Công nghệ tách vàng từ quặng

1. Đặt vấn đề

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.