Trong tự nhiên vàng chủ yếu gặp ở dạng tự sinh. Vàng có
mặt ở dạng bao thể, xâm nhiễm mịn trong các quặng sunfua Fe, Cu, As, Ag, Sb và
hiếm khi có trong galenit và sphalerit. Những khoáng vật chủ yếu chứa vàng là
vàng tự sinh, electrum, calaverit, endonit, krennerit, silvanit, petzit,
hagyagit và picataerit. Cho đến nay công nghệ hòa tách xianua là công nghệ chủ
đạo, nếu như không muốn nói rằng là công nghệ duy nhất để thu hồi vàng từ các
loại quặng và quặng tinh vàng gốc. Cách đây hơn nửa thế kỷ khi nói đến công nghệ
thu hồi vàng bằng hòa tách xianua (xianua hóa quặng vàng) chúng ta có thể hiểu
ngay đó là quá trình chuyển vàng trong quặng sang dạng phức chất xianua và sau
đó thu hồi vàng từ dung dịch bằng quá trình kết tủa (xi măng hóa) bằng
kẽm kim
loại (quá trình Merrill - Crowe).
Tuy nhiên hiện nay thì câu trả lời không dễ dàng như
trước vì có quá nhiều phương án công nghệ liên quan đến quá trình xianua hóa
quặng vàng cùng với nhiều thuật ngữ có thể gây bối rối đối với những người chưa
được làm quen với công nghệ xử lý quặng vàng. Trong khuôn khổ Báo cáo này xin
giới thiệu ngắn gọn những phương án công nghệ của quá trình xianua hóa quặng
vàng được áp dụng rộng rãi trên thế giới hiện nay. Đồng thời cũng giới thiệu sơ
bộ tình hình khai thác và chế biến quặng vàng của Việt Nam.
2.
Các giai đoạn của công nghệ xianua hóa quặng vàng
Quá trình hòa tách xianua thu hồi vàng từ quặng bao gồm
nhiều giai đoạn kế tiếp nhau và mỗi giai đoạn lại có thể được thực hiện theo
nhiều phương án khác nhau và chính điều này giải thích sự đa dạng của các sơ đồ
công nghệ thu hồi vàng từ quặng và quặng tinh. Trước hết chúng ta hãy điểm qua
các bước công nghệ này (Hình 1).
- Giai
đoạn tiền xử lý: Giai đoạn này tiến hành loại bỏ sơ bộ các tạp chất có ảnh
hưởng đến quá trình hòa tách thu hồi vàng như các thành phần tiêu tốn xianua
(kim loại nặng), tiêu tốn ôxy, hấp phụ vàng hòa tan (than) hoặc kết tủa vàng hòa
tan dưới dạng siêu mịn. Mục đích thứ hai của quá trình này là giải phóng các hạt
vàng xâm nhiễm bao thể trong các khoáng vật sunfua để tạo điều kiện để dung dịch
hòa tách tiếp xúc với bề mặt hạt vàng.
- Giai
đoạn hòa tách: Chuyển vàng dưới dạng kim loại trong quặng vào dung dịch dưới
dạng phức chất với xianua. Vàng hòa tan trong dung dịch dưới tác dụng của NaCN
và khí ôxy được sục vào.
- Giai
đoạn làm sạch và tăng nồng độ Au trong dung dịch: Loại bỏ các tạp chất ảnh
hưởng cũng như tăng nồng độ Au trong dung dịch hòa tách đến nồng độ thích hợp để
nâng cao hiệu suất thu hồi vàng.
- Giai
đoạn thu hồi vàng: Vàng được chuyển ngược lại từ dạng hòa tan trong dung
dịch sang dạng vàng kim loại.
- Giai
đoạn tinh chế vàng: Vàng trong các sản phẩm quá trình thu hồi vàng trên đây
được tách khỏi bạc và các tạp chất khác để thu được vàng kim loại tinh
khiết.
2.1.
Các phương án tiền xử lý
Tùy theo loại hình thành phần vật chất quặng mà có thể có
phương án tiền xử lý cụ thể hoặc bỏ qua giai đoạn này. Các loại hình quặng cần
tiền xử lý thường được gọi là loại hình quặng khó xử lý (refractory ores). Các
phương án tiền xử lý có thể kể ra:
-
Xử lý nhiệt: Nung thiêu ôxy hóa, nung thiêu phân hủy nhiệt (pyrolysis).
Phương án này thường được thực hiện đối với quặng, quặng tinh sunfua có chứa
nhiều asen hoặc chứa vật chất than.
-
Hòa tách ôxy hóa: Khuấy sục khí sơ bộ, trong otocla môi trường axit,
hoặc môi trường kiềm, xử lý axit nitric. Quá trình tiền xử lý kiểu này cũng
nhằm phân hủy các khoáng vật sunfua chứa vàng.
-
Xử lý vi sinh: Các vi sinh vật được sử dụng để phân hủy các khoáng vật
sunfua.
-
Xử lý cơ học: Nghiền siêu mịn.
2.2.
Các phương án hòa tách
Quá trình hòa tách xianua có thể được thực hiện theo các
phương án sau:
-
Hòa tách khuấy trộn còn gọi là hòa tách động: Được áp dụng đối với quặng đã
được nghiền mịn tới độ hạt 0,1-0,2 mm. Đây là phương án hòa tách hiệu quả nhất.
Thời gian hòa tách thường khoảng 24-48h.
- Hòa
tách đống được áp dụng đối với quặng vàng được giải phóng một phần mà không
phải nghiền. Phương án này thường thực hiện đối với quặng nguyên khai hoặc quặng
sau đập đối với các loại hình quặng có khả năng thấm nhanh, còn đối với quặng ít
thấm thì cần vê viên tạo hạt trước khi hòa tách. Quặng vàng được đổ thành đống,
dưới có lót vải địa kỹ thuật chống thấm. Dung dịch xianua được bơm tuần hoàn
liên tục nhiều ngày qua lớp vật liệu. Phương án này có hiệu suất hòa tách thấp
nhưng phù hợp với quặng vàng nghèo.
- Hòa
tách thùng là quá trình hòa tách trong thùng hoặc trong một dung tích ngập
dung dịch. Bùn quặng được ngấm qua lớp vật liệu và thu hồi dưới đáy thùng.
Phương án này được thực hiện đối với quặng nghèo ở quy mô năng suất
thấp.
- Hòa
tách xianua tăng
cường được áp dụng đối với các đối tượng vàng hạt thô, như quặng tinh tuyển
trọng lực chẳng hạn. Quá trình hòa tách được tiến hành với nồng độ xianua và ôxy
cao hơn cũng như trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tăng cao.
2.3.
Các phương án làm sạch và tăng nồng độ vàng trong dung dịch
Trong trường hợp hòa tách quặng vàng nghèo thì dung dịch
hòa tách thường có nồng độ thấp nên quá trình thu hồi vàng từ dung dịch có hiệu
suất thấp và chi phí cao. Khi đó người ta thường áp dụng thêm giai đoạn tăng
nồng độ vàng trong dung dịch thông qua quá trình hấp thụ vàng lên một vật mang
như than hoạt tính hoặc nhựa trao đổi ion. Sau đó vàng được tách ra vào một thể
tích dung dịch nhỏ hơn và sạch hơn. Khi áp dụng than hoạt tính hoặc nhựa trao
đổi ion thì có thể bỏ qua khâu tách pha rắn lỏng như rửa ngược dòng hoặc lọc ép.
Giai đoạn này được thực hiện theo rất nhiều phương án.
Theo chủng loại vật liệu hấp thụ vàng có các phương án
dùng than hoạt tính và dùng nhựa hấp thụ.
Cả than và nhựa được sử dụng có độ hạt thô (vài mm) để có
thể dễ dàng tách ra khỏi bùn quặng nghiền mịn.
Theo cách thức tổ chức quá trình hấp thụ có các phương
án:
- Than
trong bùn (CIP) hoặc Nhựa trong bùn (RIP). Bùn quặng sau khi hòa tách được
khuấy tiếp xúc với than hoặcnhựa để thu hồi vàng hòa tan trong bùn hòa tách.
Than được tổ chức chuyển động ngược dòng với dòng bùn để quá trình hấp phụ tốt
nhất. Phương án này được thực hiện khi quá trình hòa tách là quá trình khuấy
trong các thùng hòa tách.
