Tóm tắt sách "Kỹ thuật phân tích thu hồi kim loại quý tinh khiết Vàng-Bạc-Bạch kim" của TS Nguyễn Khương

1. Tổng quan và Tầm quan trọng của Kim loại quý

Kim loại quý, bao gồm vàng, bạc, và các kim loại nhóm bạch kim (platin, paladi, rodi, ruteni, osmi, iridi), có vai trò quan trọng trong lịch sử và kinh tế.

• Sử dụng truyền thống: Từ xa xưa, chúng được dùng làm đồ mỹ nghệ, trang sức và vật trao đổi có giá trị (tiền tệ).

• Sử dụng trong công nghiệp hiện đại: Ngày nay, kim loại quý là thành phần không thể thiếu trong nhiều ngành công nghệ cao do các đặc tính ưu việt của chúng:

    ◦ Điện tử và điện lạnh: Chế tạo thiết bị có độ tin cậy và độ bền cao.

    ◦ Hóa học: Làm chất xúc tác trong sản xuất sợi nhân tạo, sợi tổng hợp, phân bón.

    ◦ Năng lượng: Dùng trong động cơ, tuốc bin phản lực, ngành năng lượng nguyên tử.

    ◦ Y dược: Ứng dụng trong các lĩnh vực y tế.

Tài liệu phân loại các nguyên tố hóa học thành các nhóm chính, trong đó kim loại quý được định nghĩa là các kim loại hiếm như vàng (Au), bạc (Ag) và các kim loại nhóm bạch kim (Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Os) với tỷ lệ rất nhỏ trong vỏ Trái Đất (từ 10⁻⁷% đến 10⁻⁸%).

2. Đặc tính Lý-Hóa Nền tảng của Vàng, Bạc, Bạch kim

Hiểu rõ các đặc tính vật lý và hóa học là yêu cầu cơ bản để thực hiện các quy trình phân tích và thu hồi một cách hiệu quả.

2.1. Đặc tính Vật lý

Các kim loại quý có những đặc tính vật lý nổi bật, được tóm tắt trong bảng dưới đây.

• Tính dẻo: Vàng là kim loại dẻo nhất, có thể dát mỏng đến 0,003 mm. Bạc và bạch kim cũng rất dẻo.

• Màu sắc: Bạc có màu trắng bạc, vàng có màu vàng đặc trưng, bạch kim có màu xám trắng.

• Độ dẫn nhiệt và điện: Bạc dẫn điện tốt nhất, tiếp theo là đồng, vàng, và nhôm.

2.2. Đặc tính Hóa học

• Dãy hoạt động hóa học (Dãy Bêkêtôp): Sắp xếp theo thứ tự tính khử giảm dần: K - Na - Ca - Mg - Al - Zn - Fe - Ni - Sn - Pb - H - Cu - Hg - Ag - Pt - Au. Kim loại đứng đầu dãy có tính khử mạnh nhất, kim loại cuối dãy (Ag, Pt, Au) khó bị oxi hóa nhất và càng trơ về mặt hóa học.

• Tác dụng với Axit:

    ◦ Vàng (Au): Không tan trong các axit đơn. Tan được trong nước cường thủy (hỗn hợp 3 phần HCl đặc và 1 phần HNO₃ đặc) tạo thành axit cloroauric (HAuCl₄). Vàng cũng tan trong dung dịch xyanua khi có mặt oxy.

    ◦ Bạc (Ag): Không phản ứng với HCl và H₂SO₄ loãng. Tan trong axit nitric (HNO₃) và H₂SO₄ đặc, nóng.

    ◦ Bạch kim (Pt): Rất bền về mặt hóa học, chỉ tan trong nước cường thủy khi đun nóng.

3. Các Phương pháp Phân tích và Thu hồi Chính

Tài liệu trình bày nhiều phương pháp để thu hồi kim loại quý từ các nguồn khác nhau, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với từng loại nguyên liệu và điều kiện cụ thể.

3.1. Phương pháp Hỏa luyện (Luyện kim)

• Phương pháp nhiệt luyện: Nguyên tắc là dùng các chất oxy hóa và khử thích hợp để giải phóng kim loại quý ra khỏi tạp chất ở nhiệt độ cao. Ví dụ, nung chảy clorua bạc (AgCl) với soda (Na₂CO₃) để thu bạc nguyên chất.

• Phương pháp "Thổi chì" (Dùng chì nóng chảy): Đây là phương pháp cổ xưa nhưng vẫn hiệu quả để phân tích các nguyên liệu có hàm lượng kim loại quý thấp như quặng, đồ lót kê, cặn... Nguyên tắc là dùng chì nóng chảy (Pb) để hòa tan vàng, bạc và tách chúng ra khỏi các kim loại khác (đồng, kẽm, sắt...). Chì sau đó được oxy hóa và loại bỏ, để lại hợp kim vàng-bạc. Phương pháp này có nhược điểm là sinh ra hơi chì độc hại.

3.2. Phương pháp Thủy luyện (Hóa học)

Phương pháp này dựa trên việc hòa tan có chọn lọc các kim loại trong dung dịch hóa chất (thường là axit) và sau đó kết tủa kim loại quý ra khỏi dung dịch.

• Thu hồi Bạc (Ag):

    ◦ Từ hợp kim bạc-đồng: Hòa tan hợp kim bằng HNO₃, sau đó kết tủa bạc dưới dạng clorua bạc (AgCl) bằng muối ăn (NaCl). Khử AgCl bằng kẽm (Zn) hoặc đồng (Cu) để thu hồi bột bạc tinh khiết.

    ◦ Từ nước rửa phim: Dùng natri sunfua (Na₂S) để kết tủa bạc sunfua (Ag₂S), sau đó xử lý để thu bạc.

    ◦ Từ lác kê bạc: Dùng axit H₂SO₄ 98% và HNO₃ 63% để bóc lớp bạc.

• Thu hồi Vàng (Au):

    ◦ Hạ tuổi vàng (Phân kim bằng axit): Dùng HNO₃ để hòa tan các kim loại khác (bạc, đồng) ra khỏi hợp kim vàng, để lại vàng tinh khiết. Phương pháp này hiệu quả với vàng có tuổi thấp (hàm lượng bạc cao).

    ◦ Dùng nước cường thủy: Hòa tan toàn bộ hợp kim vàng bằng nước cường thủy, sau đó dùng chất khử như sunfat sắt 2 (FeSO₄) để kết tủa vàng. Phương pháp này có thể thu hồi vàng với độ tinh khiết cao.

    ◦ Từ lác kê vàng: Dùng dung dịch natri xyanua (NaCN) để hòa tan lớp vàng. Sau đó, dùng kẽm hoặc phương pháp điện phân để thu hồi vàng từ dung dịch.

• Thu hồi Bạch kim (Pt):

    ◦ Hòa tan hợp kim chứa bạch kim bằng nước cường thủy khi đun nóng.

    ◦ Kết tủa bạch kim từ dung dịch bằng amoni clorua (NH₄Cl) dưới dạng phức (NH₄)₂PtCl₆. Nung kết tủa này để thu được bột bạch kim.

3.3. Phương pháp Điện phân

Đây là phương pháp hiện đại để tinh luyện kim loại quý đến độ tinh khiết rất cao (99,99%).

• Nguyên tắc: Dùng dòng điện một chiều để hòa tan kim loại quý từ anot (cực dương, là kim loại cần tinh luyện) và kết tủa chúng ở dạng tinh khiết lên catot (cực âm). Các tạp chất hoặc không tan và lắng xuống thành bùn anot, hoặc tan vào dung dịch điện ly mà không kết tủa.

• Ứng dụng:

    ◦ Tinh luyện bạc: Dung dịch điện ly thường là nitrat bạc (AgNO₃). Bạc tinh khiết 99,99% sẽ bám lên catot.

    ◦ Tinh luyện vàng: Dung dịch điện ly thường là axit cloroauric (AuCl₃). Vàng 99,99% sẽ được thu hồi tại catot.

    ◦ Tách lớp mạ vàng: Lớp lác kê vàng được dùng làm anot trong dung dịch H₂SO₄ hoặc xyanua để bóc tách lớp vàng.

4. Phân tích và Xác định Tuổi vàng

"Tuổi vàng" là thước đo độ tinh khiết của vàng trong hợp kim.

• Hệ Karat (K): Theo quy ước quốc tế, vàng nguyên chất là 24K (độ tinh khiết 99,99%). Tuổi vàng được tính theo công thức:

    ◦ Tuổi = (Số Karat / 24) * 1.000

• Hệ "tuổi" Việt Nam: Vàng 10 tuổi tương đương 1.000 phần, tức vàng nguyên chất.

    ◦ Vàng 14K = 14/24 ≈ 0,583 = 5,83 tuổi

• Phương pháp xác định tuổi vàng:

    ◦ Thử trên đá thử vàng: Chà mẫu vàng lên đá thử (đá mã não đen) để lại một vệt, sau đó so sánh màu của vệt này với các vệt của mẫu vàng chuẩn khi nhỏ axit thử lên. Các bộ axit thử (hỗn hợp HNO₃ và HCl) được pha chế cho từng thang tuổi khác nhau. Đây là phương pháp nhanh nhưng phụ thuộc vào kinh nghiệm.

    ◦ Phân tích chính xác: Các phương pháp hóa học hoặc hỏa luyện cho kết quả chính xác hơn nhưng phức tạp và tốn thời gian hơn.

5. Các Sự cố thường gặp và Biện pháp khắc phục

Phần III của tài liệu tập trung vào việc nhận diện và xử lý các vấn đề phát sinh trong quá trình phân tích, đảm bảo kết quả chính xác và hiệu suất thu hồi cao.

5.1. Sự cố khi Phân tích Bạc

• Bạc không tan hết trong axit: Do axit không đủ mạnh hoặc do có các kim loại khác cản trở. Cần nung nóng hoặc dùng axit đậm đặc hơn.

• Bột bạc bị bẩn, không trắng: Do lẫn tạp chất (đồng, chì...). Cần rửa kỹ bằng nước nóng, axit loãng, hoặc nấu chảy lại.

• Hao hụt bạc: Do kết tủa AgCl không hoàn toàn, hoặc do bột bạc quá mịn bị trôi đi khi rửa. Cần kiểm soát cẩn thận các bước kết tủa và gạn rửa.

• Nổ khi nấu chảy: Do trong bột bạc còn lẫn nitrat bạc. Cần rửa sạch nitrat trước khi nấu.

5.2. Sự cố khi Phân tích Vàng

• Xác định sai tuổi vàng: Do kinh nghiệm thử đá chưa đủ, hoặc do mẫu vàng có lớp mạ giả.

• Vàng bị hao hụt khi phân kim bằng axit: Do vàng quá thấp tuổi (dưới 2 tuổi) khi phân kim bằng axit trắng (HNO₃) sẽ bị tan một phần. Cần đảm bảo hợp kim có tỷ lệ bạc/đồng phù hợp trước khi phân kim.

• Vàng thu được bị đen, dòn, không bóng: Do nhiễm tạp chất (chì, antimon...). Cần thực hiện lại quy trình tinh luyện hoặc dùng phương pháp thổi chì.

• Kết tủa vàng không hoàn toàn: Do dung dịch còn axit dư, hoặc chất khử không đủ mạnh. Cần trung hòa axit và thêm đủ lượng chất khử.

6. Phụ lục: Công thức Pha chế và Kỹ thuật Xi mạ

Phần phụ lục cung cấp các thông tin thực hành hữu ích cho ngành kim hoàn.

• Công thức pha chế hợp kim vàng: Cung cấp tỷ lệ pha trộn giữa vàng nguyên chất, bạc, đồng và các kim loại khác để tạo ra các loại vàng tây với tuổi và màu sắc mong muốn (18K, 14K, 10K, 9K, vàng hồng, vàng xanh...).

• Kỹ thuật xi mạ: Trình bày quy trình mạ vàng, mạ bạc, mạ rodi lên các bề mặt kim loại khác để trang trí hoặc bảo vệ. Bao gồm công thức dung dịch mạ, điều kiện vận hành (nhiệt độ, mật độ dòng điện), và các bước chuẩn bị bề mặt.

• Cách làm nhẫn trơn: Mô tả quy trình thủ công để chế tác nhẫn vàng từ khâu pha chế hợp kim, nấu chảy, cán, kéo và hoàn thiện sản phẩm.
Link download full tiếng Việt: https://drive.google.com/file/d/11EjPfiBfuI1YUQwkFsq8Houy4I_VcG4E/view?usp=sharing