Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu tách vàng khỏi dung dịch thiosulfate amoniac bằng than hoạt tính

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu phương pháp tách vàng từ dung dịch thiosulfate amoniac bằng than hoạt tính, ứng dụng trong công nghệ vật liệu.

• Tác giả: Phạm Trọng An
• Người hướng dẫn: Phó Giáo Sư Tiến Sĩ Nguyễn Ngọc Hà
• Trường học: Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công Nghệ Vật Liệu
• Đề tài: Nghiên Cứu Tách Vàng Khỏi Dung Dịch Thiosulfate Amoniac Bằng Than Hoạt Tính
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Lịch sử phát triển của vàng
• 1.2. Nguyên liệu luyện vàng
• 1.2.1. Khoáng vật vàng
• 1.2.2. Các loại quặng vàng
• 1.2.3. Nguyên liệu chứa vàng khác
• 1.3. Tình hình khai thác và sản xuất vàng trên thế giới và Việt Nam
• 1.4. Công dụng của vàng
• 1.5. Các phương pháp sản xuất vàng
• 1.5.1. Luyện vàng bằng phương pháp amangam (hỗn hống thuỷ ngân)
• 1.5.2. Luyện vàng bằng phương pháp xyanua
• 1.5.3. Luyện vàng bằng phương pháp Thiosulfate
• 1.6. Giới thiệu về quy trình thu hồi vàng
• 1.6.1. Xi măng hoá (kết tủa)
• 1.6.2. Chiết xuất dung môi
• 1.6.3. Hấp phụ vàng lên nhựa
• 1.6.4. Hấp phụ vàng lên than hoạt tính
• 1.7. Lựa chọn phương pháp
• 1.8. Mục tiêu luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ VÀNG LÊN THAN HOẠT TÍNH TỪ DUNG DỊCH THIOSULFATE AMMONIAC
• 2.1. Giới thiệu về quy trình hoà tách Thiosulfate
• 2.1.1. Cơ chế hoà tách
• 2.2. Quá trình hấp phụ vàng lên than hoạt tính
• 2.2.1. Than hoạt tính
• 2.2.2. Sự hấp phụ
• 2.2.3. Bản chất của quá trình hấp phụ lên than hoạt tính
• 2.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ vàng
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU
• 3.1. Nội dung nghiên cứu
• 3.2. Phương pháp xác định thành phần dung dịch
• 3.3. Phương pháp xác định hàm lượng Au và các hợp phần khác trong dung dịch
• 3.4. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ
• 4.1. Các đánh giá ban đầu
• 4.1.1. Kết quả phân tích các nguyên tố thành phần trong dung dịch ban đầu
• 4.1.2. Kết quả phân tích hàm lượng vàng và các phức có trong dung dịch ban đầu
• 4.1.3. Nguyên liệu và thiết bị
• 4.2. Khái niệm và mục đích phương pháp quy hoạch thực nghiệm
• 4.3. Phương pháp nghiên cứu
• 4.3.1. Kế hoạch thực nghiệm
• 4.3.2. Lựa chọn thông số thực nghiệm
• 4.3.2.1. Bảng thí nghiệm
• 4.3.2.2. Nhận xét kết quả thực nghiệm
• 4.3.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
• 4.3.2.4. Một số hình ảnh thực nghiệm
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 5.1. Các kết quả của đề tài
• 5.2. Các kết quả chưa đạt được của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Tổng quan về vàng và các phương pháp tách vàng

Vàng là một trong những kim loại quý giá nhất, có vai trò quan trọng trong nền kinh tế và công nghệ hiện đại. Sự gia tăng nhu cầu tiêu thụ vàng đã thúc đẩy việc phát triển các phương pháp khai thác và tách vàng hiệu quả hơn. Các phương pháp truyền thống như Amangam và Xyanua tuy có hiệu quả nhưng lại gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Do đó, nghiên cứu về tách vàng bằng than hoạt tính từ dung dịch thiosulfate ammoniac đã trở thành một hướng đi mới, thân thiện với môi trường hơn. Phương pháp thiosulfate ra đời nhằm giải quyết những vấn đề này, cho phép thu hồi vàng từ dung dịch một cách hiệu quả mà không gây hại cho môi trường.

1.1. Lịch sử phát triển của vàng

Lịch sử khai thác vàng đã có từ hàng ngàn năm trước, bắt đầu từ các nền văn minh cổ đại như Ai Cập và Babylon. Qua nhiều thế kỷ, công nghệ khai thác và chế biến vàng đã phát triển đáng kể, từ việc sử dụng phương pháp thủ công đến áp dụng công nghệ hiện đại. Tuy nhiên, sự cạn kiệt nguồn vàng tự nhiên đã thúc đẩy nhu cầu tìm kiếm các phương pháp khai thác mới, hiệu quả và an toàn hơn cho môi trường. Việc nghiên cứu tách vàng bằng than hoạt tính từ dung dịch thiosulfate không chỉ đáp ứng nhu cầu sản xuất mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

1.2. Nguyên liệu và phương pháp tách vàng

Nguyên liệu chính để tách vàng bao gồm quặng vàng và các sản phẩm phụ chứa vàng. Các phương pháp tách vàng hiện nay chủ yếu tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình thu hồi vàng từ dung dịch thiosulfate ammoniac. Than hoạt tính được sử dụng như một chất hấp phụ hiệu quả, giúp thu hồi vàng từ dung dịch một cách dễ dàng và tiết kiệm chi phí. Nghiên cứu này sẽ đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ, bao gồm pH, nhiệt độ, thời gian hấp phụ và hàm lượng than hoạt tính. Điều này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất tách vàng mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong ngành công nghiệp khai thác vàng.

II. Cơ sở lý thuyết về quá trình hấp phụ vàng lên than hoạt tính

Quá trình hấp phụ vàng lên than hoạt tính từ dung dịch thiosulfate ammoniac là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong công nghệ vật liệu. Than hoạt tính có khả năng hấp phụ cao nhờ vào diện tích bề mặt lớn và cấu trúc xốp của nó. Cơ chế hấp phụ vàng từ dung dịch thiosulfate phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, pH và thời gian tiếp xúc. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc tối ưu hóa các yếu tố này có thể nâng cao hiệu suất thu hồi vàng. Theo một nghiên cứu, việc điều chỉnh pH trong khoảng từ 8 đến 9,5 có thể tăng cường khả năng hấp phụ vàng lên đến 90%. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu các điều kiện tối ưu để đạt được hiệu quả cao nhất trong quá trình tách vàng.

2.1. Cơ chế hấp phụ vàng

Cơ chế hấp phụ vàng lên than hoạt tính từ dung dịch thiosulfate có thể được giải thích qua các tương tác hóa học và vật lý. Các ion vàng trong dung dịch thiosulfate sẽ bị hấp phụ vào bề mặt của than hoạt tính thông qua các liên kết ion và liên kết hydro. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hiệu suất tách vàng phụ thuộc vào nồng độ của các ion thiosulfate trong dung dịch. Khi nồng độ thiosulfate tăng lên, khả năng hấp phụ vàng cũng tăng theo, cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa nồng độ dung dịch và hiệu suất thu hồi. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc tối ưu hóa quy trình thu hồi vàng từ các nguồn tài nguyên khác nhau.

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ vàng lên than hoạt tính, bao gồm nhiệt độ, pH, thời gian hấp phụ và hàm lượng than hoạt tính. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, tăng nhiệt độ có thể làm tăng tốc độ phản ứng hấp phụ, từ đó nâng cao hiệu suất thu hồi vàng. Bên cạnh đó, pH cũng đóng vai trò quan trọng, với một khoảng pH tối ưu từ 8 đến 9,5 cho thấy hiệu suất hấp phụ cao nhất. Thời gian tiếp xúc giữa dung dịch và than hoạt tính cũng cần được điều chỉnh để đạt được hiệu quả tối ưu. Việc nghiên cứu và điều chỉnh các yếu tố này sẽ giúp cải thiện quy trình tách vàng, đồng thời giảm thiểu chi phí sản xuất.

III. Kết quả thực nghiệm và ứng dụng thực tiễn

Các thí nghiệm thực nghiệm đã được tiến hành để đánh giá hiệu quả của than hoạt tính trong việc thu hồi vàng từ dung dịch thiosulfate ammoniac. Kết quả cho thấy, việc tối ưu hóa các điều kiện như nhiệt độ, pH và thời gian hấp phụ đã góp phần nâng cao đáng kể hiệu suất thu hồi vàng. Thí nghiệm cho thấy rằng, ở nhiệt độ 55°C và pH 9,5, hiệu suất thu hồi vàng có thể đạt đến 95%. Những kết quả này không chỉ khẳng định tính khả thi của phương pháp mà còn mở ra triển vọng ứng dụng trong ngành công nghiệp khai thác vàng. Việc sử dụng than hoạt tính không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về sản xuất vàng bền vững.

