TÓM TẮT
Các chất thải khai khoáng chứa kim loại quý và khoáng công nghiệp có thể gây ô nhiễm môi trường, nhưng cũng là nguồn tài nguyên có thể tận dụng.
Nghiên cứu này tập trung vào việc thu hồi vàng (Au) từ bã thải khai khoáng Romania, bằng cách áp dụng công nghệ hòa tách thiosunfat (Na₂S₂O₃) – thay thế cho phương pháp xianua hóa độc hại.
Phương pháp thiosunfat đạt hiệu suất hòa tách Au tới 75% ở 25 °C, hiệu suất thu hồi tổng đạt 65–67%, tương đương phương pháp xianua nhưng an toàn, thân thiện môi trường.
1. GIỚI THIỆU
Hoạt động khai khoáng tạo ra lượng lớn bùn thải và xỉ chứa kim loại nặng, gây ô nhiễm đất – nước – không khí. Tuy nhiên, chúng vẫn chứa lượng đáng kể các nguyên tố quý như Au, Ag, Cu, Zn, Fe, S… có thể tái khai thác.
Tại Romania, có trên 300 bãi thải mỏ, trong đó nhiều bãi chứa pyrit (FeS₂), chalcopyrit (CuFeS₂), thạch anh (SiO₂) và vết Au, Ag.
Mục tiêu:
Ứng dụng hệ hòa tách NH₄OH – Na₂S₂O₃ – CuSO₄ để tách Au.
Giảm ô nhiễm và khối lượng bã thải.
So sánh với quy trình xianua hóa truyền thống.
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
2.1. Mẫu và chuẩn bị
Mẫu lấy tại các mỏ: Bălan, Deva 1, Deva 2, Brad Ribita, Brad Criscior.
Sấy 80 °C, nghiền mịn đến kích thước < 80 µm.
Hàm lượng trung bình Au ≈ 3 g/tấn.
2.2. Phân tích hóa lý
| Khoáng | Thành phần chính | % |
|---|---|---|
| SiO₂ | 48–66 | |
| FeS₂ | 10–20 | |
| Muscovite (KAl₂Si₃AlO₁₀(OH)₂) | 14–15 | |
| Albite (NaAlSi₃O₈) | 5–9 | |
| Chamosite (Fe,Mg)₅Al(Si₃Al)O₁₀(OH)₈ | 3–5 | |
| CaCO₃ | 2–3 |
2.3. Chuẩn bị dung dịch hòa tách
Hệ thống amoniac – thiosunfat – Cu²⁺ được chuẩn bị như sau:
| Thành phần | Nồng độ mol | Quy đổi (% khối lượng) | Quy đổi (g/L) |
|---|---|---|---|
| Na₂S₂O₃·5H₂O | 2.0 M | ≈ 31.5 % | ≈ 315 g/L |
| NH₄OH (30%) | 4.0 M | ≈ 22.5 % NH₃ thực | ≈ 225 g/L NH₃ |
| CuSO₄·5H₂O | 0.1 M | ≈ 2.5 % | ≈ 25 g/L |
| Tỷ lệ rắn/lỏng | 1 : 2 (w/v) | – | – |
| pH dung dịch | 10.5 ± 0.2 | – | – |
| Nhiệt độ phản ứng | 25 °C | – | – |
| Thời gian hòa tách | 4 giờ | – | – |
Thiết bị: Reactor thủy tinh 2 L, khuấy cơ học 400 v/phút, có kiểm soát pH–Eh.
Điện thế oxy hóa khử (Eh): +0.1 V so với Ag/AgCl.
