Bài giảng Lý thuyết và công nghệ luyện kim - Chương 5: Luyện và tái sinh vàng

CHƯƠNG 5

LUYỆN VÀ TÁI SINH VÀNG

5.1. Nguyên liệu và các phương pháp luyện vàng

Nguyên liệu luyện vàng bao gồm quặng vàng, bán sản phẩm chứa vàng của các quá

trình xử lý quặng đa kim và các chi tiết phế liệu chứa vàng. Trong đó quặng vàng là nguyên liệu

chủ yếu.

5.1.1. Quặng vàng

Vàng nằm trong quặng ở dạng hạt kim loại tự sinh. Kích thước hạt vàng thường bé hơn

0,1 mm và có thể mịn tới mức chỉ quan sát được bằng kính hiển vi hoặc không. Một số trường hợp

đặc biệt tìm thấy vàng ở dạng cục lớn có khối lượng hàng kg. Cục vàng tự sinh lớn nhất tìm được ở

Chi-lê nặng 154 kg, thông thường cở hạt không quá 100 m. Ngoài ra vàng còn ở dạng khoáng hợp

chất với telu (đôi khi với selen) như khoáng calaverit AuTe₂, crennerit (Au, Ag)Te₂và petzit (Ag,

Au)Te.

Hạt vàng tự sinh không nguyên chất, trong nó có chứa các tạp chất: bạc, đồng, sắt và

một số lượng nhỏ các tạp chất: asen, chì, bitmut, telu, niken, mangan và nhóm platin. Thông thường

hạt vàng tự sinh chứa 75-90% Au, 1-10% Ag, 0,2% Cu, tới 1% Fe.

Có thể chia quặng vàng thành hai loại: quặng vàng gốc và quặng vàng sa khoáng.

Quặng vàng gốc là quặng vàng nguyên sinh gồm các hạt vàng tự sinh xâm nhiễm trong

đá cùng các khoáng khác như thạch anh và các khoáng sunfua. Người ta có thể phân loại quặng

vàng gốc như sau:

- Quặng vàng thạch anh. Quặng này thực tế không chứa khoáng sunfua và là loại quặng

phổ biến.

- Quặng vàng thạch anh – pirit

- Quặng vàng thạch anh - asenopirit

- Quặng vàng thạch anh – antimon (antimon – vàng)

- Quặng vàng đồng sunfua.

Quặng vàng sa khoáng là loại quặng thứ sinh, được tạo thành do sự tác động của thiên

nhiên làm phong hoá, biến chất quặng vàng gốc. Trong quặng này các hạt vàng thường nằm lẫn với

cát và đất sét.

Hàm lượng vàng trong quặng dao động trong một phạm vi lớn từ bé hơn 1 g/t đến hàng

trăm g/t. Thông thường quặng vàng chứa 5-10 g/t Au. Hiện nay có thể xem quặng vàng sa khoáng

chứa 0,15 g/t Au và quặng vàng gốc chứa 35 g/t Au là quặng xử lý có kinh tế.

Ngoài quặng vàng ra, vàng còn ở lẫn trong các quặng kim loại màu khác như quặng

đồng, quặng chì – kẽm, quặng thiếc.

Trước đây vàng được khai thác chủ yếu từ quặng sa khoáng. Hiện nay, quặng vàng sa

khoáng gần như đã cạn kiệt và nhường chỗ cho việc khai thác quặng vàng gốc. Tỷ lệ các loại quặng

vàng như sau: quặng vàng gốc – 80%, quặng vàng sa khoáng – 2%, quặng đa kim chứa vàng – 18%.

5.1.2. Tinh quặng vàng.

Do hàm lượng vàng trong quặng bé nên thường phải làm giàu để thu được tinh quặng

vàng. Luyện vàng từ tinh quặng rõ ràng thuận lợi hơn so với luyện trực tiếp từ quặng.

Phương pháp làm giàu quặng chủ yếu là tuyển bằng trọng lực, dựa vào sự chênh lệch

lớn trọng lượng riêng của các hạt vàng tự sinh (17-18 g/cm³) của đất đá (2,6-5 g/cm³).

Quặng vàng gốc (đã nghiền mịn để tách các hạt vàng xâm nhiễm) hoặc quặng vàng sa

khoáng được tuyển trọng lực trên máy lắng và bàn đãi. Đối với quặng vàng có hạt hạt lớn thường

nghiền tới độ hạt –0,4 mm, nhưng đại đa số quặng, ngoài hạt vàng lớn còn có nhiều hạt vàng bé nên

cần phải nghiền mịn tới độ hạt –0,043 mm.

Làm giàu trên máy lắng dựa trên sự phân chia các hạt khoáng vật theo tỷ trọng trong

nước đang dao động (xung động) tương đối so với các hạt được phân chia trong mặt phẳng đứng.

Xung động của môi trường tạo bởi cơ cấu truyền động đặc biệt

1

a. Máy lắng

Hình 5.1. Phân bố các sản phẩm trong máy lắng

Quặng nghiền ở dạng bùn (hình 5.1) được đổ lên sàng 1 của máy lắng. Khi làm giàu

nguyên liệu mịn, người ta xếp lên sàng một lớp đệm 2 từ vật liệu khác. Tỷ trọng của vật liệu làm

lớp đệm phải nhỏ hơn tỷ trọng của khoáng vật nặng trong hỗn hợp phận chia và lớn hơn tỷ trọng

khoáng vật nhẹ. Khi làm giàu quặng vàng, người ta dùng hạt kim loại hay quặng hematit để làm lớp

đệm. Cỡ hạt lớp đệm lớn hơn cỡ hạt tối đa của vật liệu làm giàu 3-6 lần. Bùn nguyên liệu chuyển

động theo lớp đệm dọc sàng. Dưới tác động của trọng lực, các hạt rắn có xu hướng lắng trên lớp

đệm, nhưng tốc độ lắng khác nhau. Các hạt nặng có tốc độ lắng lớn hơn các hạt nhẹ. Khi dòng nước

hướng lên, các hạt vàng chuyển động đi lên cùng nước chậm hơn các hạt đất đá chay nhẹ hơn. Khi

dòng nước đi xuống, các hạt vàng kịp đi qua sàng trước các hạt nhẹ. Khi lập lại xung động của nước

tạo bởi màng ngăn 3, vật liệu phân lớp theo tỷ trọng: các hạt vàng và khoáng vật nặng khác đi qua

lớp đệm và được tháo ra dưới sàng, các hạt nhẹ của đất đá chay ở lại trên bề mặt lớp đệm và tháo ra

qua ngưỡng tháo. Nước cấp vào máy lắng cùng với vật liệu làm giàu, ngoài ra người ta còn bổ sung

một lượng nước dưới sàng.

Các thông số công nghệ của máy lắng ảnh hưởng đến thu hồi vàng và chất lượng tinh

quặng là đặc tính của lớp đệm, tần số và biên độ xung động, tốc độ đi lên của dòng nước dưới sàn,

năng suất máy, độ loãng của liệu.

b. Bàn đãi gằn:

Hình 5.2. Bàn đãi gằn

1- mặt bàn; 2- máng nước; 3- các đường gờ

4- máng cấp liệu và nước; 5- bộ truyền động

Mặt bàn đãi gằn là mặt phẳng (có thể hình thang, hình chữ nhật hoặc hình thoi) được

nghiêng từ A  B và dốc từ C  D (xem hình 5.2). Mặt bàn được phủ lớp nhựa hoặc cao su, có

các rãnh, gờ để tạo dòng chảy rối. Các đường gờ có chiều dài tăng dần từ A  B, chiều dày giảm

2

dần từ C  D. Mặt bàn chuyển động theo nguyên lý lắc gằn và tiến lùi (khi lùi giật mạnh để các hạt

nặng không lùi kịp) nhờ cơ cấu truyền động kiểu cam – khuỷu

Qũy đạo chuyển động của các hạt khoáng vật trên bàn đãi như trên hình 5.3.

Quặng được cấp vào máng và chạy dọc theo bàn, còn nước được cấp theo máng quả

trám tràn thành lớp mỏng trên mặt bàn. Như vậy khi di chuyển trên mặt bàn, các hạt khoáng vật sẽ

chịu tác dụng của các lực sau:

+ Lực trọng lực của các hạt khoáng vật;

+ Lực ma sát giữa các hạt khoáng và mặt bàn tác dụng dọc theo bàn;

+ Lực đẩy của nước dọc theo bàn từ C  D (bàn dốc) và ngang theo bàn từ A  B (bàn

nghiêng).

Hình 5.3. Qũy đạo chuyển động của các hạt khoáng vật

Dưới tác dụng của trọng lực và lực ma sát, các hạt khoáng vật chuyển động dọc theo

bàn với tốc độ khác nhau V₁> V₂, trong đó V₁là tốc độ di chuyển theo hướng ngang của các hạt

khoáng nặng (hạt khoáng nặng lực ma sát lớn, trọng lực lớn, khi bàn giất lùi đột ngột nó lùi chậm

hơn). Dưới tác dụng của dòng nước chảy ngang trên mặt bàn U₂> U₁, vì các hạt khoáng vật nhẹ sẽ

trôi nhanh hơn.

Tổng hợp tác dụng 2 vectơ vận tốc, ta được qũy đạo ON cho các hạt khoáng nặng và

OM cho các hạt khoáng nhẹ.

Những đường gờ mặt bàn có tác dụng hỗ trợ việc phân chia khoáng vật. Dòng chảy trên

bề mặt sẽ cuốn các hạt khoáng nhẹ ra mép bàn, trong khe dòng chảy rối sẽ đưa các hạt nặng ra cuối

bàn.

Tốc độ chuyển động của bàn phụ thuộc vào kích thước hạt quặng đưa vào. Làm giàu

quặng cỡ hạt lớn thì chuyển động của bàn phải có bước đi dài và số lần dao động ít. Làm giàu cỡ

hạt nhỏ thì bàn có bước đi ngắn hơn nhưng tần số dao động lớn.

Độ dốc của bàn cũng có ảnh hưởng lớn đến kết qủa tuyển. Nếu độ dốc lớn thì tốc độ

chảy ngang lớn, các hạt khoáng nhẹ sẽ trôi hết, nếu tốc độ nhỏ thì tác động của nước chưa đủ để

phân chia khoáng vật. Thường quặng có cỡ hạt to thì độ dốc  = 610^o, cở hạt nhỏ thì  = 1,52,5^o.

