Tóm tắt: Chiết tách Vàng và Bạc từ Rác thải Nghiền bằng Thiourea - The open chemical enginering journal 2008

Bài báo viết về quá trình chiết tách bằng thiourea, kết hợp với tiền xử lý nghiền cơ học, là một phương pháp hiệu quả cao để thu hồi vàng (Au) và bạc (Ag) từ các nguồn rác thải kim loại quý đa dạng, bao gồm rác thải điện tử, kim hoàn và gốm sứ. Phương pháp này nổi bật với hiệu suất thu hồi vượt trội và tốc độ phản ứng nhanh chóng, đạt được kết quả ấn tượng chỉ trong thời gian ngắn.

Các kết quả chính cho thấy hiệu quả của quy trình trên các loại vật liệu khác nhau:

• Rác thải Điện tử: Thu hồi 97% vàng và 94% bạc trong vòng 120 phút.

• Rác thải Kim hoàn: Thu hồi 98% vàng và 96% bạc trong vòng 60 phút.

• Rác thải Gốm sứ: Thu hồi 98% vàng và 97% bạc chỉ sau 45 phút.

Một phát hiện quan trọng là vai trò then chốt của việc nghiền rác thải. Quá trình tiền xử lý này làm thay đổi kích thước hạt của vật liệu, tăng đáng kể diện tích tiếp xúc giữa kim loại quý và dung dịch hóa chất, từ đó đẩy nhanh tốc độ và nâng cao hiệu suất chiết tách so với các mẫu chưa qua xử lý. So với phương pháp xyanua truyền thống, chiết tách bằng thiourea không chỉ nhanh hơn mà còn là một giải pháp thay thế không độc hại, giải quyết các lo ngại về tác động tiêu cực đến môi trường.

1. Bối cảnh và Mục tiêu Nghiên cứu

Vấn đề và Tiềm năng

Các nguồn tài nguyên thứ cấp như rác thải điện tử, phế liệu từ ngành kim hoàn và các sản phẩm gốm sứ đã qua sử dụng chứa một lượng đáng kể vàng và bạc. Tuy nhiên, các kim loại quý này thường liên kết chặt chẽ về mặt vật lý với các thành phần nền khác nhau, gây khó khăn cho việc tiếp xúc với dung dịch chiết tách và dẫn đến hiệu suất thu hồi thấp nếu không có sự tiền xử lý phù hợp.

Phân loại và Đặc tính Rác thải

Nghiên cứu tập trung vào ba loại rác thải chính có chứa Au-Ag:

• Rác thải Điện tử: Là một hỗn hợp cực kỳ phức tạp bao gồm kim loại đen (khoảng 45%), kim loại màu (10%), nhựa (22%), và thủy tinh (9%). Các thành phần điện tử thực tế chỉ chiếm trung bình 3%, nhưng trên các bảng mạch, tỷ lệ này có thể lên tới 20-30%. Hàm lượng vàng trong rác thải điện tử thay đổi đáng kể:

    ◦ Giá trị thấp (< 100 ppm Au): Bo mạch TV, màn hình, điện thoại, máy tính cầm tay.

    ◦ Giá trị trung bình (100-400 ppm Au): Bo mạch máy tính cá nhân, máy tính xách tay, một số điện thoại di động.

    ◦ Giá trị cao (> 400 ppm Au): Bo mạch từ các máy chủ lớn, một số điện thoại di động, tụ gốm nhiều lớp.

• Rác thải Kim hoàn: Phát sinh từ các hoạt động chế tác và công nghiệp, bao gồm các mảnh vụn, bụi mài, và các vật liệu thải khác.

• Rác thải Gốm sứ: Từ các sản phẩm hết hạn sử dụng như đồ trang sức cũ, hợp kim nha khoa, và đồ sứ trang trí.

Giải pháp và Mục tiêu

Nghiên cứu đề xuất sử dụng quy trình chiết tách bằng thiourea (CS(NH2)2) làm giải pháp thay thế cho phương pháp xyanua truyền thống. Thiourea được xem là một lựa chọn tiềm năng do có độc tính rất thấp và động học hòa tan vàng và bạc nhanh hơn. Để nâng cao hiệu quả, quá trình tiền xử lý cơ học bằng phương pháp nghiền được áp dụng nhằm thay đổi kích thước hạt của rác thải, từ đó tăng cường sự tiếp xúc với thuốc thử và gia tăng hiệu suất thu hồi kim loại quý.

Mục tiêu chính của công việc này là khảo sát khả năng thu hồi vàng và bạc từ rác thải điện tử, kim hoàn, và gốm sứ bằng cách sử dụng phương pháp chiết tách thiourea và đánh giá tác động của việc nghiền đối với hiệu suất của quá trình.

2. Phương pháp Thực nghiệm

Vật liệu và Thành phần

Các vật liệu được sử dụng trong nghiên cứu đến từ các nguồn cụ thể:

• Rác thải điện tử: Bo mạch máy tính (PC-boards) từ Đức.

• Rác thải kim hoàn: Giấy nhám mài (abrasive papers) từ Slovakia.