3. KẾT QUẢ HÒA TÁCH
3.1. Ảnh hưởng của nồng độ
Các khảo nghiệm cho thấy hệ 2 M Na₂S₂O₃ + 4 M NH₃ + 0.1 M Cu²⁺ cho hiệu suất tốt nhất.
| Thời gian (giờ) | % Au hòa tan | Ghi chú |
|---|---|---|
| 0.25 | 73.4 | Phản ứng nhanh giai đoạn đầu |
| 0.5 | 72.3 | Ổn định |
| 1.0 | 69.6 | Giảm nhẹ do phức Cu(I)–thiosunfat mất ổn định |
| 2.0 | 60.5 | Tạo S₄O₆²⁻ (tetrathionat) phụ |
| 4.0 | 60.5 | Cân bằng |
| Rửa | +2.3 | Tổng cộng ~75% Au hòa tan |
Hiệu suất tổng thể (hòa tách + rửa) đạt ≈ 75% Au, tương đương xianua 0.02% NaCN.
3.2. Hấp phụ vàng
Than hoạt tính gáo dừa được sử dụng để thu hồi Au từ dung dịch sau hòa tách.
| Lượng than (g/L) | % Au hấp phụ sau 1h |
|---|---|
| 5 | 86 |
| 10 | 99 |
| 15 | 99 (30 phút đạt cân bằng) |
→ Điều kiện tối ưu: 15 g/L than, pH = 10.5, 25 °C.
3.3. Giải hấp vàng
Dung môi: Nước + Ethanol (40–60 %), nhiệt độ 80 °C, thời gian 6 giờ.
→ Hiệu suất giải hấp 79–99% Au, tùy nồng độ ethanol.
Có thể cải thiện bằng isopropanol hoặc ethylene glycol.
3.4. Điện phân (Electrowinning)
| Thông số | Giá trị |
|---|---|
| Điện cực catot | Pt hoặc thép không gỉ |
| Dung dịch | Sau giải hấp Au |
| Điện thế catot | −1.4 V (so với Ag/AgCl) |
| Dòng điện | 210 mA (≈ 2.1 mA/cm²) |
| Thời gian | 75 phút |
| Nhiệt độ | 40 °C |
| Hiệu suất thu hồi | 98% Au |
| Hiệu suất dòng điện | ~5% |
| Năng lượng tiêu hao | ≈ 20 kWh/kg Au |
4. THẢO LUẬN
Phản ứng hòa tách ban đầu nhanh do sự hình thành phức [Au(S₂O₃)₂]³⁻.
Giảm tốc độ sau 15 phút do Cu(NH₃)₄²⁺ bị khử và mất tính oxi hóa.
Có thể nâng hiệu suất bằng cách:
Giảm kích thước hạt < 50 µm,
Điều chỉnh pH = 10.0–10.2,
Bổ sung oxi hoặc H₂O₂ để duy trì Cu(II).
So với phương pháp xianua (NaCN = 0.02–0.05 %, pH = 10.5–11), thiosunfat có ưu thế không độc, không sinh khí HCN, và dễ tái sinh dung dịch.
5. KẾT LUẬN
Dung dịch hòa tách:
2 M Na₂S₂O₃ (~315 g/L, 31.5 %),
4 M NH₄OH (~225 g/L, 22.5 %),
0.1 M CuSO₄·5H₂O (~25 g/L, 2.5 %),
cho hiệu quả tối ưu ở 25 °C, pH 10.5.
Hiệu suất thu hồi Au:
Hòa tách: 75%
Hấp phụ + giải hấp: 90–99%
Điện phân: 98%
→ Tổng hiệu suất 65–67%.
Ưu điểm:
Không độc hại, an toàn môi trường.
Dung dịch có thể tái sử dụng.
Hiệu quả tương đương quy trình xianua.
Phù hợp quặng nghèo (1–5 g Au/tấn).
Hướng nghiên cứu tiếp:
Ứng dụng bioleaching để loại pyrit,
Tối ưu động học phản ứng,
Triển khai quy mô pilot 50–100 kg quặng/ngày.
Link down load full tiếng Anh: https://drive.google.com/file/d/1T2e8w1rUksucAPn3F7KiEVNo_GmZFJ1E/view?usp=sharing
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét