàng), việc tìm kiếm các giải pháp thay thế đã được đẩy mạnh.

Các chất tạo phức thay thế có chi phí thấp đã được xác định bao gồm clorua, thiosunfat, sunfit, amoniac và sulfit. Trong số đó, thiosunfat đặc biệt được quan tâm do những lợi ích về sức khỏe, an toàn và tác động môi trường thấp. Thiosunfat có thể được sử dụng để lọc vàng từ quặng vàng chứa cacbon dưới dạng phức vàng-thiosunfat, phức này không bị hấp thụ bởi thành phần cacbon của quặng.

Phản ứng hòa tan vàng trong dung dịch thiosunfat được mô tả đơn giản như sau: 
2Au + 4S2O3²⁻ + ½O2 + H2O → 2Au(S2O3)2³⁻ + 2OH⁻

Để đẩy nhanh phản ứng này, amoniac (amoni hydroxit) và đồng (II) thường được thêm vào làm chất xúc tác. Sự hình thành phức đồng(I) thiosunfat trong phản ứng này tiêu thụ thiosunfat và làm chậm quá trình lọc vàng. Do đó, phức đồng(I) cần được oxy hóa trở lại thành phức đồng(II) amoniac càng nhiều càng tốt.

Sau khi vàng được hòa tan, việc thu hồi vàng từ dung dịch thiosunfat "pregnant" có thể được thực hiện bằng nhiều quy trình khác nhau như hấp phụ, chiết dung môi, v.v. Mặc dù hấp phụ bằng than hoạt tính là một trong những quy trình phổ biến được sử dụng để thu hồi vàng từ dung dịch xianua, nhưng nó chưa được sử dụng rộng rãi cho việc xử lý dung dịch vàng-thiosunfat do một số lý do được mô tả trong tài liệu .

Bài báo này trình bày kết quả của một nghiên cứu về ứng dụng công nghệ hấp phụ than hoạt tính để thu hồi vàng từ dung dịch thiosunfat-amoniac.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ vàng trên than hoạt tính

Nghiên cứu đã điều tra các biến số ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ vàng trên than hoạt tính từ dung dịch thiosunfat amoniac. Các yếu tố chính được xem xét bao gồm nhiệt độ, nồng độ amoni hydroxit và thiosunfat, cũng như các cation và anion đi kèm.

1. Ảnh hưởng của Amoni Hydroxit (NH4OH)

• Nồng độ tối ưu: "Các kết quả của các thí nghiệm này (Bảng 2) cho thấy ở thời gian ngắn hơn, sự hấp phụ vàng trên cacbon tăng lên khi tăng nồng độ amoni hydroxit lên đến 0.6 mol/l và sau đó giữ nguyên." Ở thời gian phản ứng dài hơn, ảnh hưởng của nồng độ NH4OH ít đáng kể hơn.
• Quá nồng độ: "Mặc dù không được trình bày trong bài báo này, nhưng việc tăng thêm nồng độ amoni hydroxit đã dẫn đến sự giảm hấp phụ vàng trên cacbon."
• Cơ chế: Sự giảm này được cho là do sự hấp phụ cạnh tranh của ion amoni với ion vàng trên bề mặt cacbon, dẫn đến giảm hoạt tính và khả năng khuếch tán của ion vàng [10].

2. Ảnh hưởng của pH

• pH tối ưu: "Nghiên cứu trước đây về quá trình lọc vàng đã xác nhận rằng giá trị pH gần 9.5 là tối ưu cho việc chiết xuất vàng [1,2,11]; do đó, ảnh hưởng của pH đến hấp phụ vàng đã được nghiên cứu trong khoảng này." Tuy nhiên, "kết quả cho thấy, sự biến đổi pH đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến hấp phụ vàng, tức là nó bị cản trở nghiêm trọng ở giá trị pH thấp hơn và cao hơn, với sự hấp phụ vàng tối ưu diễn ra ở pH 10.5."

3. Ảnh hưởng của Nhiệt độ

• Tăng nhiệt độ, tăng hấp phụ: "Trong phạm vi nhiệt độ được điều tra, sự hấp phụ vàng trên than hoạt tính tăng lên khi nhiệt độ tăng."
• Năng lượng hoạt hóa: Năng lượng hoạt hóa biểu kiến cho quá trình hấp phụ được ước tính là 19.4 kJ/mol. Giá trị này "cho thấy sự hấp phụ vàng được kiểm soát bởi sự khuếch tán màng (film diffusion-controlled mechanism) ."

4. Ảnh hưởng của Thiosunfat và các Anion khác

• Nồng độ Thiosunfat: "Sự hiện diện của anion này trong dung dịch nước ảnh hưởng đến sự hấp phụ vàng lên than hoạt tính."
• Tốc độ hấp phụ: "Tốc độ hấp phụ tăng lên khi nồng độ thiosunfat ban đầu tăng."
• Phần trăm hấp phụ: "Phần trăm vàng hấp phụ trong một khoảng thời gian nhất định giảm khi nồng độ thiosunfat tăng." Đây là "một nhược điểm nghiêm trọng vì các quá trình lọc thực tế dự kiến sẽ chứa một lượng lớn thiosunfat."
• Cơ chế giảm hấp phụ: Sự giảm hấp phụ vàng có thể do các phản ứng phụ ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ vàng tổng thể, ví dụ, ion thiosunfat dư thừa có thể trải qua các phản ứng không cân đối (disproportionation reactions) như: 
• Lưu huỳnh kết tủa có thể làm giảm diện tích bề mặt sẵn có cho hấp phụ vàng.
• Sự phân hủy thiosunfat thành tetrathionat  cũng có thể gây ảnh hưởng bất lợi.
• Các Anion khác (Cl-, ClO4-): "Sự hiện diện của các anion này đã làm giảm sự thu hồi vàng." Sự giảm này cũng được cho là do "giảm khả năng khuếch tán của các loài vàng do các anion gây ra."
• Ion Cyanide: Mặc dù không được điều tra trong công trình này, "việc bổ sung ion xianua vào hệ thống có ảnh hưởng tích cực, làm tăng sự hấp phụ vàng lên than ."

5. Ảnh hưởng của Nồng độ Vàng ban đầu

• "Nồng độ vàng ban đầu có ảnh hưởng đáng kể đến sự hấp phụ vàng."
• Quy luật: "Nồng độ vàng ban đầu càng cao, tốc độ hấp phụ càng thấp." "Hơn nữa, phần trăm vàng hấp phụ lên than hoạt tính tăng lên khi nồng độ vàng ban đầu giảm."
• Giải thích: Kết quả này có thể được hiểu là do "các vị trí hoạt động sẵn có không đủ để tăng tải vàng tương ứng với sự gia tăng vàng trong dung dịch nước ban đầu, do đó làm giảm phần trăm hấp phụ vàng lên than."

6. Ảnh hưởng của Đồng (và Kẽm)

• Vai trò của Đồng: Đồng rất quan trọng trong việc hòa tan vàng trong dung dịch thiosunfat amoniac (thường ở dạng phức).
• Ảnh hưởng đến hấp phụ: "Sự hiện diện của đồng trong dung dịch dưới dạng phức hợp trên ảnh hưởng đến sự hấp phụ vàng lên than." "Khi nồng độ đồng tăng lên, phần trăm vàng thu hồi giảm đi."
• Giải thích: Một lời giải thích có thể là "sự đồng hấp phụ của đồng với vàng (ví dụ: ở nồng độ Cu(II) ban đầu là 0.1 g/l, 10.7% kim loại này đã được hấp phụ lên than sau 8 giờ)."
• Ảnh hưởng của Kẽm: Kẽm cũng có mặt trong nguyên liệu thô và dung dịch lọc vàng. "Sự hiện diện của kẽm trong dung dịch vàng... cho thấy ảnh hưởng tương tự như đồng." Ví dụ, sự thu hồi vàng giảm từ 54.0% (không có kẽm) xuống 48.7% (0.1 g/l kẽm) và 34.8% (1 g/l kẽm) sau 6 giờ hấp phụ.

7. Ảnh hưởng của Lượng Than Hoạt tính

• Lượng than và thu hồi vàng: "Sự thu hồi vàng tăng lên khi tỷ lệ thể tích dung dịch trên lượng than được thêm vào giảm." Điều này có nghĩa là sử dụng nhiều than hơn (tỷ lệ thể tích dung dịch/khối lượng than nhỏ hơn) dẫn đến thu hồi vàng cao hơn.
• Lượng than và tốc độ hấp phụ: "Tốc độ hấp phụ chỉ bị ảnh hưởng nhẹ bởi sự thay đổi lượng than thêm vào dung dịch."
• Cơ chế: "Có thể suy ra rằng diện tích bề mặt của than đóng vai trò quan trọng trong quá trình hấp phụ, bởi vì càng sử dụng nhiều than, diện tích bề mặt càng lớn."
• Tải trọng kim loại: "Tải trọng kim loại điển hình của than sau thời gian phản ứng 8 giờ được tìm thấy là 7.0, 4.6 và 3.4 g/kg than, tương ứng với tỷ lệ thể tích dung dịch trên trọng lượng than là 1600, 800 và 480 (ml dung dịch/g than)."

Kết luận chính

• Quá trình hấp phụ vàng từ dung dịch thiosunfat-amoniac lên than hoạt tính bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố.
• Tốc độ hấp phụ ban đầu nhanh, sau đó chậm lại do sự khuếch tán vào các vi mao quản.
• Nồng độ tối ưu của amoni hydroxit và pH cần được kiểm soát chặt chẽ.
• Tăng nhiệt độ giúp tăng cường hấp phụ.
• Sự có mặt của thiosunfat dư thừa và các anion khác (Cl-, ClO4-) có tác động tiêu cực đến hiệu suất hấp phụ vàng. Đây là một thách thức lớn trong ứng dụng thực tế do các quá trình lọc thường sử dụng lượng thiosunfat dư thừa.
• Nồng độ vàng ban đầu cao làm giảm tốc độ và phần trăm hấp phụ.
• Sự hiện diện của đồng và kẽm làm giảm sự thu hồi vàng do sự đồng hấp phụ.
• Tăng lượng than hoạt tính (tức là tăng diện tích bề mặt) giúp tăng cường thu hồi vàng.

Năng lượng hoạt hóa thấp (19.4 kJ/mol) cho thấy quá trình hấp phụ được kiểm soát bởi sự khuếch tán màng.
Link download full tiếng Anh: https://drive.google.com/file/d/1Q-73ifR7fCw3ZfGMvuicRLmLBwY7vlku/view?usp=sharing