Độ dốc và độ nghiêng của thiết bị có thể điều chỉnh được nhờ hệ thống truyền động.

Bàn đãi công nghiệp thường có kích thước 4,5m x 1,8 m, độ dày đường gờ 612 mm.

Năng suất bàn đãi phụ thuộc vào diện tích bàn và kích thước quặng nạp vào. Với quặng mịn (0,2

mm) năng suất khoảng 0,30,6 t/h, quặng hạt lớn hơn, năng suất có thể đạt 0,71 t/h. Lượng nước

tiêu hao cho tuyển là 24 m³/h.

Phương pháp tuyển trọng lực cho phép thu được tinh quặng vàng chứa 5-500 g/t Au

hoặc lớn hơn, với hiệu suất thu hồi 25-77% tùy thuộc chủ yếu vào chất lượng vàng.

5.1.3. Các phương pháp luyện vàng

Có nhiều phương pháp luyện vàng. Mỗi một phương pháp thích ứng với một hoặc một

số loại quặng vàng nhất định.

Đối với các loại quặng vàng thông thường như quặng sa khoáng, quặng gốc thạch anh

có chứa ít sunfua và oxit sắt thì dễ dàng luyện bằng các phương pháp phổ biến sau:

3

- Phương pháp amangam

- Phương pháp xianua

Đối với các loại quặng vàng khác khó thu hồi như quặng thạch anh - pirit, thạch anh -

asenopirit trong đó hạt vàng quá mịn xâm nhiễm một cách phân tán (xâm tán) trong các khoáng

sunfua, quặng vàng đồng sunfua, quặng vàng thạch anh antimon, quặng chứa nhiềư sắt… đều cần

thiết phải xử lý bằng các phương pháp đặc biệt như: tuyển nổi, thiêu, hòa tách cao áp, gia công

nhiệt…

Phương pháp amangam thích hợp với loại quặng vàng thông thường có độ hạt vàng lớn.

Quá trình này được thực hiện bằng cách hòa tan quặng vàng (thường là tinh quặng) vào thủy ngân.

Sau quá trình này (amangam hóa) thu được amangam vàng – hỗn hợp Hg-Au. Từ amangam vàng

người ta thu được vàng bằng chưng bay hơi để tách vàng khỏi thủy ngân.

Phương pháp xianua thích hợp để xử lý các loại quặng vàng thông thường có độ hạt

vàng mịn mà phương pháp amangam không có khả năng. Thực chất của phương pháp xianua là hòa

tách tinh quặng vàng trong dung dịch loãng muối xianua kim loại kiềm, kiềm thổ (KCN, NaCN,

CaCN₂). Dung dịch thu được chứa vàng được đưa đi kết tủa để thu hồi vàng.

Các phương pháp luyện vàng có thể được sử dụng riêng biệt hoặc kết hợp tùy theo từng

đối tượng quặng vàng cụ thể. Ví dụ đối với quặng vàng vừa chứa các hạt vàng lớn, vừa chứa các hạt

vàng mịn thì có thể phối hợp dùng hai phương pháp amangam và xianua nối tiếp nhau.

Phương pháp amangam và phương pháp xianua là hai phương pháp chính để xử lý

quặng vàng, nhưng chúng có nhược điểm cơ bản là độc hại. Vì vậy sử dụng các phương pháp này

phải triệt để tuân theo các quy tắc phòng độc trong an toàn lao động.

5.2. Luyện vàng bằng phương pháp amangam.

5.2.1. Cơ sở lý thuyết

Quá trình amangam dựa trên khả năng thấm ướt tốt của thủy ngân lên các hạt vàng và

thẩm thấu trực tiếp vào trong tạo nên hợp chất dư thủy ngân của vàng với thủy ngân.

Trên giản đồ trạng thái vàng – thủy ngân (hình 5.4) có ba hợp chất liên kim AuHg₂,

Au₂Hg và Au₃Hg và dung dịch rắn chứa 16,7% Hg. Độ hòa tan vàng trong thủy ngân ở nhiệt độ

thường gần 0,2%.

Khi thủy ngân thẩm thấu vào hạt vàng đầu tiên tạo nên dung dịch rắn, rồi sau đó tạo nên

hợp chất liên kim vừa nói ở trên. Như vậy amangam được tạo thành là một hỗn hợp cơ học của các

hạt rắn và thủy ngân lỏng. Các hạt rắn của amangam không đồng đều thành phần, vỏ ngoài của

chúng gồm dung dịch rắn và hợp chất liên kim còn nhân là vàng. Khi có sự tiếp xúc lâu dài với thủy

ngân các hạt rắn của amangam dần dần trở nên đồng đều thành phần gần với thành của hợp chất

liên kim.

Tốc độ quá trình amangam phụ thuộc vào độ

thấm ướt của thủy ngân lên vàng. Thủy ngân chứa 0,2%

Au hoặc gần 0,05% các kim loại khác, thấm ướt vàng tốt

hơn thủy ngân nguyên chất, vì các tạp chất hòa tan làm

giảm sức căng mặt ngoài của thủy ngân. Nhưng nếu tiếp

tục tăng hàm lượng kim loại tạp chất sẽ làm giảm khả

năng thấm ướt của thủy ngân do tạp chất bị oxi hóa tạo

nên màng oxit bao bọc hạt vàng.

Như vậy trong quá trình amangam thủy ngân

đóng vai trò chất tập hợp, nó có khả năng hấp thụ các hạt

vàng bé tạo thành giọt amangam lớn lắng xuống.

Các kim loại khác như đồng, sắt, nhôm,

niken… trong điều kiện bình thường không có khả năng

hoặc rất khó bị amangam hóa vì màng oxit thụ động của

Hình 5.4. Giản đồ trạng thái hệ

chúng khá dày (tới 100 ). Tuy nhiên kim loại mới sinh, bề vàng – thủy ngân

mặt chưa bị bao phủ màng oxit thì có thể amangam hóa

được.

4

5.2.2. Các phương pháp amangam

Quá trình amangam có thể thực hiện theo hai phương pháp: nội amangam và ngoại

amangam.

Nội amangam là phương pháp tiến hành đồng thời nghiền quặng và amangam hóa cùng

trong một thiết bị nghiền, Ngoại amangam là phương pháp amangam hóa bên ngoài thiết bị nghiền.

Phương pháp nội amangam bảo đảm điều kiện thuận lợi để thu hồi vàng vì thủy ngân

thấm ướt tốt các hạt vàng vừa mới bị bóc trần chưa kịp tạo màng oxit.

Phương pháp nội amangam.

Phương pháp nội amangam dùng để thu hồi vàng từ quặng, tinh quặng thu được sau quá

trình tuyển trọng lực và các nguyên vật liệu chứa vàng khác.

Hình 5.5. Máy nghiền lăn

1-máng vòng; 2- bánh lăn; 3- giá đỡ; 4- trục đứng

Đối với quặng vàng chưa tuyển thiết bị nội amangam là máy nghiền lăn (hình 5.5). Tác

động của máy nghiền lăn dựa trên việc đè và xiết các hạt quặng khi bánh lăn lăn trên tấm cứng.

Máy nghiền lăn gồm máng vòng (chậu), đáy được lót bằng tấm thép cứng. Ở trung tâm của máng

vòng có trục đứng quay với tốc độ 13-16 vòng/phút. Bánh lăn đúc bằng gang có vành đai thép.

Quặng cỡ độ hạt 20-50 mm được chất vào máy nghiền lăn bằng cơ giới. Cùng với

quặng người ta cho nước theo chế độ L:R = (8-12):1. Thủy ngân được cho vào gián đoạn sau 0,5-2

giờ. Cứ 1 g vàng cần lấy ra yêu cầu trung bình 5-6 g thủy ngân. Thời gian làm việc khoảng 1-2

ngày. Sau đó cho ngừng máy để tháo amangam.

Năng suất của máy nghiền lăn phụ thuộc vào kích thước máng vòng, trọng lượng bánh

lăn và tốc độ quay cũng như độ hạt quặng trước và sau khi nghiền. Máy nghiền lăn có đường kính

máng vòng 1800 mm, trọng lượng bánh lăn 3600 kg cho năng suất 45-65 t/ngày.

Hình 5.6. Tang trống amangam

1- vỏ, 2- thành bên, 3- đĩa gang, 4-

trục, 5- ổ trục, 6- bánh đai, 7- cửa có

nắp.

5

Đối với tinh quặng vàng thu được sau khi tuyển trọng lực hoặc nguyên vật liệu khác

chứa nhiều vàng, người ta thường dùng thiết bị amangam tang trống (hình 5.6). Thiết bị này thuận

lợi khi amangam yêu cầu nghiền mịn. Vỏ tang trống đúc bằng gang hoặc hàn thép tấm dày có dạng

hình trụ bịt hai đầu và có mấu để lắp vào ổ trục. Tang trống quay nhờ động cơ truyền động qua

bánh đai. Để cấp liệu (tinh quặng, thủy ngân, nước, bi, thép…) và tháo liệu, ở vỏ tang trống có hai

cửa có nắp kín bố trí đối diện nhau.

Quá trình amangam được thực hiện như sau: Trước tiên chất liệu ở cửa trên. Lượng

thủy ngân thường gấp 8-15 lần lượng vàng có trong nguyên liệu. Thời gian amangam hóa 2-10 giờ.

Khi kết thúc quá trình cho tang trống ngừng quay, mở nắp của dưới để tháo amangan qua phễu gom

xuống bàn đãi để tách amangam, phần lớn thủy ngân được thu gom trong phễu.

Tang trống amangam có kích thước 800 x 1200 mm có năng suất 2,5-5 t/ngày.

Nói chung hiệu suất thu hồi của phương pháp nội amangam 65-85%.

Phương pháp ngoại amangam

Để thực hiện phương pháp ngoại amangam thường dùng bàn đãi amangam.

Bàn đãi amangam (hình 5.7) chủ yếu là một mặt phẳng nghiêng gồm các tấm gỗ được

phủ tấm đồng đã amangam hóa gọi là mặt phẳng amangam.

Hình 5.7. Bàn đãi amangam

Chiều dài bàn đãi 5-6 m, chiều rộng 1,0-2,5 m, độ nghiêng 8-10%.

Mặt phẳng amnagam của bàn đãi được chuẩn bị như sau: Dùng tấm đồng đã ủ có chiều

dầy 3-5 mm phủ lên mặt gỗ của bàn đãi. Tiếp đó làm sạch kỹ bề mặt của đồng rồi tráng miết bằng

hỗn hợp amôni clorua, cát và thủy ngân lên nó tạo thành amangam đồng giữ chặt một lớp thủy ngân

mỏng.

Quá trình làm việc như sau: bùn quặng được cho vào hộp ở phần trên của bàn đãi và

cho chảy tràn trên mặt phẳng amangam. Các hạt vàng chuyển động trong lớp dưới của bùn quặng

được tiếp xúc với thủy ngân và bị thấm ướt thành amangam vàng nằm lại trên bàn đãi. Để thu gom

các hạt vàng lớn và amangam bị trôi, ở trên bàn đãi có bố trí vài rãnh cắt ngang cách nhau 1,51,8

m, ngoài ra ở cuối bàn đãi có bộ phận thu gom dạng máng có tấm chắn ngang hoặc van thủy lực.

Hàng ngày, người ta cho bàn đãi ngừng làm việc để thu sản phẩm. Amangam được lấy

ra bằng nạo bọc cao su hoặc da. Tiếp đó rửa sạch tấm đồng và tạo mặt phẳng amangam mới.

Bàn đãi amangam thường được đặt sau quá trình nội amangam để thu gom bổ sung các

hạt vàng amangam và thủy ngân từ quặng đuôi. Người ta còn sử dụng bàn đãi amangam để thu gom

hạt vàng trước quá trình xianua hoặc tuyển nổi. Năng suất của bàn đãi amangam được đặc trưng

bằng diện tích bề mặt cần thiết để xử lý 1 t quặng trong 1 ngày. Khi làm việc với bùn quặng đuôi

của máy nghiền lăn năng suất 0,3-0,5 m²/t.ngày, khi thu gom các hạt vàng từ quặng trước khi đưa đi

tuyển nổi hoặc xianua hóa năng suất 0,1-0,2 m²/t.ngày.

5.2.3. Xử lý amangam để lấy vàng

Amangam thu được từ các thiết bị nghiền lăn, tang trống và bàn đãi rất đa dạng về thành

phần và trạng thái. Loại amangam đặc sệt khó rửa để tách khỏi các hạt đất đá,… cần phải pha loãng

bằng thủy ngân hoặc trộn với loại amangam lỏng khác.

6

Người ta rửa amangam nhiều lần bằng nước nóng trong các thùng bằng gang hoặc sứ để

khử các hạt sắt (do bi nghiền và vỏ thiết bị bị mài mòn), cát, các sunfua. Bề mặt của amangam sau

khi rửa phải sáng như mặt gương. Tiếp đó amangam được lọc ép qua vải dày. Thủy ngân chảy qua

lớp lọc chứa khoảng 0,2% Au (ứng với độ hòa tan vàng trong thủy ngân) được dùng làm dung môi

tuần hoàn. Amangam thu được ở dạng gần khô được đưa đi chưng bay hơi. Hàm lượng vàng trong

amnagam này dao động trong khoảng 20-50% Au (lấy số tròn). Khi xử lý quặng chứa hạt vàng lớn

sẽ thu được amangam có hàm lượng vàng cao vì sự khuếch tán thủy ngân vào hạt vàng lớn sẽ không

sâu.

Quá trình chưng amangam được thực hiện trong lò ống chưng (hình 5.8). Lò ống chưng

gồm có ống chưng bằng gang được đốt ở phía dưới. Amangam được cho vào hộp sắt tây bằng nắp

lưới. Hộp này đặt trong ống chưng. Hơi thủy ngân bay lên và ngưng tụ ở bộ phận ngưng tụ bên

ngoài lò.

Hình 5.8. Lò ống chưng amangam

1- buồng đốt, 2- ống chưng, 3- bộ phận ngưng tụ thủy ngân.

Việc nung phải tiến hành từ từ để tránh nổ do sự phân hóa mạnh của các hợp chất liên

kim thủy ngân với vàng (xem giản đồ hình 5.1). Nhiệt độ chưng giữ ở 350-400^oC. Sau khi đã bay

hơi phần lớn thủy ngân, nâng nhiệt độ tới 750-800^oC để thủy ngân bay hơi triệt để. Thời gian chưng

khoảng 3-6 giờ.

Sau khi chưng vàng nằm lại trong hộp sắt ở dạng bột hoặc bọt xốp có thành phần 75-

90% Au, bé hơn 0,1% Hg. Người ta tiếp tục nấu vàng trong lò nồi graphit có cho thêm chất oxi hóa

và chất trợ dung như Na₂CO₃, NaNO₃… Các tạp chất một phần bị oxi hóa chuyển thành xỉ. Vàng

thô thu được đem đúc thành thỏi cỡ 6-8 kg và được đưa đi tinh luyện.

Quá trình amangam và chưng amangam gây tác hại đối với sức khỏe công nhân thao tác

do tính độc hại cao của thủy ngân và hơi thủy ngân. Hàm lượng cho phép của thủy ngân trong

không khí là 0,01 g/m³, phải được đảm bảo bằng thông gió và hút cục bộ không khí bẩn thải ra từ

thiết bị amangam.

5.3. Luyện vàng bằng phương pháp xianua.

5.3.1. Cơ sở lý thuyết

Phương pháp xianua dựa trên phản ứng cơ bản sau:

-

4Au + 8CN^-+ O₂+ 2H₂O = 4Au(CN)₂+ 4OH^-(5.1)

Muối xianua được dùng là muối kim loại kiềm và kiềm thổ vì ion của chúng trong dung

dịch nước có hoạt độ khá lớn và bền vững. Các muối này lại tương đối rẻ tiền.

Trong thời kỳ đầu mới đưa phương pháp xianua vào công nghiệp người ta dùng muối

KCN. Sau này KCN được thay thế bằng muối NaCN rẻ tiền hơn. Gần đây người ta có xu hướng

dùng muối CaCN₂.

Phản ứng (5.1) ở trên có thể viết đối với từng trường hợp muối cụ thể, ví dụ với muối

NaCN:

4Au + 8 NaCN + O₂+ 2H₂O = 4NaAu(CN)₂+ 4NaOH (5.3)

7

Từ các phản ứng trên đây rõ ràng rằng quá trình xianua hóa đòi hỏi có sự tham gia của

oxi. Vai trò của xianua và oxi được thể hiện khi nghiên cứu tốc độ hòa tan vàng phụ thuộc vào các

yếu tố đó (hình 5.9).

Từ hình 5.9 nhận thấy rằng tốc độ hòa tan vàng của quá trình xianua tăng mạnh khi tăng

nồng độ oxi trong hỗn hợp khí và nồng độ xianua trong dung dịch. Tuy nhiên nồng độ xianua dư

hầu như không làm tăng tốc độ hòa tan vàng.

Theo tỷ số hợp thức của phản ứng cứ 1 g Au yêu cầu 0,49 g NaCN, nhưng trong thực tế

luyện vàng lượng NaCN tốn gấp 20-100 lần. Sự tiêu tốn lớn này là do mất mát NaCN vào các phản

ứng với khoáng tạp và mất mát cơ học.

Trong các dung dịch axit và trung tính, các muối xianua không ổn định và thủy phân tạo

axit hiđroxianic HCN bay hơi. Theo điều kiện an toàn lao động, mức độ thủy phân NaCN không

được quá 0,01, còn pH của dung dịch không nhỏ hơn 7,78,7. Để giữ pH theo yêu cầu, người ta

thêm vôi hay natri hiđroxit.

Hình 5.9. Tốc độ hòa tan vàng phụ thuộc vào nồng độ

KCN và tỉ số O₂/(N₂+O₂) trong hỗn hợp khí.

Xianua không những chỉ phản ứng với vàng mà còn với bạc lẫn nhiều trong hạt vàng,

cũng như với các khoáng đồng, tạo thành các muối phức hòa tan:

-

4Ag + 8CN^-+ O₂+ 2H₂O = 4Ag(CN)₂+ 4OH^-(5.3)

2Cu₂S + 6CN^-+ ½O₂+ H₂O = 2CuS + 2Cu(CN)₃^2-+ 2OH^-(5.4)

Cu(OH)₂+ 2CN^-= CuCN + ½(CN)₂+ 2OH^-(5.5)

4Cu + 12CN^-+ O₂+ 2H₂O = 4Cu(CN)₃^2-+ 4OH^-(5.6)

Bạc hòa tan là có lợi vì có thể thu hồi nó cùng với vàng (tách vàng và bạc trong quá

trình tinh luyện vàng thô về sau), nhưng đồng hòa tan có ảnh hưởng xấu. Trong quặng vàng chứa

đồng rõ ràng sẽ tăng tiêu tốn xianua và thu hồi vàng gặp khó khăn. Vì vậy trong quặng vàng chứa

nhiều đồng người ta thường dùng dung dịch xianua rất loãng, với điều kiện đó tốc độ hòa tan

khoáng đồng giảm mạnh đáng kể so với vàng.

Các khoáng sắt không trực tiếp tác động với xianua, nhưng sản phẩm oxi hoá của chúng

4-

như Fe(OH)₂, FeSO₄phản ứng với ion xianua tạo thành ion phức Fe(CN)₂, Fe(CN)₆… làm tiêu tốn

xianua:

FeS + 2OH^-= Fe(OH)₂+ S^2-(5.7)

Fe(OH)₂+ 2CN^-= Fe(CN)₂₄+_-2OH^-(5.8)

Fe(CN)₂+ 4CN^-= Fe(CN)₆(5.9)

Ngoài ra khi có mặt FeS tốc độ xianua hóa giảm xuống, chủ yếu do tiêu hao oxi hòa tan

để oxi hóa tiếp sản phẩm oxi hóa của FeS (xem phản ứng 5.7)

2Fe(OH)₂+ ½O₂+ H₂O = 2Fe(OH)₃(5.10)

2S^2-+ 2O₂+ H₂O = S₂O₃^2-+ 2OH^-(5.11)

Như vậy thiêu quặng vàng sơ bộ để chuyển FeS trong quặng về dạng Fe(OH)₃sẽ giảm

tác hại của FeS trong quá trình xianua hóa quặng vàng.

Các hạt sắt kim loại rơi vào quặng do mài mòn máy nghiền có thể tới 2-5 kg/t. Nó sẽ

4-

làm giảm tốc độ xianua hóa do tiêu tốn oxi để oxi hóa sắt thành Fe(CN)₆.

8

Khoáng kẽm ít gặp trong quặng vàng. Kẽm sunfua thực tế không phản ứng với xianua

nhưng kẽm oxit và kẽm cacbonat dễ dàng chuyển vào dung dịch xianua:

ZnO + 4CN^-+ H₂O = Zn(CN)₄^2-+ 2OH^-(5.12)

Vì vậy nếu trong quặng vàng có kẽm sunfua thì việc thiêu quặng hoặc thổi không khí

vào bùn quặng sẽ không có lợi về việc chuyển kẽm vào dung dịch.

Thủy ngân còn lại trong quặng sau quá trình amangam không phản ứng với xianua,

nhưng để lâu quặng trong không khí thủy ngân sẽ bị oxi hóa và xianua sẽ bị tiêu tốn do phản ứng:

HgO + 4CN^-+ H₂O = Hg(CN)₄^2-+ 2OH^-(5.13)

Các khoáng của asen, antimon không phản ứng với xianua nhưng hòa tan vào dung dịch

kiềm tạo thành các muối kiềm và nhanh chóng bị oxi hóa làm tiêu hao oxi:

Sb₂S₃+ 6OH^-= SbO₃^3-+ SbS₃^3-+ 3H₂O (5.14)

3-

2SbS₃^3-+ 6CN^-+ 3O₂= 6CNS^-+ 2SbO₃(5.15)

As₂S₃+ 6OH^-= AsO₃^3-+ AsS₃^3-+ 3H₂O (5.16)

3-

2AsS₃^3-+ 6CN^-+ 3O₂= 6CNS^-+ 2AsO₃(5.17)

Quặng vàng chứa nhiều asen trước khi xianua hóa nên thiêu để loại asen ở dạng As₂O₃

bay hơi.

Khoáng chì sunfua hầu như không có ảnh hưởng đến quá trình xianua vì phản ứng của

nó với xianua rất yếu.

5.3.2. Các phương pháp xianua

Trong thực tế có hai phương pháp xianua khác biệt nhau về sự chuyển động của dung

dịch: phương pháp hòa tách thấm dung dịch và phương pháp hòa tách dạng bùn.

Phương pháp hòa tách thấm dung dịch thực

chất là cho dung dịch chuyển động qua lớp quặng vàng

đứng yên. Phương pháp này có nhược điểm vì thông

thường quặng phải nghiền mịn nên dung dịch thấm qua

chậm. Thêm vào đó đối với quặng có hạt không đều dễ tạo

nên các rãnh nhỏ làm cho dung dịch tập trung chảy nhanh

qua các rãnh cục bộ đó.

Phương pháp hòa tách dạng bùn thực hiện

trong điều kiện bùn quặng (hỗn hợp quặng và xianua)

được khuấy, có nghĩa là các hạt quặng nằm ở trạng thái

lơ lửng tiếp xúc tốt với dung dịch.

Hiện nay trữ lượng quặng vàng chứa các

hạt vàng lớn tương đối ít. Loại quặng này thu hồi có kết

quả bằng tuyển trọng lực và amangam.

Đối tượng quặng vàng dùng phương pháp

xianua là loại quặng phổ biến có chứa các hạt vàng bé

cần phải nghiền mịn để bóc trần hạt vàng. Do đó, như

đã nói ở trên, phương pháp hòa tách thấm dung dịch ít

được sử dụng so với hòa tách dạng bùn.

Hình 5.10. Bể hòa tách thấm

Phương pháp hòa tách thấm dung dịch

Phương pháp hòa tách thấm dung dịch được thực hiện trong bể làm bằng gỗ hoặc

thép. Bể làm bằng thép bền vững hơn nhưng đắt tiền, thường được dùng ở các nhà máy có công

suất lớn hoặc sử dụng quặng giàu.

Bể lắng bằng gỗ (hình 5.10) gồm các tấm gỗ dày 60-100 mm được gia cố bằng đai thép.

Bể thường có đường kính 5-10 m, chiều cao 2,3-3,5 m, dung tích 50-300 t quặng (Bể bằng thép có

tiết diện hình chữ nhật và có dung tích lớn hơn, khoảng 500-800 t quặng). Đáy bể được lắp khung

lưới bằng các thanh gỗ tiếp đến có một lớp chiếu cói và trên cùng là lớp vải lọc. Dưới lớp lọc ở đáy

bể có ống tháo dung dịch.

Nguyên liệu được cho vào bể ở dạng khô hoặc dạng ướt. Dung dịch xianua được cho

vào từ phía trên của bể (ít khi cho từ dưới lên) và chảy ra theo ống tháo dung dịch ở đáy bể. Để

hoàn toàn hòa tách vàng cần phải cho dung dịch vào bể nhiều lần, mỗi lần dung dịch có một nồng

9

độ nhất định. Ví dụ đối với một loại quặng vàng thạch anh, dung dịch cho vào lần thứ nhất có nồng

độ 0,12% NaCN, lần thứ hai – 0,06% NaCN, lần thứ ba – 0,03% NaCN, lần cuối cùng là nước sạch

để rửa quặng đuôi.

Thời gian hòa tách 4-10 ngày, phụ thuộc vào bản chất quặng, kích thước bể, v.v…

Phương pháp hòa tách thấm dung dịch đơn giản hơn và rẻ tiền. Tuy nhiên hiệu suất thu

hồi vàng thường chỉ đạt 60-70%, ít khi đạt tới 85%.

Phương pháp hoà tách dạng bùn

Phương pháp hòa tách dạng bùn được tiến hành trong bể có máy khuấy cơ học, khí nén

và dạng phối hợp. Thường thường, người ta sử dụng khuấy phối hợp. Ví dụ, bể khuấy trung tâm

(hình 5.11) là bể khuấy phối hợp (phối hợp khuấy cơ học và khí nén).

Bể khuấy trung tâm

làm bằng gỗ hoặc bằng thép có

đường kính 1,8-9 m, chiều cao 3-7

m, dung tích hữu ích 12-350 m³. Ở

trung tâm của bể có trục đứng rỗng

quay với tốc độ 2,5-4 v/p, đầu dưới

của trục gắn với cánh khuấy. Khi

trục đứng quay, cánh khuấy làm

chuyển động cặn từ biên vào trung

tâm đến lỗ của ống trung tâm (trục

đứng rỗng). Người ta cho vào ống

trung tâm một ống thép mỏng và

qua đó cho khí nén vào. Bùn quặng

được hút lên theo khoang giữa hai

ống, chuyển các hạt quặng vào

trạng thái lơ lửng.

Hình 5.11.Bể khuấy trung tâm

1- ống trung tâm, 2- cánh khuấy răng bừa, 3- máng nghiêng

Tiếp đó bùn được chảy vào hai phía của máng nghiêng gắn vào trục, vuông góc với cánh khuấy và

luôn ở trên bề mặt của bùn. Ở dưới đáy của máng nghiêng có các lỗ nhỏ, từ đó bùn quặng phun trở

ra bể. Các tia bùn phun ra từ máng nghiêng tạo nên việc cung cấp oxi cho dung dịch.

5.3.3. Tách dung dịch xianua khỏi quặng đuôi

Khi hòa tách thấm dung dịch, bể hòa tách thấm đồng thời làm nhiệm vụ lọc dung dịch

khỏi quặng đuôi. Khi hòa tách dạng bùn, để tách dung dịch khỏi quặng đuôi cần phải cô đặc, lọc và

rửa cặn.

Quá trình cô đặc để tách phần lớn dung dịch là quá trình đơn giản và rẻ tiền (quá trình

lắng gạn). Bùn đã cô đặc được tiếp tục lọc trên các thiết bị lọc trống hoặc lọc đĩa. Cặn được rửa cẩn

thận để lấy hết dung dịch chứa vàng. Nước rửa được dùng lại để hòa tách tuần hoàn.

Đơn giản nhất là tách dung dịch khỏi quặng đuôi chỉ bằng phương pháp lắng gạn. Thực

chất của phương pháp này là để bùn quặng lắng trong bể lắng và gạn lấy dung dịch trong, sau đó lại

cho nước sạch vào bể lắng khuấy với bùn còn lại và để lắng tiếp, rồi lại lấy dung dịch trong ra. Quá

trình được lặp lại một số lần sẽ thu được dung dịch xianua vàng bảo đảm đã tách khỏi quặng đuôi.

Nếu cho rằng mỗi lần lắng gạn lấy ra một nửa số lượng dung dịch thì lần thứ nhất lấy ra 50% vàng,

lần thứ hai – 25%, lần thứ ba – 12,5%. Ví dụ lắng gạn 5 lần sẽ thu được dung dịch với hiệu suất thu

hồi vàng 96,87% (50 + 25 + 12,5 + 6,25 + 3,12 = 96,87).

Hình 5.12. Sơ đồ lắng gạn liên tục ngược dòng

Theo cách lắng gạn gián đoạn vừa nêu trên dung dịch thu được sẽ rất loãng và dung tích

của nó rất lớn. Để khắc phục tình trạng này người ta cho lắng gạn liên tục ngược dòng (hình 5.12).

10

Làm theo phương pháp này nước sạch để rửa chỉ cho vào bể lắng cuối cùng và dung dịch chứa vàng

được lấy ra ở bể lắng đầu.

5.3.4. Kết tủa vàng từ dung dịch xianua

Từ dung dịch xianua có thể lấy vàng ra bằng phương pháp điện phân hoặc bằng phương

pháp xi măng hóa bởi các kim loại có tính điện âm hơn vàng như kẽm và nhôm.

Phương pháp điện phân không có ý nghĩa thực tế vì năng suất thấp và đắt tiền. Kết tủa

bằng nhôm tiến hành chậm so với kẽm do quá trình thấm ướt dung dịch xianua lên bột nhôm chậm

và kém. Người ta còn biết tới các phương pháp khác như hấp thụ bằng than hoạt tính hoặc nhựa trao

đổi ion, nhưng các phương pháp này còn cần phải nghiên cứu để hoàn thiện.

Hiện nay trong thực tế sản xuất, phương pháp xi măng hóa bằng kẽm kim loại được sử

dụng phổ biến.

Cơ sở lý thuyết của phương pháp xi măng hóa bằng kẽm.

