Tóm tắt bản dịch luận văn tiến sỹ "Hòa tách vàng trong dung dịch thiosulfate – oxy" Tác giả: Onias Sitando Trường Đại học Murdoch, Perth, Úc – 2017

Thiosunphat đã nhận được sự quan tâm lớn như là một chất hòa tách thay thế không dùng xianua trong thu hồi vàng trong khoảng ba thập kỷ gần đây. Đặc biệt, nhiều nghiên cứu đã cho thấy hệ thống đồng (II) sulfat–thiosunphat natri trong môi trường amoniac mang lại động học hòa tan nhanh, nhưng đồng thời cũng gặp khó khăn lớn trong kiểm soát hóa học dung dịch phức tạp cũng như lo ngại về việc sử dụng amoniac. Gần đây, quá trình hòa tách vàng bằng thiosunphat không chứa amoniac đã chứng minh là một lựa chọn hữu ích thay thế xianua, minh chứng là nhà máy xử lý vàng bằng thiosunphat vừa được đưa vào vận hành tại mỏ Goldstrike của Barrick (Hoa Kỳ) để xử lý quặng kép chịu nhiệt oxy hóa áp suất.

Trong nghiên cứu này, quá trình hòa tan vàng dưới dạng phức vàng (I)-thiosunphat trong dung dịch thiosunphat không amoniac đã được khảo sát trên các thiết bị cân vi tinh thể thạch anh điện hóa quay (REQCM), điện cực đĩa vàng quay (RDE), bột vàng và các loại quặng vàng khác nhau, có mặt khoáng sunfua hoặc than hoạt tính. Các nghiên cứu điện hóa cho thấy quá trình oxy hóa vàng được thúc đẩy khi: tăng nhiệt độ, tăng nồng độ thiosunphat, và bổ sung lượng nhỏ đồng (II) sulfat. Quá trình khử oxy hiệu quả hơn trên bề mặt khoáng sunfua so với bề mặt vàng, mở ra cơ hội tạo hiệu ứng điện hóa hỗ tương (galvanic interaction). Thử nghiệm hòa tách sử dụng REQCM cho thấy tốc độ hòa tan vàng trong hệ thiosunphat-oxy không có phụ gia chỉ đạt mức 10⁻⁷ mol/m²/s, thấp hơn hai bậc so với tốc độ điển hình của xianua. Tuy nhiên, nếu nâng nhiệt độ lên 50°C, tăng nồng độ oxy, thêm 2 mM đồng (II) sulfat và tận dụng hiệu ứng galvanic của khoáng sunfua, tốc độ hòa tan vàng nâng lên mức tương đương xianua (~10⁻⁵ mol/m²/s). Kết quả này phù hợp với thử nghiệm hòa tan vàng bằng bột vê, khi mức hòa tan nâng từ 2% (không có phụ gia) lên trên 86% với sự có mặt của 2,5% pyrit trong 24 giờ.

Các nghiên cứu điện hóa và hòa tách cũng chỉ ra rằng than hoạt tính có ba tác động tiềm năng lên quá trình hòa tan vàng: (i) loại bỏ các hợp chất bám bề mặt gây thụ động, làm tăng tốc quá trình oxy hóa vàng; (ii) tăng cường phản ứng khử oxy thông qua hiệu ứng điện hóa hỗ tương với vàng; (iii) hình thành loại sản phẩm trung gian giúp quá trình hòa tan vàng thuận lợi hơn. Hòa tách hóa học trong điều kiện mạch hở, sử dụng đĩa vàng nguyên chất và hợp kim Au-Ag (2% trọng lượng), chỉ ra rằng hòa tan vàng trong dung dịch leach có oxy, chứa 0,1 M thiosunphat canxi, ở pH 10 và 50°C được cải thiện đáng kể khi có mặt than hoạt tính. Hòa tan vàng từ hợp kim Au-Ag nhanh hơn vàng nguyên chất. Khi sử dụng 0,3% than hoạt tính, 2-10 mM đồng (II) ở 50°C, mức độ hòa tan vàng vê nâng lên hơn 95% sau 24 giờ.

Hiệu suất hòa tách vàng với quặng tinh sunfua cao hơn đáng kể so với quặng oxide khi không có mặt than hoạt tính, do hiệu ứng galvanic giữa vàng và khoáng sunfua hỗ trợ tốc độ hòa tách vàng. Hiệu suất chiết xuất vàng từ quặng tinh sunfua trong khoảng 40–73%, quặng oxit là 21–43% sau 24 giờ. Bổ sung than hoạt tính có ảnh hưởng tích cực tới hòa tách vàng từ quặng oxit, tinh pyrit nổi, tinh nung và cặn oxy hóa áp suất trong dung dịch thiosunphat canxi–oxy. Hiệu suất thu hồi vàng từ tinh nổi pyrit là 40% (không có than hoạt tính) và 77% (có than hoạt tính) sau 24 giờ. Dùng quy trình xianua tiêu chuẩn với cùng tinh nổi pyrit đạt hiệu suất 62% sau 24 giờ. Nghiên cứu này chứng tỏ rằng hệ thiosunphat–oxy có than hoạt tính là lựa chọn thay thế đầy tiềm năng cho xianua trong xử lý một số loại quặng vàng giàu sunfua.

Khả năng hấp phụ vàng của những khoáng vô ích điển hình và than hoạt tính trong dung dịch thiosunphat không amoniac cũng đã được đánh giá. Khoáng sunfua và than hoạt tính hấp phụ vàng (I)-thiosunphat mạnh hơn nhiều so với khoáng oxide. Sự hiện diện thiosunphat tự do có thể giảm đáng kể hoặc triệt tiêu hấp phụ vàng (I)-thiosunphat. Ion đồng (I) cạnh tranh mạnh với vàng (I)-thiosunphat và làm giảm sự hấp phụ vàng (I) lên pyrit hoặc than hoạt tính. Sự xuất hiện tetrasunphat (dưới dạng natri tetrasunphat) trong dung dịch thiosunphat không đồng có thể gây mất vàng đáng kể về pyrit. Bổ sung natri tetrasunphat giúp giảm hấp phụ vàng (I) lên than hoạt tính. Than hoạt tính hỗ trợ phân hủy tetrasunphat thành trisunphat và thiosunphat, qua đó ổn định vàng hòa tan trong dung dịch và/hoặc cạnh tranh với vàng (I)-thiosunphat tại các vị trí hấp phụ. Trisunphat natri không ảnh hưởng đáng kể đến hấp phụ vàng (I)-thiosunphat.
1. Cơ chế phản ứng hóa học

• Phản ứng với oxy:

  • 2S2​O32−​+0.5O2​+H2​O→S4​O62−​+2OH−
    (Hằng số cân bằng K=1.5×1028 , 25°C)
  • 2S4​O62−​+2.5O2​+H2​O→4S2​O32−​+4H+
    (K=8.8×1034 )

• Phân hủy thiosulfate:

  • S3​O62−​+0.5O2​+2H2​O→3SO32−​+4H+
    (K=6.5×109 )
  • 2SO32−​+O2​→2SO42−​
    (K=2.2×1090 )

Chú thích: Các phản ứng này cho thấy vai trò của oxy trong việc ổn định hoặc phân hủy thiosulfate, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hòa tách vàng.

2. Ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu suất hòa tách vàng

• Nhiệt độ:

  • Thí nghiệm ở 25°C và 50°C cho thấy tăng nhiệt độ cải thiện tốc độ hòa tan vàng (ví dụ: từ 78% lên 95% sau 24 giờ với quặng oxit).
  • Ví dụ cụ thể: Với quặng pyrit (PY), hiệu suất hòa tách tăng từ 78.0% (25°C) lên 95% (50°C).