3.1. Đánh giá kết quả thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng việc sử dụng than hoạt tính trong quá trình tách vàng từ dung dịch thiosulfate mang lại hiệu quả cao. Các thí nghiệm đã được thực hiện với nhiều điều kiện khác nhau, từ đó xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ vàng. Kết quả cho thấy, ở các điều kiện tối ưu, hiệu suất thu hồi vàng có thể đạt tới 95%. Điều này chứng tỏ rằng phương pháp này không chỉ hiệu quả mà còn có thể áp dụng rộng rãi trong thực tiễn khai thác vàng.

3.2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp

Phương pháp tách vàng bằng than hoạt tính từ dung dịch thiosulfate ammoniac có thể được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp khai thác vàng. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất thu hồi vàng mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Điều này rất quan trọng trong bối cảnh hiện nay, khi mà yêu cầu về bảo vệ môi trường ngày càng trở nên cấp thiết. Các nhà máy khai thác vàng có thể áp dụng phương pháp này để cải thiện quy trình sản xuất, từ đó đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về vàng mà không gây hại cho môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trữ lượng vàng dự báo tại Việt Nam đạt khoảng 297,4 tấn cùng trữ lượng đã phát hiện là 108,85 tấn, giữ vai trò thiết yếu trong việc bảo đảm an ninh tài chính quốc gia và cung ứng nguyên liệu cho công nghiệp kỹ thuật cao. Tuy nhiên, chi phí khai thác và chế biến vàng trên thế giới đã tăng mạnh từ mức dưới 200 USD lên ngưỡng 550 đến 590 USD cho mỗi ounce, đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc cải tiến công nghệ luyện kim. Các phương pháp thủy luyện truyền thống sử dụng xyanua và hỗn hống thủy ngân tuy đạt hiệu suất cao nhưng phát sinh độc tính đặc biệt nguy hiểm đối với sức khỏe con người và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Nhằm giải quyết triệt để các rủi ro sinh thái, nghiên cứu này tập trung vào giải pháp hòa tách phi xyanua bằng hệ dung dịch thiosulfate ammoniac kết hợp kỹ thuật tách vàng bằng than hoạt tính gáo dừa. Mục tiêu cốt lõi của đề tài là làm sáng tỏ cơ chế thu hồi phức chất vàng thiosulfate, đồng thời đánh giá định lượng ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ gồm độ pH, nhiệt độ, thời gian tiếp xúc và hàm lượng than hoạt tính.

Nghiên cứu được triển khai tại Khoa Công nghệ Vật liệu thuộc Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh từ ngày 05 tháng 07 năm 2010 đến ngày 06 tháng 12 năm 2010, với sự đồng hành chuyên môn từ Công ty Cổ phần Khoáng sản SSG. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc hoàn thiện quy trình thu hồi vàng sạch với hiệu suất phân tách đạt trên 90%, đồng thời khai thác hiệu quả nguồn than gáo dừa nội địa trong bối cảnh nhu cầu tiêu thụ than hoạt tính toàn cầu đạt 890.000 tấn mỗi năm với tốc độ tăng trưởng 5,2%.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Cơ sở lý luận của nghiên cứu dựa trên lý thuyết nhiệt động học phức chất kim loại trong môi trường kiềm ammoniac và lý thuyết hấp phụ bề mặt pha rắn. Quá trình hòa tách vàng bằng dung dịch thiosulfate ammoniac có mặt xúc tác đồng diễn ra theo cơ chế tạo phức anion bền vững giữa ion vàng hóa trị một và hai phối tử thiosulfate. Khác với phức vàng xyanua mang điện tích âm đơn, phức vàng thiosulfate mang điện tích âm ba, đòi hỏi cơ chế lưu giữ đặc thù trên bề mặt chất hấp phụ.

Khung mô hình nghiên cứu tích hợp lý thuyết cấu trúc mao quản xốp của than hoạt tính với diện tích bề mặt riêng đạt từ 800 đến 1200 m2/g. Bề mặt carbon mang các nhóm chức oxy hóa cùng hệ vi mao quản đóng vai trò giữ chặt các ion kim loại quý từ pha lỏng. Bốn khái niệm chuyên ngành then chốt gồm: phức chất vàng thiosulfate, than hoạt tính gáo dừa dạng hạt, động học hấp phụ pha lỏng và quy trình giải phụ hoàn nguyên carbon. Cơ chế tương tác tĩnh điện và liên kết phối trí bề mặt được xác lập để giải thích khả năng làm giàu vàng từ dung dịch có nồng độ cực loãng từ 0,2 đến 2,0 mg/L.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quy trình mô phỏng dung dịch hòa tách vàng thiosulfate ammoniac trong phòng thí nghiệm với thể tích làm việc 500 ml mỗi mẻ. Nghiên cứu ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao với 16 thí nghiệm bài bản, sử dụng biến ảo x0 = 1 nhằm thiết lập mô hình toán học hồi quy chuẩn xác. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu ngẫu nhiên phân tầng đối với than hoạt tính gáo dừa có kích thước hạt đồng nhất từ 1 đến 2 mm nhằm loại bỏ sai số do biến thiên diện tích tiếp xúc hình học.

Hệ thống thiết bị phân tích bao gồm máy quang phổ phát xạ plasma cảm ứng ICP xác định nồng độ vàng cực vết dưới 0,01 mg/L, máy huỳnh quang tia X phân tích thành phần nguyên tố, máy khuấy cơ Hanna dải tốc độ 60 đến 2000 vòng/phút, bể điều nhiệt duy trì sai số nhiệt dưới 0,5°C và pH kế Oakton độ chính xác 0,01 đơn vị. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm được lựa chọn vì giúp giảm 60% số mẻ thí nghiệm mà vẫn bảo đảm độ tin cậy thống kê cao và đánh giá toàn diện tương tác chéo giữa các thông số công nghệ trong suốt 5 tháng thực nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã xác định và lượng hóa 4 phát hiện công nghệ nổi bật sau đây:

Thứ nhất, nhiệt độ phản ứng là yếu tố then chốt thúc đẩy động học hấp phụ. Khi nhiệt độ dung dịch tăng từ 45°C lên 65°C, hiệu suất hấp phụ vàng của than hoạt tính tăng mạnh từ 68,5% lên đạt đỉnh 94,2%, tức cải thiện 25,7% nhờ gia tăng tốc độ khuếch tán ion vào sâu trong cấu trúc nội mao quản.

Thứ hai, độ pH môi trường chi phối trực tiếp độ bền vững của phức chất. Trong dải pH khảo sát từ 8,5 đến 9,5, điểm tối ưu ghi nhận tại pH 9,0 với hiệu suất thu hồi đạt 91,8%. Khi pH vượt quá 9,5, hiệu suất giảm 14,3% do sự cạnh tranh gay gắt của các anion hydroxyl và sự phân hủy cục bộ của phức vàng thiosulfate.

Thứ ba, thời gian tiếp xúc xác lập trạng thái cân bằng động học trong khoảng 6 đến 8 giờ. Sau 2 giờ đầu tiên, hiệu suất đạt khoảng 54,6%, tăng nhanh lên 82,1% ở mốc 4 giờ và tiệm cận mức bão hòa 93,5% sau 8 giờ khuấy trộn liên tục.

Thứ tư, hàm lượng than hoạt tính bổ sung đạt mức kinh tế kỹ thuật tối ưu tại tỷ lệ 15 đến 20 g/L dung dịch, giúp hấp phụ triệt để vàng mà không gây lãng phí vật tư, tiết kiệm 45% chi phí chất hấp phụ so với việc sử dụng hạt nhựa trao đổi ion chuyên dụng.

Thảo luận kết quả

Sự gia tăng hiệu suất theo nhiệt độ được lý giải bởi bản chất phản ứng hấp phụ thu nhiệt và sự giảm độ nhớt của dung dịch, tạo điều kiện thuận lợi cho các ion phức kích thước lớn thâm nhập sâu vào các vi mao quản có đường kính dưới 2 nm. Kết quả này vượt trội về tính khả thi nhờ than gáo dừa sở hữu độ cứng cơ học trên 95%, hạn chế tối đa hiện tượng vỡ vụn và mài mòn trong điều kiện khuấy đảo cơ học liên tục nhiều giờ.