• Rác thải gốm sứ: Sứ hồng (pink porcelain) từ Cộng hòa Séc.

Thành phần hóa học của các loại rác thải này được phân tích và trình bày trong bảng dưới đây:

Bảng 1. Thành phần Hóa học của các Loại Rác thải Au-Ag được Nghiên cứu

Quy trình Nghiền và Chiết tách

1. Tiền xử lý Nghiền: Rác thải được xử lý bằng máy nghiền băm Rotoplex và máy nghiền búa Omniplex. Kích thước vật liệu sau khi nghiền là -800 μm đối với rác thải điện tử và gốm sứ, và 8x8 mm đối với rác thải kim hoàn.

2. Chiết tách bằng Thiourea: Quá trình được thực hiện trong bình phản ứng thủy tinh 500 mL. 50 g rác thải đã nghiền được thêm vào 400 mL dung dịch chiết tách.

    ◦ Thành phần dung dịch: 10 g/L thiourea (CS(NH2)2), 5 g/L Fe2(SO4)3.9H2O, và 10 g/L H2SO4.

    ◦ Điều kiện vận hành: pH 1, nhiệt độ 293 K (20°C), tốc độ khuấy 8.33 s⁻¹, và thời gian lên đến 120 phút.

    ◦ Phân tích: Hàm lượng vàng và bạc hòa tan được xác định bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).

Các phản ứng hòa tan vàng và bạc trong dung dịch thiourea với sự có mặt của ion Fe³⁺ được mô tả như sau:

• Au + 2CS(NH2)2 + Fe³⁺ → [Au(CS(NH2)2)2]⁺ + Fe²⁺

• Ag + 3CS(NH2)2 + Fe³⁺ → [Ag(CS(NH2)2)3]⁺ + Fe²⁺

3. Kết quả và Phân tích

Kết quả thực nghiệm cho thấy rõ ràng rằng việc nghiền là một bước tiền xử lý hiệu quả, giúp tăng tốc đáng kể và cải thiện hiệu suất thu hồi vàng và bạc từ cả ba loại rác thải so với các mẫu "nguyên trạng" (chưa nghiền).

Hiệu suất Thu hồi Chi tiết

• Đối với Rác thải Điện tử:

    ◦ Mẫu đã nghiền: Đạt hiệu suất thu hồi trên 90% cho cả vàng và bạc chỉ sau 60-90 phút. Sau 120 phút, hiệu suất cuối cùng đạt 97% Au và 94% Ag.

    ◦ Mẫu nguyên trạng: Sau 120 phút, hiệu suất chỉ đạt 76% Au và 71% Ag.

• Đối với Rác thải Kim hoàn:

    ◦ Mẫu đã nghiền: Quá trình diễn ra rất nhanh, đạt 99% Au và 96% Ag trong chưa đầy 60 phút.

    ◦ Mẫu nguyên trạng: Sau 120 phút, hiệu suất thu hồi chỉ đạt 87% Au và 83% Ag.

• Đối với Rác thải Gốm sứ:

    ◦ Mẫu đã nghiền: Đạt hiệu suất thu hồi rất cao là 98% Au và 97% Ag chỉ sau 45 phút.

    ◦ Mẫu nguyên trạng: Sau 120 phút, hiệu suất đạt 90% cho cả Au và Ag.

Bảng Tóm tắt So sánh Hiệu suất Chiết tách

Bảng sau đây tóm tắt sự khác biệt về hiệu suất và thời gian cần thiết giữa các mẫu đã được nghiền và các mẫu nguyên trạng.

Các kết quả này khẳng định rằng việc nghiền làm tăng bề mặt tiếp xúc của các thành phần, cho phép thuốc thử tiếp cận và hòa tan vàng và bạc một cách hiệu quả hơn nhiều.

4. Kết luận chính

1. Hiệu quả Vượt trội của Phương pháp: Việc kết hợp tiền xử lý nghiền với chiết tách bằng thiourea là một phương pháp cực kỳ hiệu quả và nhanh chóng để thu hồi vàng và bạc từ rác thải điện tử, kim hoàn và gốm sứ. Hiệu suất thu hồi có thể đạt trên 90% trong thời gian ngắn.

2. Vai trò Thiết yếu của việc Nghiền: Nghiền cơ học là một bước tiền xử lý quan trọng. Nó làm thay đổi kích thước hạt của rác thải, cải thiện sự tiếp xúc giữa kim loại quý và dung dịch chiết tách, từ đó gia tăng đáng kể tốc độ và hiệu quả của quá trình.

3. Ưu điểm so với Phương pháp Xyanua: Quá trình chiết tách bằng thiourea mang lại lợi thế kép. Nó không chỉ có động học nhanh hơn ("kinetic advantage") so với quá trình xyanua cổ điển mà còn là một quy trình không độc hại, mang lại lợi ích đáng kể về mặt môi trường và an toàn vận hành.
Link download tiếng Anh: https://drive.google.com/file/d/1VUsksbX70w9RQmiyH7pghMFt6w0udIdF/view?usp=sharing