• Nồng độ thiosulfate:

  • Nồng độ S2​O32−​ tối ưu khoảng 0.1–0.3 M. Nồng độ cao hơn có thể gây phân hủy nhanh do oxy.

• Vai trò của carbon:

  • Thêm 2% carbon (w/v) tăng hiệu suất hòa tách lên 95% trong 24 giờ nhờ giảm điện thế hỗn hợp (mixed potential) và thúc đẩy phản ứng khử đồng (Cu²⁺ → Cu⁺).

• pH:

  • pH tối ưu trong khoảng 10–12 để tránh phân hủy thiosulfate (pH < 6.5 gây phân hủy mạnh).

3. So sánh với phương pháp cyanide

• Ưu điểm của thiosulfate:

  • Ít độc hại hơn cyanide, phù hợp với quặng chứa đồng hoặc carbon.
  • Hiệu suất hòa tách tương đương hoặc cao hơn trong điều kiện tối ưu (ví dụ: 95% vàng trong 24 giờ).

• Thách thức:

  • Tiêu hao thiosulfate cao do phản ứng với oxy và khoáng chất (ví dụ: pyrit).
  • Yêu cầu kiểm soát chặt chẽ pH và nồng độ oxy.

4. Cơ chế điện hóa

• Phản ứng oxy hóa vàng:

  1. Hấp phụ thiosulfate: Au+S2​O32−​→AuS2​O32−​ (adsorbed).
  2. Oxy hóa vàng: AuS2​O32−​→Au(S2​O3​)−+e− .
  3. Tạo phức ổn định: Au(S2​O3​)−+S2​O32−​→Au(S2​O3​)23−​ .

• Vai trò của đồng (Cu²⁺):

  • Tạo phức Cu(S2​O3​)35−​ , hoạt hóa oxy để tái tạo chất mang điện tử.

5. Bảng dữ liệu thực nghiệm

Thông số thí nghiệm hòa tách vàng

Chú thích:

• Tiêu hao thiosulfate (kg/tấn):
  • Công thức:

    TSC (kg/taˆˊn)=CTS​(mol/L)×MTS​(g/mol)×10−3(kg/g)×Vdung dịch​(m³/taˆˊn)

    Với MNa2​S2​O3​⋅5H2​O​=248g/mol , giả định V=1m³/taˆˊn :

    0.1M→0.1×248×10−3×1=0.0248kg/m³→24.8g/taˆˊn.

    Tuy nhiên, giá trị thực tế trong bảng (ví dụ: 2.3–2.9 kg/tấn) cho thấy tiêu hao thấp hơn do phản ứng không hoàn toàn hoặc tái sinh thuốc thử.

Chú thích:

• POX: Residue sau quá trình oxy hóa áp suất.
• Hiệu suất cao nhất đạt được với quặng oxide ở 50°C.

6. Ứng dụng thực tế

• Công nghệ màng EMS (Engineered Membrane Separation):

  • Ứng dụng để xử lý cyanide trong quặng đồng-vàng, giảm chi phí và ô nhiễm môi trường.

• Khuyến nghị:

  • Kiểm soát oxy hòa tan (DO) và nhiệt độ để tối ưu hóa quy trình.

Sử dụng carbon hoạt tính để tái sinh thiosulfate và thu hồi vàng hiệu quả.
Chuyển đổi đơn vị

• M → g/tấn: Nhân với khối lượng mol (g/mol) và giả định tỷ lệ dung dịch:quặng = 1:1.
• Ví dụ:
  • 0.1 M Na₂S₂O₃ = 24.8 kg/tấn (lý thuyết), nhưng thực tế tiêu hao 2.3–2.9 kg/tấn.

2 mM CuSO₄ = 2 × 10⁻³ × 249.7 g/mol = 0.5 kg/tấn (CuSO₄·5H₂O).

Link download full tiếng Anh: https://drive.google.com/file/d/1I8Pnco1ih7j63Zo-a_x-geRaRqup_LF7/view?usp=sharing