So với phương pháp xi măng hóa bằng bột kẽm đòi hỏi lượng kẽm tiêu hao gấp 30 đến 50 lần khối lượng vàng và sinh ra bùn kim loại lẫn nhiều tạp chất, kỹ thuật hấp phụ bằng than hoạt tính cho sản phẩm trung gian có độ sạch cao hơn, giảm 80% công đoạn tinh chế phức tạp phía sau. Để phục vụ việc theo dõi trực quan, dữ liệu thực nghiệm đã được mô hình hóa thành công qua biểu đồ động học tại 4 mốc thời gian (2h, 4h, 6h, 8h) kết hợp đồ thị tương quan nhiệt độ - pH. Bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm mở rộng thể hiện rõ tọa độ thông số tối ưu, giúp các kỹ sư dễ dàng kiểm soát dây chuyền sản xuất thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả thực nghiệm chuẩn xác, đề tài đề xuất 4 nhóm giải pháp mang tính ứng dụng thực tiễn cao:

1. Chuẩn hóa quy trình vận hành quy mô công nghiệp: Đề xuất các doanh nghiệp khai khoáng thiết lập thông số công nghệ cố định tại dải nhiệt độ 55 đến 60°C, pH ổn định 9,0 ± 0,1 và thời gian tiếp xúc 6 đến 7 giờ nhằm duy trì hiệu suất thu hồi vàng tối thiểu 92% trên toàn chu trình, triển khai áp dụng trong vòng 6 đến 12 tháng tới.

2. Phát triển chuỗi cung ứng than gáo dừa luyện kim: Khuyến nghị các nhà máy sản xuất than hoạt tính tại Bến Tre và Trà Vinh nâng cao công nghệ hoạt hóa bằng hơi nước ở nhiệt độ 850 đến 900°C để đạt diện tích bề mặt trên 1000 m2/g, cung ứng 15.000 tấn than chất lượng cao mỗi năm trong giai đoạn 2011 đến 2015.

3. Triển khai công nghệ giải phụ và tái sinh tuần hoàn: Thiết kế hệ thống giải phụ vàng bằng dung dịch kiềm loãng kết hợp tái sinh than bằng lò quay ở 650°C, bảo đảm tỷ lệ phục hồi hoạt tính đạt trên 85% sau 5 chu kỳ sử dụng liên tiếp, giảm 50% chi phí vật liệu tiêu hao trong vòng 12 đến 18 tháng.

4. Hoàn thiện khung chính sách khai khoáng bền vững: Kiến nghị Bộ Tài nguyên và Môi trường cùng Bộ Công Thương ban hành lộ trình bắt buộc thay thế 100% công nghệ hỗn hống thủy ngân và giảm 40% lượng hóa chất xyanua tại các mỏ vàng trên toàn quốc trong thời gian 24 đến 36 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là nguồn tư liệu khoa học giá trị cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

1. Kỹ sư luyện kim và chuyên viên chế biến khoáng sản: Áp dụng trực tiếp dải thông số kỹ thuật tối ưu gồm nhiệt độ 55 đến 65°C và pH 8,5 đến 9,5 vào dây chuyền thử nghiệm pilot, giúp tiết kiệm 25% chi phí năng lượng và hóa chất xử lý.

2. Nhà nghiên cứu và học viên cao học ngành Công nghệ Vật liệu: Tiếp cận phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao 16 điểm cùng kỹ thuật phân tích phổ phát xạ plasma ICP hiện đại để mở rộng nghiên cứu sang các hệ trích ly kim loại quý khác.

3. Doanh nghiệp sản xuất và thương mại than hoạt tính: Nắm bắt các tiêu chuẩn cơ lý của than gáo dừa ứng dụng trong công nghệ luyện kim phi xyanua, khai thác thị phần tiềm năng trong tổng nhu cầu 890.000 tấn than toàn cầu.

4. Cán bộ quản lý môi trường và hoạch định chính sách công nghiệp khai khoáng: Sử dụng các số liệu thực chứng về độc tính và hiệu quả kinh tế kỹ thuật để xây dựng quy chuẩn xả thải và tiêu chí cấp phép cho các dự án khai thác vàng sạch.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao phương pháp hòa tách thiosulfate được xem là giải pháp xanh đột phá? Dung dịch thiosulfate ammoniac hoàn toàn không chứa các hợp chất kịch độc như gốc xyanua hay thủy ngân kim loại, loại trừ nguy cơ gây ô nhiễm nguồn nước ngầm. Quá trình hòa tách diễn ra ở nhiệt độ dưới 100°C, không phát sinh khí độc sulfur dioxide do bỏ qua công đoạn thiêu quặng sunfua, giúp giảm 70% khí thải độc hại.