Phương pháp xi măng hóa vàng bằng kẽm dựa trên phản ứng sau:

2NaAu(CN)₂+ Zn = 2Au + Na₂Zn(CN)₄(5.18)

Các công trình nghiên cứu về quá trình này rút ra các kết luận rằng tốc độ xi măng hoá

vàng bằng kẽm phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của ion phức [Au(CN)₂]^-tới bề mặt kẽm. Tăng bề

mặt kẽm, ví dụ dùng kẽm ở dạng phoi hoặc bột mịn sẽ làm tăng khả năng kết tủa vàng. Ngoài ra các

ion [Au(CN)₂]^-không bắt buộc phải tiếp xúc trực tiếp với bề mặt kẽm mà có thể phóng điện trên lớp

vàng kết tủa phủ lên kẽm vì vàng là chất dẫn điện mạnh (quá trình xi măng hóa thực chất là quá

trình nội điện phân). Cũng tương tự như vậy phản ứng có thể tiến hành cả trên bề mặt của các kim

loại khác tiếp xúc với kẽm, ví dụ trên bề mặt chì bao bọc lên kẽm thu được khi cho chì axetat hoặc

chì nitrat vào dung dịch. Khi đó trên kẽm tạo nên một lớp kết tủa bọt chì làm phát triển bề mặt do

phản ứng:

Pb(CH₃COO)₂+ Zn = Zn(CH₃COO)₂+ Pb (5.19)

Dung dịch xianua thu được luôn luôn có dư xianua và kiềm tự do nên kẽm có thể phản

ứng với kiềm và thoát hiđrô:

4NaCN + Zn + 2H₂O = Na₂Zn(CN)₄+ 2NaOH + 2H₂(5.20)

2NaOH + Zn = Na₂ZnO₂+ H₂(5.21)

Vì vậy kẽm bị tiêu tốn vừa để kết tủa vàng vừa cung cấp cho phản ứng (5.20, 5.21).

Kẽm được bọc lớp kết tủa bọt chì bảo đảm kết tủa vàng tốt đồng thời hạn chế việc tiêu hao chất

kiềm và bản thân kẽm. Chính vì vậy trong thực tế người ta thường cho một lượng nhỏ axetat chì

vào dung dịch xianua để thúc đẩy việc kết tủa vàng và giảm tiêu hao kẽm.

Natri zincat thu được từ phản ứng (5.21) hòa tan trong nước nhưng khi không đủ hàm

lượng kiềm tự do trong dung dịch nó sẽ bị thủy phân tạo nên cặn kẽm hiđroxit.

Na₂ZnO₂+ 2H₂O = Zn(OH)₂+ 2NaOH (5.22)

Khi không đủ xianua muối phức của kẽm được tạo thành từ phản ứng cơ bản (5.18) sẽ

bị phân hóa:

Na₂Zn(CN)₄= Zn(CN)₂+ 2NaCN (5.23)

Kẽm hiđroxit và kẽm xianua Zn(CN)₂kết tủa trên kẽm làm giảm bề mặt tương tác của

kẽm với dung dịch và do đó làm giảm tốc độ kết tủa vàng. Để ngăn chặn hiện tượng này, dung dịch

cần đủ xianua tự do (0,03%) và kiềm tự do (0,01-0,12%).

Oxi hòa tan trong dung dịch làm cho việc kết tủa vàng không triệt để vì một phần vàng

bị hòa tan trở lại do tác động của xianua và oxi. Theo quá trình giảm nồng độ vàng trong dung dịch

tốc độ kết tủa vàng giảm dần và tốc độ hòa tan trở lại tăng lên vì tăng bề mặt kết tủa vàng. Cho nên

việc khử trước oxi của dung dịch và ngăn chặn việc hòa tan oxi vào dung dịch trong thời gian kết

tủa là cần thiết, nó sẽ làm cho việc kết tủa vàng triệt để.

Thực tế quá trình xi măng hóa vàng bằng kẽm.

Trước đây, người ta dùng kẽm để xi măng hóa ở dạng phoi trong bể hở nhưng đến nay

hầu như không dùng nữa và đã thay thế bằng bột kẽm, thêm vào đó dung dịch trước khi cho kết tủa

cần phải khử oxi.

11

Thiết bị để khử oxi là tháp

chân không (hình 5.13) gồm tháp hình

trụ làm bằng thép dung tích 30 - 36 m³,

nối với bơm chân không. Dung dịch

được cho vào lỗ có nắp rồi chảy xuống

giàn bằng gỗ. Khi chảy tung ra theo bề

mặt lớn của giàn dung dịch nhanh

chóng giải phóng oxi hòa tan. Dung

dịch đã khử oxi tập trung vào phần dưới

của tháp và được tháo ra qua van có

mối liên hệ tự động với van cấp dung

dịch. Do vậy mức dung dịch đã khử oxi

ở tháp được giữ cố định. Áp lực dư của

không khí trong tháp chân không là 25-

50 mmHg.

Hình 5.13. Tháp chân không

1- giàn gỗ, 2- phao, 3- van, 4- ống đo mức dung dịch

5- đồng hồ áp suất, 6- ống nối với bơm chân không,

7- nắp

Hệ thống thiết bị để xi

măng hóa vàng bằng kẽm (hình 5.14)

làm việc liên tục. Dung dịch trong được cho vào tháp chân không và chảy ra theo ống nối với bơm

li tâm. Để tránh việc hút không khí bơm li tâm được nhúng vào dung dịch xianua trong bể chứa.

Dung dịch đã khử oxi được bơm lên tháp trộn. Bột kẽm cũng được liên tục cấp vào tháp đó. Đáy

hình côn của tháp trộn được nối với bể lọc qua đường ống.

Thực tế làm việc ở các nhà máy cho thấy rằng kết tủa vàng xảy ra nhanh khi lọc chứ

không phải trong thời gian trộn, vì vậy thiết bị lọc có ý nghĩa quyết định.

Thiết bị lọc được sử dụng trong quá trình này là khung lọc chân không. Các tấm lọc

khung được bố trí hướng tâm trong bể hình trụ chứa bùn xi măng hóa (bể lọc). Dung dịch ra từ các

tấm lọc khung tập trung vào ống vòng ở biên của bể nối với bơm ly tâm. Cần máy khuấy được lắp

theo trục trung tâm của bể sao cho cánh khuấy quay dưới cạnh của các khung lọc để ngăn chặn việc

phân lớp của bùn khi lọc. Để khuấy nhẹ ở lớp trên người ta lắp vào cần khuấy một cánh khuấy đĩa.

Bể lọc hở nhưng tốc độ lọc nhanh và khuấy yếu nên việc thâm nhập oxi xem như không xảy ra.

Hình 5.14. Hệ thống thiết bị xi măng hóa

1- ống, 2- bể chứa, 3- van, 4- ống dẫn, 5- tháp chân không, 6- bơm chân không, 7- ống nối

8- van, 9- bơm, 10- tháp trộn, 11- van điều tiết, 12- cấp bột kẽm, 13- bể lọc,

14- bộ lọc kiểu túi, 15- van, 16- bơm, 17- máy khuấy.

Cặn thu được khi kết tủa vàng bằng kẽm của phương pháp xi măng hóa này chứa 20-

50% vàng và bạc (bạc thường ở lẫn trong hạt vàng và có hành vi tương tự như vàng trong quá trình

xianua), kẽm dư và các tạp chất khác. Để khử kẽm và một phần các tạp chất người ta cho cặn hòa

tan trong axit sunfuric 15% trong bể lót chì có thiết bị hút. Thiết bị hút cần thiết cho việc đề phòng

khí độc AsH₃và HCN thoát ra. Bùn thu được đưa đi lọc ép, dung dịch thu được cho bay hơi để thu

được kẽm sunfat dạng tinh thể ZnSO₄.7H₂O hoặc kết tủa bằng xôđa để thu được kẽm oxit ZnO và

12

xem chúng như là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất. Quá trình khử kẽm không bắt buộc vì có

nhiều trường hợp kẽm dư ít không đáng kể. Cặn vàng thu được lần cuối này được nấu chảy trong lò

nồi graphit hoặc lò phản xạ bé với các chất khử tạp và trợ dung như xôđa, bồ hóng, cát, CaF₂. Sau

khi tách xỉ vàng được đúc thành thỏi có trọng lượng 6-8 kg.

Luyện vàng bằng phương pháp xianua hòa tách dạng bùn cho hiệu suất thu hồi vàng 89-

91%.

5.3.5. Làm sạch nước thải

Nước thải của nhà máy luyện vàng bằng phương pháp xianua chứa xianua tự do, hợp

chất xianua với kẽm, đồng, sắt… Chúng đều là các chất độc có thể làm chết người – vì vậy, cần

phải làm sạch nước thải trước khi xả ra môi trường.

Có một số phương pháp làm sạch nước thải. Một số nhà máy dùng phương pháp oxi hóa

nước thải bằng axit sunfuric để chuyển xianua thành dạng axit HCN. Hơi HCN bị pha loãng bằng

không khí và cho thoát ra ngoài trời bằng ống khói có chiều cao lớn. Phương pháp này có nhược

điểm không khử được chất độc hoàn toàn, làm bẩn không khí và tốn nhiều axit sunfuric.

Phương pháp có hiệu quả, được sử dụng ở nhiều nhà máy, để làm sạch nước thải là oxi

hóa hợp chất xianua bằng canxi hipoclorit Ca(OCl)₂hoặc canxi oxi clorua CaOCl₂. Các ion đơn

hoặc phức xianua phản ứng với các chất trên tạo thành phức xianua không độc và dễ bị thủy phân.

CN^-+ OCl^-= CNO^-+ Cl^-(5.24)

2Cu(CN)₃^2-+ 7OCl^-+ 2OH^-+ H₂O = 6CNO^-+ 7Cl^-+ 2Cu(OH)₂(5.25)

Xianat được tạo thành sẽ bị thủy phân:

+

2-

CNO^-+ 2H₂O = NH₄+ CO₃(5.26)

Khi hàm lượng hợp chất xianua lớn dung dịch thải được khử bằng phương pháp điện

phân. Phương pháp này thực hiện bằng cách cho dòng điện một chiều đi qua dung dịch cần làm

sạch. Ở cực dương hợp chất xianua bị oxi hóa thành ion xianat:

CN^-+ 2OH^-- 2e = CNO^-+ H₂O (5.27)

Cu(CN)₃^2-+ 8OH^-- 7e = 3CNO^-+ Cu(OH)₂+ 3H₂O (5.28)

CNS^-+ 10 OH^-- 8e = CNO^-+ SO₄^2-+ 5H₂O (5.29)

Ion CNO^-một phần bị thủy phân theo phản ứng (5.26) một phần bị oxi hóa tiếp ở cực

dương tạo ra khí CO₂và khí nitơ:

2CNO^-+ 4OH^-- 6e = 2CO₂+ N₂+ 2H₂O (5.30)

Ngoài xianua trong nước thải của xí nghiệp luyện vàng còn có chứa asen. Nếu lưu trình

công nghệ của xí nghiệp còn kết hợp với phương pháp amangam thì trong nước thải còn chứa cả

thủy ngân.

Để khử asen người ta dùng hai sunfat FeSO₄. Trong dung dịch có dư CaOCl₂sẽ oxi hóa

sắt tới sắt ba Fe₂(SO₄)₃và kết tủa ở dạng sắt ba hiđroxit Fe(OH)₃. Kết tủa này dạng bông có khả

năng hấp phụ asen tốt nên nước thải bảo đảm sạch chất độc này.

Làm sạch dung dịch thải khỏi thủy ngân thường được thực hiện bằng cách dùng natri

sunfua Na₂S vì tạo thành thủy ngân sunfua. Để tích tụ thủy ngân sunfua Hg₂S và Na₂S dư người ta

cũng dùng sắt hai sunfat để tạo nên Fe(OH)₃dạng bông như vừa trình bày ở phần khử asen.

13

5.4. Cơ cấu dùng vàng và nguồn phế liệu chứa vàng

5.4.1. Cơ cấu dùng vàng

Khối lượng vàng sản xuất ở các nước tư bản vào năm 1983 vào khoảng 1040 T, trong

đó Nam Phi sản xuất 680 T.

Dưới đây là cơ cấu dùng vàng ở các nước tư bản, % (T) khối lượng vàng sản xuất được:

- Tiền vàng

- Đồ kim hoàn

- Công nghiệp điện tử

- Trồng răng vàng

- Làm huy chương và huy hiệu

- Để trang trí

18,6 (179)

12,5 (120)

8,43 (81)

6,45 (62)

1,56 (15)

7,0 (67)

Lượng vàng còn lại để làm nguồn dự trữ Quốc gia. Ví dụ, Inđônêxia vào năm 1983 tăng

dự trữ từ 9 lên 74 T, Nam Phi tăng đến 65 T, Mỹ thì ngưng bán vàng dự trữ, Canađa bán 67 T vào

năm 1983.

Trên thế giới tích tụ 55986 T vàng, trong đó 34214 T là nguồn dự trữ chính thức của các

nước tư bản, 18662 T thuộc về sở hữu tư nhân.

Vàng đã được sử dụng trong công nghiệp điện tử và sử dụng cho mục đích trang trí

được cho là vàng phế liệu. Lượng vàng sản xuất từ phế liệu ở Mỹ vào năm 1980 vào khoảng 62,5 T,

năm 1981 – 68,4 T, năm 1982 – 43,0 T.

5.4.2. Đặc tính của các dạng phế liệu chứa vàng

Theo quan điểm luyện kim, phế liệu chứa vàng có thể chia thành hai nhóm:

1) vàng, bạc và các kim loại khác kim loại quý

2) vàng, các kim loại nhóm platin, bạc và các thành phần không phải kim loại quý.

Nhóm thứ nhất gồm:

a) Các chi tiết phế liệu từ vàng chất lượng cao, phế liệu từ đồ kim hoàn có chứa bạc và

đồng (đến 30% Ag và đến 15% Cu), và phế liệu từ các chi tiết công nghiệp (các hợp kim có chứa

bạc và đồng)

b) Kết tủa vàng (và bạc) nhận được khi dùng kẽm để xi măng hoá kim loại từ dung dịch

mạ vàng đã sử dụng (đến 50% vàng).

c) Phế liệu từ các chi tiết công nghiệp và đồ kim hoàn có lớp phủ bằng vàng. Bề dày lớp

phủ 2-10 m, vật liệu nền là các kim loại khó chảy (W, Mo), niken, đồng, sắt và cả các hợp kim (ví

dụ, côva (28-29% Ni, 18-19% Co, 1-1,5% Cu, còn lại là sắt)).

d) Các vật liệu chứa vàng thu được sau khi đốt gỗ mạ vàng (~0,1% Au và 0,1% Ag).

e) Bột mài, bột đánh bóng trong sản xuất đồ kim hoàn (1-8% Ag, 5-18% Au) có chứa

các oxit sắt, nhôm, silic, crom và cacbua silic.

g) Xỉ trong quá trình nấu chảy các bán thành phẩm và phế liệu (khi lấy mẫu thử); chứa

đến 0,1% Au và 1% Ag.

Các vật liệu nhóm hai bao gồm:

a) Các chi tiết được chế tạo từ platin và các hợp kim của kim loại quý, kim loại màu.

b) Gạch vụn của lớp lót chịu lửa và cống khói có thấm các kim loại quý (0,7-2,0% Ag,

đến 0,3-0,5% Au và các kim loại nhóm platin); trong thành phần vật liệu có samôt, manhêzit, thạch

anh, sét.

Để xử lý các phế liệu trên người ta dùng nhiều phương pháp khác nhau tùy thuộc vào

bản chất của từng loại phế liệu. Trong thực tế thường gặp một số trường hợp tái chế vàng như sau.

5.5. Tái chế vàng từ các lớp mạ và từ bột mài

a) Phương pháp thủy luyện

Các dạng nguyên liệu chứa vàng được liệt kê ở trên khá rộng, bao gồm nhiều vật liệu đa

dạng có hàm lượng vàng thấp và cả các các sản phẩm khá giàu vàng. Các dạng tương đối nghèo

vàng gồm: các chi tiết mòn hỏng có lớp phủ bề mặt bằng vàng kim loại. Đặc điểm của vật liệu như

vậy là rất đa dạng. Thông thường, đó là dây dẫn có đường kính 0,0084,0 mm (cuộn rối), lưới ,

khung, các chi tiết mỏng, các xà ngang bằng các dây dẫn 0,54,0 mm, các dây quấn (0,0080,5

mm), đôi khi là các vòng, chốt v.v… Khung, xà ngang và các chi tiết khác thường làm bằng đồng,

14

niken, hợp kim cô-va và “platinit” (43% Ni, còn lại là sắt). Dây quấn làm bằng molipđen hay

vonfram và thông thường được phủ một lớp vàng sạch, đôi khi bằng vàng chứa 5% platin. Bề dày

lớp phủ khác nhau và phụ thuộc vào kích thước chi tiết. Ví dụ, dây dẫn có đường kính 0,0080,08

mm có bề dày lớp phủ khoảng 0,00010,001 mm, còn dây dẫn 0,751 mm 0,0020,004 mm. Tùy

thuộc vào bề dày lớp phủ và kích thước chi tiết, hàm lượng các kim loại qúy dao động trong phạm

vi 0,112,6%. Hàm lượng trung bình của các kim loại khác nhau trong khối lượng chung của phế

liệu đã chuẩn bị vào khoảng, %: 1,11,5 Au; 0,020,03 Pt; 3037 Mo; 2,33,5 W; 30 Ni;  30 Cu.

Người ta thường xử lý phế liệu như vậy trong các nhà máy luyện đồng, trong lò chuyển cùng với

sten đồng. Khí đó, các kim loại qúy chuyển vào đồng thô và được thu hồi khi tinh luyện điện phân.

Vonfram và molipđen đi vào xỉ và mất hẳn. Giá trị của vonfram và molipđen cao gấp 510 lần giá

trị của vàng thu hồi.

Vật liệu dạng bùn chứa vàng (bột mài, tro thu được khi đốt cháy gỗ và vải mạ vàng, kết

tủa xi măng hóa) chứa từ 0,5 đến 80% vàng. Trong vật liệu này có các oxit crom, nhôm, sắt; cacbua

silic; cát thạch anh; có thể có phoi kim loại nhỏ.

Tất cả các vật liệu nêu trên được xử lý bằng các phương pháp thủy luyện và hỏa luyện.

Ví dụ, các phương pháp luyện kim clo (trong nước cường toan và clo hóa pha lỏng) được sử dụng

rộng rãi. Trong trường hợp sử dụng nước cường toan, người ta thực hiện trong thùng phản ứng bằng

sứ được nung nóng bằng điện và khuấy trộn theo chu kỳ. Nhiệt độ hoà tan 9095 ^oC. Thời gian hòa

tan phụ thuộc vào dạng nguyên liệu xử lý. Ví dụ, trong trường hợp vật liệu đặc chắc, hòa tan kéo

dài trong 10-12 giờ, vật liệu bùn 2-4 giờ. Quá trình xảy ra với nhiều sản phẩm khí thoát ra như oxit

nitơ, clo.

Còn clo hóa pha lỏng được thực hiện trong thùng phản ứng kín bằng titan có nung nóng

và khuấy trộn. Để làm chất hòa tan có thể sử dụng các dung dịch nước HCl (3545 g/dm³) hay

H₂SO₄(2530 g/dm³) có thêm natri clorua (4050 g/dm³) và sục khí clo qua lớp bùn (4050

dm³/h). Nhiệt độ hỗn hợp phản ứng 100120^oC.

Đặc điểm hòa tan trong nước cường toan và clo hóa pha lỏng là thu được các hợp chất

clorua hòa tan trong nước của vàng, các kim loại màu và sắt. Chỉ có bạc còn lại trong cặn ở dạng

AgCl. Theo quan điểm động học, thông thường quá trình tạo các phức clorua của vàng [AuCl₄]^-.

Nhưng trong giai đoạn hòa tách, không thể phân tách rõ ràng các kim loại được.

Nếu trong thành phần vật liệu có các oxit hay cacbua kim loại thì cacbua không tương

tác với chất hòa tan chứa các chất oxi hóa mạnh (Cl₂, NO, NO₂, N₂O₄) và nằm lại trong cặn không

hòa tan. Xử lý nguyên liệu như vậy, ví dụ, bột mài, tiêu hao chất phản ứng thấp, đảm bảo tốc độ hòa

tách vàng và tạo bạc clorua cao. Hiệu suất thu hồi vàng vào dung dịch đạt 9899%.

Sau khi tách cặn không hòa tan và rửa cặn, người ta kết tủa vàng từ dung dịch. Phương

pháp hoàn nguyên có sử dụng các chất phản ứng vô cơ và hữu cơ được sử dụng rộng rãi. Đó là các

muối của sắt (II) oxit, khí sunfua, natri hiđrosunfit (NaHSO₃), axit oxalic (COOH.COOH), axit

focmic (H.COOH), hiđrazin, hiđroquinon v.v…Việc sử dụng các chất phản ứng này do giá trị của

thế oxi hóa âm hơn thế hoàn nguyên vàng ( ^o

 1,06V ).



AuCl₄^/ Au^o

Việc giảm mất mát vàng theo thiết bị lọc có ý nghĩa quan trọng. Mất mát này là do hình

thành các hạt phân tán mịn (keo) của kim loại hoàn nguyên. Do vậy, trong quá trình kết tủa, dung

dịch phải được nung nóng đến 8090^oC và khuất trộn bùn.

Do khả năng hoàn nguyên mạnh, phần lớn các chất hoàn nguyên nêu trên không chỉ kết

tủa vàng kim loại mà còn kết tủa các kim loại nhóm platin trong dung dịch và cả đồng

( ^o

 0,18V ). Trong nhiều trường hợp, người ta hòa tan kết tủa thu được lần thứ hai bằng

CuCl₂/ Cu^o

cách clo hóa và kết tủa lại bằng hiđrazin hay đường. Sau khi lọc và rửa, bã chứa 9092% vàng,

được sấy khô và đưa đi nấu lại.

Để bỏ được công đoạn hòa tan lần thứ hai và kết tủa lại, có đề xuất sử dụng phương

pháp chiết ly vàng từ dung dịch clo vào dung môi hữu cơ. Chất chiết ly có thể là tributylfotfat,

metylizobutylxeton (hexon), rượu izoamylic, các sunfua và sunfoxit hữu cơ. Cơ chế hóa học của sự

hình thành sonvat chiết ly khi sử dụng sunfua hữu cơ làm dung môi có thể biểu thị bằng phương

trình phản ứng sau:

15

[AuCl₄]^-+ (SR₂)_hc⇄[AuCl₃.SR₂]_hc+ Cl^-(5.31)

Đặc tính phụ thuộc hệ số phân bố D vào nồng độ chất chiết ly trong pha hữu cơ (hình

7.15) chứng tỏ rằng bằng cách thay đổi hàm lượng sunfua trong dung dịch hữu cơ có thể đảm bảo

điều kiện D  , tức là đạt mức thu hồi gần 100%. Thông thường, nồng độ và bản chất các muối

của chất điện phân và axit clohiđric có mặt không ảnh hưởng đáng kể đến chỉ tiêu chiết ly. Đặc

điểm của các liên kết hình thành trong sonvat vàng, đảm bảo mức độ lựa chọn cao của quá trình

chiết ly và do vậy, dung tích có ích theo kim loại thu hồi của chất chiết ly cao, đạt tới 9395%.

Quá trình chiết ly xảy ra nhanh chóng. Cân bằng

trong hệ này đạt được sau 15-20 phút khuấy trộn các pha.

Nồng độ cho phép tối đa của vàng trong phần chiết không

nên vượt quá 55-60 g/dm³. Tiếp tục tăng hàm lượng kim

loại trong dung dịch hữu cơ, thường sinh ra pha thứ 3 –

dung dịch sonvat vàng. Sự phân lớp các pha sau khi chiết ly

xảy ra nhanh chóng.

Người ta rửa chất chiết ly thu được bằng nước

axit hóa ( 0,1 HCl) và phản chiết trong dung dịch natri

sunfit. Quá trình kèm theo phản ứng oxi hóa – khử phụ có

sự tham gia của oxi hòa tan trong hệ:

Hình 5.15. Phụ thuộc của hệ số

phân bố vàng khi chiết ly từ

dung dịch clorua [AuCl₄]^-vào

nồng độ chất chiết ly

H₂O + O₂+ [AuCl₃SR₂]_hc+ 5Na₂SO₃

Na₃[Au(SO₃)]_hc+ 3NaCl + [SR₂]_hc+ Na₂SO₄+ NaOH

(5.32)

Sau khi phản chiết, pha hữu cơ được rửa bằng

nước. Nước rửa được nhập chung với phần phản chiết và



vàng được hoàn nguyên bằng cách thêm axit clohiđric (đến pH = 23). Người ta thực hiện kết tủa ở

nhiệt độ 5060^oC và khuấy trộn cùng với cho thêm HCl vào từ từ. Hoàn nguyên vàng từ các dung

dịch này xảy ra do tính kiềm cao của các ion sunfit, các ion này tương tác với proton, cuối cùng tạo

thành khí sunfurơ:

SO₃^2-+ 2H⁺ SO₂+ H₂O (5.33)

Việc xảy ra phản ứng này đảm bảo phân hủy phức sunfit của vàng và vàng chuyển vào

phức clorua. Khí sunfurơ tạo thành hoàn nguyên ion vàng đến kim loại:

2[AuCl₂]^-+ SO₂+ 4OH^- 2Au⁰+ 4Cl^-+ SO₄^2-+ 2H₂O (5.34)

Phản ứng hoàn nguyên vàng xảy ra nhanh. Kết tủa vàng thu được có kích cỡ tương đối

lớn và do vậy giảm mất mát kim loại theo thiết bị lọc. Bã vàng thu được chứa 99,95% vàng.

Sơ đồ công nghệ của quá trình như hình 5.16 . Sự cải thiện của sơ đồ này là bỏ được

công đoạn lọc dung dịch sau khi hòa tách clo cho vật liệu, như bột mài. Chiết ly vàng từ bùn clo hóa

đảm bảo thu được kim loại sạch. Nhưng gặp khó khăn về bố trí thiết bị của quá trình phản chiết, để

không pha loãng phần phản chiết quá nhiều trong giai đoạn rửa bã.

Phương pháp hòa tách clo có nhược điểm là không có tính chọn lựa đối với nguyên tố

thu hồi. Do vậy, ở giai đoạn hòa tách có sự tiêu hao đáng kể chất phản ứng (NaCl, H₂SO₄, HCl,

HNO₃, Cl₂)

Ngoài ra, dung dịch clo thu được có nhiều thành phần nên rất phức tạp, để thu hồi chọn

lọc vàng từ dung dịch này. Cuối cùng, cần phải chi phí nhất định để tận thu các muối kim loại màu

và sắt từ phần lọc để kết tủa vàng hay rafinat chiết ly vàng, làm giảm chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật của

quá trình.

Gần đây, nhiều công trình nghiên cứu được thực hiện để thiết lập công nghệ thu hồi

chọn lọc vàng từ phế liệu. Các tính chất hóa lý của kim loại và xu hướng tạo hợp chất với nhóm

2-

ligand nhất định là cơ sở của quá trình. Các hợp chất như vậy gồm CN^-, S₂O₃, (NH₂)₂CS, S^2-, SR₂,

-

SCN^-, I^-, CuCl₂và vài chất khác. Xác nhận cho những điều nêu trên là phương pháp xianua hóa

quặng vàng đã biết từ hơn một trăm năm nay và hiện đang sử dụng, khi mà từ quặng phức tạp, với

mức độ chọn lựa cao đã chuyển được vàng và bạc vào dung dịch.

16

Nguyên liệu chứa vàng

NaCl, H₂SO₄, H₂O, Cl₂

Hòa tách clo

Lọc, rửa

Bã không hòa tan

Dung dịch

Chất chiết ly, dầu hỏa

Chiết ly vàng

Dung dịch nước

Tận thu muối

Dung dịch hữu cơ

Rửa

Dung dịch hữu cơ Nước rửa

Na₂SO₃

Phản chiết ly vàng

Dung dịch nước Dung dịch hữu cơ

HCl

Kết tủa vàng

Lọc

Bã vàng

Dung dịch

Quay lại hòa tách

Hình 5.16. Sơ đồ công nghệ thu hồi vàng từ phế liệu

Việc sử dụng một số chất hòa tan chứa nước hay không chứa nước đối với phế liệu chứa

vàng đã được biết đến. Những chất hòa tan này là dung dịch nước của iođua và iođơ, dung dịch axit

clohiđric của phèn sắt và cả sắt (III) clorua và đồng (II) clorua. Đã được biết việc sử dụng các dung

dịch nước của các hợp chất natri sunfoxianua (NaSCN), amoni thioxianua và thioure có các chất oxi

hóa tham gia – oxi, bari peroxit hay natri peroxit, natri nitric. Các chất hòa tan không chứa nước là

dung dịch rượu (ete) của iot phân tử và các dung dịch sunfua hữu cơ chứa I₂hay đồng (II) clorua.

Đáng quan tâm là việc sử dụng các dung dịch nước của iođua và iot phân tử để làm môi

trường hòa tách chọn lọc vàng. Việc chọn chất hòa tan với những lý do sau: Iot phân tử được sử

dụng để làm chất oxi hóa ( ^o

 0,536V ). Phản ứng anôt tạo sonvat vàng hòa tan được đảm bảo

I₂/ 2I

bởi sự có mặt các ion iođua trong dung dịch nước. Khi đó các hợp chất có thành phần [AuI₂]^-với

hằng số ổ định 10²¹.

Do độ hòa tan của iot phân tử trong nước giới hạn khoảng 2,2.10^-3M, quá trình oxi hóa

giới hạn bới hoạt độ I₂. Nhưng khi có ion iođua tự do, xảy ra tương tác axit-bazơ tạo I₃hòa tan

-

trong nước.

KI + I₂ KI₃(5.35)

Năng lượng liên kết I₂-I^-không lớn hơn 12,519 kJ/mol và khả năng oxi hóa của iot

phân tử giảm không đáng kể.

Như vậy, phản ứng tổng quát hòa tan vàng trong dung dịch iođua như sau:

17

Au⁰+ ½I₂+ KI  KAuI₂(5.36)

Trong điều kiện công nghiệp, người ta sử dụng dung dịch nước chứa 180250 g/dm³KI

và 200 g/dm³I₂. Đã xác định rằng khi giảm nồng độ chất oxi hóa, tốc độ hòa tan kim loại sẽ giảm,

khi C_I 20 g/dm³, tốc độ hòa tan gần bằng 0. Hòa tách vàng từ phế liệu vô tuyến điện tử được

2

thực hiện trong thiết bị là một bể chứa chất hòa tan và giỏ thép chứa vật liệu được nhúng vào bể.

Giỏ nối với thiết bị rung nhờ các giá treo. Thiết bị rung dạng trục khuỷu (300500 dao động trong 1

phút). Biên độ dao động của giá treo vào khoảng 15 mm. Tùy thuộc vào bề dày lớp vàng phủ, thời

gian hòa tách thay đổi từ 5 đến 40 phút, đảm bảo thu hồi vàng từ bề mặt chi tiết. Tốc độ hòa tan

vàng trong bình vào khoảng 32,034,0 g/h.