- Than
trong hòa tách (CIL) hoặc Nhựa trong hòa tách (RIL). Theo phương án này quá
trình hòa tách tiến hành đồng thời với quá trình hấp phụ vàng lên than hoặc
nhựa.
- Than
trong cột (CIC) hoặc Nhựa trong cột (RIC). Bùn quặng hoặc dung dịch chứa
vàng được bơm qua hệ thống các cột chứa than hoạt tính. Phương án này áp dụng
khi nồng độ vàng trong dung dịch thấp (khi hòa tách đống chẳng hạn).
Theo cách thức tách vàng từ chất hấp phụ có hai phương
pháp:
- Phương
pháp Zadra: là phương pháp cổ điển để giải hấp vàng ra khỏi than hoạt tính.
Dung dịch chứa NaOH và NaCN được bơm tuần hoàn qua tháp giải hấp chứa than hoạt
tính và ngăn điện phân mắc nối tiếp nhiều lần.
- Phương
pháp AARL: quá trình giải hấp được tiến hành gián đoạn. Than hoạt tính được
ngâm trong dung dịch NaOH và NaCN trong khoảng 1h và sau đó than được giải hấp
bằng nước sạch đã khử ion.
Quá trình giải hấp phụ có thể tiến hành:
* Ở
nhiệt độ thấp và áp suất khí quyển: thông thường quá trình giải hấp được
tiến hành ở nhiệt độ 90-1000C
và áp suất khí quyển, tuy nhiên thời gian giải hấp lâu hơn.
* Ở
nhiệt độ cao và áp suất cao. Nhiệt độ giải hấp có thể tăng đến 120-1500 C
để rút ngắn thời gian giải hấp. Tuy nhiên áp suất trong hệ thống phải tăng đến
2-5 at.
2.4.
Các phương án thu hồi vàng từ dung dịch
Hai phương án được áp dụng phổ biến là:
-
Xi
măng hóa bằng bột kẽm. Đây là quá trình truyền thống để thu hồi vàng từ dung
dịch được biết đến như là quá trình Merrill-Crowe. Dung dịch chứa vàng sau hòa
tách được tách khỏi pha rắn bằng quá trình rửa ngược dòng (counter-current
decantation CCD) hoặc lọc ép và sau đó đi qua quá trình khử ô xy hòa tan trước
khi được xi măng hóa bằng phoi hoặc bột kẽm. Vàng được kết tủa lên kẽm và tách
ra khỏi dung dịch.
- Điện
phân: dung dịch xianua chứa vàng được bơm tuần hoàn qua ngăn điện phân. Vàng
được kết tủa lên catot hoặc dưới dạng bùn anot.
2.5.
Công tác bảo vệ môi trường
Công nghệ hòa tách xianua để thu hồi vàng là công nghệ có
tác động môi trường rất lớn. Các nguồn thải độc hại gồm có:
- Khí thải khi nung thiêu tiền xử lý, các loại hóa
chất và dung dịch bốc hơi.
- Nước thải khi rửa các sản phẩm, dung dịch sau khi hòa
tách.
- Thải rắn là bã hòa tách, các chất hấp phụ…
Trong các nguồn thải này đều chứa các chất độc hại (khí
SO2,
CO2,
NO2,
các ion kim loại nặng) gây tác động nghiêm trọng đến tất cả các thành phần môi
trường tự nhiên (đất, nước, không khí và sinh vật). Đặc biệt xianua là chất kịch
độc đối với con người và động vật.
Để giảm thiểu tác động môi trường cần lưu ý:
- Cần lựa chọn công nghệ và thiết bị để xử lý các nguồn
thải phù hợp cho từng phương án và từng giai đoạn công nghệ sản xuất cụ
thể.
- Chế biến quặng tinh sau khi chế biến thô để giảm khối
lượng bã hòa tách.
- Tái sử dụng các dung dịch và chất hấp phụ.
- Chôn lấp, lưu giữ các chất độc hại theo các quy định an
toàn về môi trường
3.