2. Than hoạt tính gáo dừa có ưu thế gì so với hạt nhựa trao đổi ion? Than hoạt tính gáo dừa có giá thành rẻ hơn từ 3 đến 5 lần so với hạt nhựa polymer tổng hợp, nguồn cung dồi dào tại đồng bằng sông Cửu Long. Ngoài ra, than có độ cứng cơ học cao, chịu mài mòn tốt trong thiết bị khuấy trộn và có thể tái sinh nhiệt dễ dàng qua nhiều chu kỳ.

3. Yếu tố công nghệ nào ảnh hưởng mạnh nhất đến hiệu suất hấp phụ vàng? Nhiệt độ dung dịch và độ pH giữ vai trò quyết định nhất. Tăng nhiệt độ từ 45°C lên 65°C giúp tăng hiệu suất hấp phụ thêm 25,7% nhờ đẩy nhanh tốc độ khuếch tán ion. Đồng thời, duy trì pH ở mức 9,0 bảo đảm phức chất vàng thiosulfate luôn bền vững, tránh hiện tượng phân hủy sớm.

4. Nồng độ vàng tối thiểu mà than hoạt tính có thể hấp phụ hiệu quả là bao nhiêu? Hệ thống than hoạt tính có khả năng làm giàu vàng hiệu quả ngay cả khi nồng độ kim loại trong dung dịch cực loãng, dao động từ 0,2 mg/L đến 2,0 mg/L, đạt hiệu suất làm sạch dung dịch thải trên 90% sau 8 giờ tiếp xúc liên tục.

5. Than sau khi hấp phụ vàng được giải phóng kim loại và tái sinh như thế nào? Than bão hòa vàng được đưa qua công đoạn giải phụ bằng dung dịch kiềm chuyên dụng để thu hồi dung dịch vàng đậm đặc phục vụ điện phân tạo vàng 99,9%. Than sau giải phụ được tái hoạt hóa trong môi trường yếm khí ở 650°C để khôi phục cấu trúc vi mao quản ban đầu.

Kết luận

• Luận văn đã chứng minh tính khả thi vượt trội của quy trình tách vàng từ dung dịch thiosulfate ammoniac bằng than hoạt tính gáo dừa với hiệu suất đạt đỉnh 94,2%.
• Xác lập thành công bộ thông số công nghệ tối ưu: nhiệt độ 55 đến 65°C, độ pH từ 8,5 đến 9,5 và thời gian hấp phụ cân bằng từ 6 đến 8 giờ.
• Đóng góp giải pháp luyện kim phi xyanua thân thiện môi trường, tận dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp nội địa với giá trị gia tăng cao.
• Đề xuất lộ trình mở rộng quy mô sản xuất thử nghiệm pilot từ 500 lít lên 5.000 lít trong khung thời gian 12 đến 24 tháng tới.
• Các doanh nghiệp và đơn vị sản xuất quan tâm vui lòng kết nối trực tiếp với nhóm tác giả tại Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh để nhận chuyển giao quy trình công nghệ toàn diện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ---------------------------- PHẠM TRỌNG AN NGHIÊN CỨU TÁCH VÀNG KHỎI DUNG DỊCH THIOSULFATE AMONIAC BẰNG THAN HOẠT TÍNH Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU Mã số ngành : 605299 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH – 2011 CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH Cán bộ hƣớng dẫn khoa học 1:. Cán bộ chấm nhận xét 1:.

Cán bộ chấm nhận xét 2:. Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ, TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA. Ngày… tháng … năm 2011 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp. năm NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM TRỌNG AN Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 22 tháng 12 năm 1985 Nơi sinh: TPHCM Chuyên ngành: Công nghệ Vật liệu Kim loại và Hợp kim MSHV: 00308425 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TÁCH VÀNG KHỎI DUNG DỊCH THIOSULFATE AMMONIAC BẰNG THAN HOẠT TÍNH II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu cơ chế thu hồi vàng trong dung dịch Thiosulfate ammoniac bằng than hoạt tính.

- Thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau như: pH, nhiệt độ, thời gian hấp phụ, hàm lượng than hoạt tính đến quá trình thu hồi vàng từ dung dịch thi- osulfate ammoniac bằng than hoạt tính. III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/07/2010 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/12/2010 V- CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: Phó Giáo sƣ Tiến sĩ NGUYỄN NGỌC HÀ CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CN BỘ MÔN (Học hàm, học vị, họ tên và chữ ký) QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua. Ngày tháng năm TRƢỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƢỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy, cô giáo Khoa Công Nghệ Vật Liệu trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Trước hết, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc nhất đến Phó Giáo sư – Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Hà đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn đến quí thầy cô Khoa Công Nghệ Vật Liệu trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là những thầy cô đã tận tình dạy bảo cho em suốt thời gian học tập tại trường.

Nhân đây, em cũng xin cảm ơn Công Ty Cổ Phần Khoáng Sản SSG đã giúp đỡ, hỗ trợ kinh phí cho em trong quá trình làm luận văn. Đồng thời, em xin cảm ơn ba mẹ, anh chị em, bạn bè và những người đã ở bên cạnh giúp đỡ và là chỗ dựa tinh thần vững chắc cho em trên con đường học vấn. Mặc dù em đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn. Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2011 Học viên Phạm Trọng An TÓM TẮT LUẬN VĂN Vàng là kim loại đặc biệt quý giá, có tác dụng và vai trò to lớn với nền văn minh nhân loại.

Hàng ngàn năm qua vàng được xem là nền tảng cho sự ổn định kinh tế và sự phồn vinh của một quốc gia. Ngày nay, vàng còn có vai trò cực kỳ quan trọng đối với sự phát triển của khoa học và công nghệ hiện đại. Tiêu thụ vàng trên thế giới ngày càng tăng, đòi hỏi sản xuất ngày càng nhiều kéo theo sự thay đổi về công nghệ sản xuất vàng để đáp ứng nhu cầu thiết yếu ấy. Hiện nay, phương pháp sản xuất vàng chủ yếu trên thế giới chính là phương pháp Amangam và phương pháp Xyanua.

Hai phương pháp này có lợi ích về kỹ thuật và kinh tế nhưng chúng vẫn tồn tại một nhược điểm rất lớn là vô cùng độc hại cho sức khoẻ con người và ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Do đó, các nhà khoa học đã không ngừng tìm hiểu và phát triển các phương pháp sản xuất vàng thân thiện với môi trường mà vẫn đảm bảo lợi ích kinh tế. Phương pháp Thiosulfate ra đời như một điều tất yếu giải quyết các khó khăn trên. Gắn liền với quá trình hoà tách là quá trình thu hồi vàng từ dung dịch hoà tách đó.

Và phương pháp Thiosulfate cũng có những quy trình thu hồi vàng phù hợp: xi măng hoá, điện phân, chiết xuất dung môi, hấp phụ nhựa trao đổi ion, hấp phụ lên than hoạt tính. Mỗi công nghệ đều có những ưu nhược điểm nhất định và than hoạt tính nổi bật hơn tất cả nhờ ưu điểm rẻ tiền, không độc hại và nhất là có thể tái sinh than để tiếp tục sử dụng. Các nhà khoa học vẫn chưa xác định được chắc chắn cơ chế hấp phụ nào của than hoạt tính phù hợp với phức vàng thiosulfate, và vẫn chưa có nhiều báo cáo về vấn đề này để hiểu được các yếu tố nào ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ phức [Au(S2O3)2]3- và nếu có thì ảnh hưởng như thế nào. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ vàng của than hoạt tính từ dung dịch Thiosulfate ammoniac như: nhiệt độ, độ pH, thời gian hấp phụ, hàm lượng than hoạt tính, nồng độ các anion trong dung dịch… Vì vậy, em xin thực hiện luận văn với tựa đề: “Nghiên cứu tách vàng khỏi dung dịch Thiosulfate ammoniac bằng than i hoạt tính” để xác định và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của than hoạt tính trong dung dịch Thiosulfate như: nhiệt độ, độ pH, thời gian hấp phụ, hàm lượng than hoạt tính.

ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN. iii DANH MỤC HÌNH ẢNH. vi DANH MỤC BẢNG BIỂU. ix CHƢƠNG I: TỔNG QUAN .1 Lịch sử phát triển của vàng.2 Nguyên liệu luyện vàng .2 Khoáng vật vàng .3 Các loại quặng vàng .4 Nguyên liệu chứa vàng khác .3 Tình hình khai thác và sản xuất vàng trên thế giới và Việt Nam .4 Công dụng của vàng .5 Các phƣơng pháp sản xuất vàng .1 Luyện vàng bằng phương pháp amangam (hỗn hống thuỷ ngân).2 Luyện vàng bằng phương pháp xyanua .3 Luyện vàng bằng phương pháp Thiosulfate .6 Giới thiệu về quy trình thu hồi vàng.1 Xi măng hoá (kết tủa).3 Chiết xuất dung môi .4 Hấp phụ vàng lên nhựa .5 Hấp phụ vàng lên than hoạt tính .7 Lựa chọn phƣơng pháp .8 Mục tiêu luận văn.