Thông thường, molipđen và vonfram không chuyển vào dung dịch, còn đồng, niken và

một phần sắt hòa tan trong dung dịch này. Tốc độ tích tụ tạp chất kim loại gấp 3-4 lần tốc độ hòa

tan vàng. Đồng cũng hòa tan mạnh. Để giảm tích tụ tạp chất kim loại khác kim loại qúy trong dung

dịch, không cho phép tăng thời gian tồn tại của vật liệu trong thiết bị nhiều hơn thời gian cần thiết

để hòa tách vàng hoàn toàn.

Từ dung dịch iođua, có thể tách vàng bằng ximăng hóa, chiết ly, hấp phụ hay kết tủa

muối khó hòa tan. Tính đến giá thành cao và khan hiếm của iot và hợp chất iođơ, cần thực hiện các

điều kiện sau: Hòa tách vàng sâu và tái sinh chất hòa tan, giảm tiêu hao chất phản ứng.

Hoàn nguyên vàng bằng điện hóa đồng thời tái sinh iot là phương pháp thích hợp hơn

cả. Quá trình thực hiện với anôt không hòa tan trong hệ: anôt – dung dịch nước I, KI, catôt –

K[AuI₂]. Trên catôt xảy ra các phản ứng:

[AuI₂]^- Au⁺+ 2I^-(5.37)

Au⁺+ e  Au⁰(5.38)

I₂+ 2e  2I^-(5.39)

2H⁺+ 2e  H₂(5.40)

Trên anôt:

2I^-- 2e  I₂(5.41)

2OH^--2e  ½O₂+ H₂O (5.42)

Do thế hòa nguyên vàng từ các phức iođua và hòa nguyên iot gần nhau, các phản ứng

xảy ra đồng thời, còn ion iođua di chuyển đến anôt, sau đó oxi hóa đến I₂. Nhìn chung, phản ứng

anôt đảm bảo tái sinh chất hòa tan. Quá trình đi kèm thay đổi pH của môi trường, do các phản ứng

hoàn nguyên các ion hiđrô và oxi hóa ion hiđrôxin. Khi không gian gần catốt đạt pH=12,613,2,

vàng hiđrôxit được tạo thành, rồi chuyển thành oxit Au₂O.

Hình 5.17. Sự thay đổi nồng độ iot trong

catolit (1) và trong anolit (2) phụ thuộc vào

thời gian điện phân

Hình 5.18. Sơ đồ bể điện phân có màng

ngăn

18

Như hình 5.17 cho thấy khi tăng thời gian điện phân, làm giảm nồng độ iot phân tử

trong catolit và tích tụ iot phân tử trong anolit. Nhưng tốc độ tăng nồng độ trong anolit thấp hơn, do

tốc độ hòa tan các tinh thể iot phân tử tạo ra trên anôt nhỏ, vì anolit nghèo ion iođua.

pH môi trường ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ quá trình hòa nguyên vàng và tái sinh

chất hòa tan. Ví dụ, khi pH = 4 kết tủa vàng hòa toàn và làm trong catolit sau 5,56 giờ, còn khi pH

= 12,8 – sau 2,53 giờ.

Người ta tiến hành điện phân trong bể điện phân có màng ngăn và được làm nguội (hình

5.18), gồm bể bằng thép dạng hình hộp 1 và đệm cách bảo vệ ăn mòn bằng polipropilen. Không

gian làm việc bên trong được ngăn bởi màng ngăn bằng gốm 3 tháo lắp được, màng ngăn định vị

nhờ giá đỡ 4 bằng chất cách điện và gắn vào mặt bích của thân bể điện phân. Giá đỡ đồng thời giữ

anôt 5. Catôt được làm nguội 6 đặt bên trong màng ngăn nhờ đĩa đệm 7. Màng ngăn làm bằng vải

tổng hợp và màng trao đổi ion không thích hợp do sự phá hủy lớp nền của chúng trong dung dịch

điện phân. Vật liệu thích hợp nhất để làm màng ngăn là gốm từ sét trắng với lỗ hổng 0,00010,001

mm khi thành màng ngăn dày 8 mm. Các điện cực dạng thanh hình trụ rỗng bằng cacbon thủy tinh

mác CT-12 hay CT-20. Vật liệu này có độ bền hóa học lớn nhất trong dung dịch iođua.

Tuổi thọ của anôt khoảng 100-120 giờ. Sự phá hủy anôt chủ yếu là do việc tăng mật độ

dòng anôt trên các phần bề mặt riêng rẽ và oxi thoát ra tương tác với cacbon thủy tinh. Tăng mật độ

dòng làm cho bề dày lớp kết tủa iot tinh thể trên bề mặt điện cực không đồng đều.

Nguyên liệu chứa vàng

KI + I₂+ Nước

Hòa tách vàng

Lọc, rửa

Phế liệu không

chứa vàng

Dung dịch

Đưa đến nơi sản xuất

có liên quan

Điện phân

Anolit

Catolit

Bã vàng

Trở lại hòa tách vàng Rửa

Lọc

Bã vàng Dung dịch

Sấy

Thải

Nấu chảy

Hình 5.19. Sơ đồ công nghệ thu hồi vàng từ phế liệu bằng dung dịch iođua

Tỉ lệ diện tích bề mặt anôt và catôt (S_a:S_c) ảnh hưởng đến tuổi thọ của anôt. Khi S_a:S_c<

10:1, xảy ra sự phá hủy anôt, còn khi S_a:S_c> 20:1 làm tăng thời gian quá trình hoàn nguyên vàng.

Tỉ lệ S_a:S_ctối ưu khoảng 1215:1. Người ta điều chỉnh diện tích các anôt bằng cách thay đổi số

thanh gần màng ngăn bằng gốm. Các anôt đặt vào bể điện phân thành vòng xung quanh màng ngăn.

Mứ độ thu hồi vàng từ dung dịch iođua ít phụ thuộc vào hàm lượng vàng và vào khoảng

99,299,8%. Điện áp bể khoảng 45 V, nhiệt độ 5060^oC, tiêu hao điện năng 0,20,4 kW.h cho 1 g

19

vàng. Mức độ tái sinh chất hòa tan quy đổib ra iot phân tử khoảng 99,4%. Dung dịch tái sinh hòa

toàn giữ được hoạt tính hóa học và có thể sử dụng cho công đoạn hòa tách vàng nhiều lần. Sơ đồ

công nghệ của quá trình như hình 5.19.

b)Phương pháp hỏa luyện

Trong các phương pháp hỏa luyện phế liệu chứa vàng, phổ biến nhất là phương pháp

nấu luyện chì thô. Phụ thuộc vào hàm lượng của thành phần cần thu hồi trong phế liệu, cũng như

thành phần vật liệu, có vài kiểu nấu luyện. Khi hàm lượng vàng trong vật liệu không nhỏ hơn 0,4%

(bùn, tro, bụi rác v.v…), người ta nấu luyện trong lò nồi; với 0,1-0,4% Au, người ta nấu luyện trong

lò phản xạ, khi hàm lượng vàng nhỏ hơn 0,1% - trong lò đứng.

Nấu luyện chì thô từ chì monoxit có đặc tính hoàn nguyên do quá trình phản ứng là thu

được chì để làm chất thu gom kim loại quý. Các giọt chì nóng chảy thấm qua lớp liệu, gom các kim

loại quý vào trong chì. Các tạp chất kim loại màu và sắt có trong liệu tạo thành xỉ

Quá trình nấu luyện có thể chia thành các giai đoạn. Trong vùng nhiệt độ thấp (đến

300^oC), các thành phần liệu được sấy và khử nước kết tinh. Ở nhiệt độ 400-450^oC, chì được hoàn

nguyên từ chì oxit. Người ta dùng bụi than củi làm chất hoàn nguyên. Chì hoàn nguyên tập trung lại

thành giọt và thấm qua lớp liệu, thu gom các kim loại quý và tích tụ dưới đáy nồi nấu hay đáy lò.

Khi nung nóng liệu trên 700^oC, bắt đầu tạo xỉ các thành phần dễ chảy, cũng như phân hủy cacbonat

có trong liệu. Người ta dùng xôđa, cát, thủy tinh vụn, huỳnh thạch, đá vôi, borac để làm trợ dung.

Trong quá trình nấu luyện thu được chì thô, chì thô tập

trung phần lớn các kim loại quý có trong liệu, còn xỉ chứa hàm

lượng kim loại quý thấp (khi xử lý các vật liệu giàu kim loại quý,

đòi hỏi phải nấu luyện lại xỉ để thu hồi thêm kim loại quý). Để giảm

mất mát kim loại theo xỉ, người ta khuấy trộn kim loại lỏng sau đó

để lắng.

Nếu nguyên liệu có chứa các kim loại sunfua, người ta

đưa các chất oxi hoá (kiềm nitrat, MnO₂) vào thành phần liệu để oxi

hóa các hợp chất sâu hơn. Đôi khi, người ta không dùng các chất

oxi hóa, nhưng khi nấu luyện có thể tạo thành sten – chất thu gom

kim loại quý. Tuy vậy, khả năng thu gom kim loại quý của sten

thấp hơn nhiều so với chì nóng chảy. Do vậy, rửa sten bằng chì (tỷ

lệ theo khối lượng 1:1), đảm bảo giảm mất mát các kim loại quý.

Hàm lượng chì oxit trong liệu càng cao, thu hồi kim loại

quý càng nhiều. Nhưng tăng khối lượng chì thô dẫn đến giảm hàm

lượng kim loại quý trong chì thô. Trong các lò phản xạ và lò nồi,

hàm lượng kim loại quý trong chì thô không nên vượt quá 8-12%. Hình 5.20. Lò điện trở trực

Tỷ lệ giữa lượng bạc đối với tổng lượng vàng và kim loại

tiếp

nhóm platin nên lớn hơn 6. Điều kiện này đảm bảo hòa tách thủy luyện tiếp tục đối với các hợp

kim thu được của kim loại quý.

Người ta nấu luyện

trong nồi đặt trong các lò điện

trở trực tiếp, lò điện trở gián

tiếp, lò tần số cao. Trong lò điện

trở trực tiếp (hình 5.20), việc

nung nóng được thực hiện nhờ

dòng điện xoay chiều, khi dòng

điện đi qua thành của nồi

graphit 1, nồi đặt trong lớp chịu

lửa 2. Dòng điện được dẫn vào

nồi nhờ vòng tiếp xúc 3 được

làm nguội bằng nước và tấm

tiếp xúc 4, nồi nấu đặt trên tấm

Hình 5.21. Lò điện trở gián tiếp

20