Toàn cảnh phân bổ công nghệ sản xuất vàng trên thế giới
Để thấy được mức độ phổ biến của từng phương án công
nghệ, tại Bảng 1,2,3 và Hình 2,3 trình bày sản lượng vàng trên thế giới năm 2004
theo các phương án công nghệ tuyển luyện vàng, thu hồi vàng và tiền xử lý và
được phân bố theo các quốc gia trên thế giới.
4.
Tiềm năng và tình hình khai thác vàng ở Việt Nam
4.1.
Tiềm năng vàng
Ở Việt Nam có cảt hai loại hình quặng hóa vàng sa khoáng
và vàng gốc.
1.
Vàng sa khoáng. Vàng sa khoáng phân bố ở nhiều nơi. Cho đến nay đã thống kê
được 150 tụ khoáng và điểm quặng sa khoáng, nhưng chỉ có 27 sa khoáng vàng được
đánh giá và thăm dò.
Nhìn chung sa khoáng vàng Việt Nam có trữ lượng nhỏ. Tổng
trữ lượng dự báo chỉ khoảng vài chục tấn vàng. Hàm lượng vàng trong sa khoáng
thay đổi từ 0,1–1 g/m3,
trong một vài sa khoáng có thể lên tới 0,8–1,5 g/m3.
Chiều dày tầng sản phẩm 0,3–5 m. Lớp phủ từ 1–5 m, có sa khoáng tới 15
m.
Các kiểu nguồn gốc sa khoáng gồm có eluvi, deluvi,
proluvi, hỗn hợp (proluvi–aluvi, eluvi–deluvi), karst và aluvi.
2.Vàng
gốc. Khoáng hóa vàng gốc phát hiện ở nhiều nơi và có nhiều kiểu quặng hóa
khác nhau. Các kiểu quặng hoá vàng chủ yếu gồm:
-
Kiểu quặng hóa vàng – thạch anh. Phụ kiểu: Vàng thạch anh – ít sunfua; vàng
- thạch anh - tuamalin.
-
Kiểu quặng hóa vàng – thạch anh – sunfua. Phụ kiểu: Trong trầm tích phun
trào axit; trong trầm tích phun trào bazan- trachyt; trong các đá biến chất;
trong các đá xâm nhập.
-
Kiểu quặng hóa vàng – bạc.
-
Kiểu quặng hóa vàng – antimon.
-
Kiểu quặng hóa vàng cộng sinh trong các loại quặng khác.
Trong đó kiểu vàng – thạch anh – sunfua là phổ biến nhất,
với nhiều tụ khoáng đã được thăm dò và có khả năng trở thành các mỏ vàng có giá
trị kinh tế.
4.2.
Tình hình khai thác vàng ở Việt Nam
1. Khai
thác vàng sa khoáng. Việc khai thác vàng sa khoáng bằng phương pháp thủ công
đã tồn tại từ lâu đời. Năm 1984 bắt đầu áp dụng sơ đồ khai thác và tuyển bán cơ
khí vàng sa khoáng dạng bãi bồi lòng sông với máy xúc, máy gạt và máng đãi dài.
Sau đó sơ đồ công nghệ và thiết bị này được áp dụng cho cả các loại sa khoáng
deluvi, proluvi và aluvi.
Gần đây, rất nhiều tàu cuốc khai thác ở hầu hết các dòng
sông có vàng suốt từ Bắc chí Nam.
2.
Khai thác vàng gốc
Song song với việc khai thác vàng sa khoáng, việc khai
thác vàng gốc cũng diễn ra ở khắp các tụ khoáng vàng trong cả nước.
Quặng được khai thác chọn lọc từ các hầm lò thủ công và
được chuyển ra ngoài để đập, nghiền nhỏ trong các máy đập búa nước. Sau đó được
tuyển trên các máng ngắn hỗn hống thủy ngân và máng đãi dài để tận thu các hạt
vàng tự sinh lớn và các khoáng vật sunfua chứa vàng. Sản phẩm chứa vàng được đưa
đi phân kim.
Sau năm 1990, để tận thu vàng trong quặng đuôi tuyển máng
đãi và trong quặng nghèo, bắt đầu phổ biến phương pháp hòa tách đống, hòa tách
thùng bằng dung dịch xianua. Sau đó dùng phương pháp xi măng hóa bằng bột kẽm để
thu hồi vàng từ dung dịch và đưa đi tinh chế.