35 iii CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ VÀNG LÊN THAN HOẠT TÍNH TỪ DUNG DỊCH THIOSULFATE AMMONIAC .1 Giới thiệu về quy trình hoà tách Thiosulfate .2 Cơ chế hoà tách .2 Quá trình hấp phụ vàng lên than hoạt tính .1 Than hoạt tính.2 Sự hấp phụ .3 Bản chất của quá trình hấp phụ lên than hoạt tính .4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ vàng. 54 CHƢƠNG III: PHƢƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU .1 Nội dung nghiên cứu.2 Phƣơng pháp xác định thành phần dung dịch .3 Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng Au và các hợp phần khác trong dung dịch .4 Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm. 64 CHƢƠNG IV: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ .1 Các đánh giá ban đầu .1 Kết quả phân tích các nguyên tố thành phần trong dung dịch ban đầu.2 Kết quả phân tích hàm lượng vàng và các phức có trong dung dịch ban đầu .3 Nguyên liệu và thiết bị .2 Khái niệm và mục đích phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm .3 Phƣơng pháp nghiên cứu .1 Kế hoạch thực nghiệm .2 Lựa chọn thông số thực nghiệm .1 Bảng thí nghiệm .2 Nhận xét kết quả thực nghiệm .3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ .4 Một số hình ảnh thực nghiệm. 97 CHƢƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .1 Các kết quả của đề tài .2 Các kết quả chƣa đạt đƣợc của đề tài.

100 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 105 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG. 124 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Vòng cổ vàng Moche với các hình đầu mèo (Peru) .2: Giản đồ trạng thái hệ Au-Hg .3: Lò ống chưng .4: Sơ đồ công nghệ sản xuất Au từ quặng vàng đa kim của xí nghiệp Lafornua (Canada) .5: Sơ đồ công nghệ hoà tách vàng bằng Xyanua.6: Quy trình hoà tách vàng bằng phương pháp Thiosulfate .7: Cơ chế xi măng hóa vàng với kẽm .8: Sơ đồ quá trình sản xuất Merrill-Crowe .9: Sơ đồ quy trình hấp phụ và giải phụ vàng từ nhựa trao đổi ion .10: Tách vàng từ than hoạt tính .11: Phân bố tiêu thụ than hoạt tính tại các khu vực trên thế giới .2: Cơ chế hòa tách vàng với dung dịch thiosunfate ammoniac.3: Than hoạt tính dạng hạt .4: Nguồn gốc than hoạt tính .5: Hình ảnh bề mặt than hoạt tính.6: Mô phỏng cấu trúc than hoạt tính .7: Cấu trúc của than hoạt tính .8: Cấu trúc của than hoạt tính được đề xuất .9: Than hoạt tính hấp phụ các chất hoá học và khí .10: Quá trình hoà tan hấp phụ và giải phụ trong quy trình CIP .11: Sơ đồ công nghệ hấp phụ vàng lên than hoạt tính .12: Mô hình hấp phụ vàng thiosulfate lên than hoạt tính .13: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp phụ vàng.14: Ảnh hưởng của S2O32- lên khả năng hấp phụ vàng.15: Ảnh hưởng của đồng lên khả năng hấp phụ vàng .1: Máy phát xạ huỳnh quang tia X.2: Máy quang phổ phát xạ Plasma (ICP) .3: Becher thể tích 500 ml chứa dung dịch và than hoạt tính .4: Máy khuấy cơ Hanna, Ý với tốc độ 60–2000 vòng/phút .5: Đồng hồ đo và khống chế nhiệt độ .6: Điện trở ướt .7: Bể điều nhiệt .8: Bình lọc với phễu lọc .9: pH kế Oakton .10: Cân điện tử Sartorius .12: Lò sấy Ketong, Trung Quốc .13: Máy chưng nước cất .1: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ vàng ở T=450C .2: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ vàng ở T=550C .3: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ vàng ở T=650C .4: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ vàng ở pH=8,5 .5: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ vàng ở pH=9 .6: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ vàng ở pH=9,5 .7: Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH đến hiệu suất hấp phụ vàng ở τ = 2h .8: Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH đến hiệu suất hấp phụ vàng ở τ = 4h .9: Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH đến hiệu suất hấp phụ vàng ở τ = 6h .10: Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH đến hiệu suất hấp phụ vàng ở τ = 8h .