tìm hiểu về vàng và ứng dụng của vàng

tìm hiểu về vàng và ứng dụng của vàng

1 Một số tính chất cơ bản của vàng và lĩnh vực sử dụng.

Tính chất cơ bản:

Vàng là một kim loại có những tính chất đặc biệt.Vàng có khối lượng riêng(tỷ trọng) cao, 19,3 Chỉ có rất ít kim loại có khối lượng riêng cao hơn Au(chẳng hạn như volphram, osmi, palladi, platin ) Người ta sử dụng tính chấtnày của Au để nhận biết và kiểm tra vàng kim loại Tuy nhiên nếu pha trộnvào vàng các bột kim loại có tỷ trọng cao hơn (volphram, osmi) thì có thể tạo

ra vàng giả hoặc vàng bẩn Vàng có độ mềm dẻo chịu sự cán kéo cao Tínhchất này làm cho vàng dễ gia công làm các đồ trang sức Vàng dát mỏng được

sử dụng để phủ trang trí cũng như cao nhu cầu cao cấp khác (cho vào rượuchẳng hạn) Tính chất này cũng giải thích các hạt vàng kích thước nhỏ khichịu tác động cơ học (đập , nghiền) thường có dạng tấm dễ bị rửa trôi theodòng nước trong quá trình tuyển trọng lực

Vàng có độ nóng chảy khá cao (11970C), cao hơn các kim loại thông thường.Tính chất này cùng với khả năng trơ về mặt hóa học là cơ sở phương phápnung luyện (thử lửa-fire assays) để tinh luyện và nhận biết độ tinh khiết củavàng Ở nhiệt độ nóng chảy của vàng, các nguyên tố tạp chất khác (ngoại trừbạc, platin) đều bị ô xy hóa tạo xỉ và tách ra khỏi vàng

Vàng có tính trơ về mặt hóa học, nghĩa là ít có khả năng tác dụng với cácnguyên tố khác để tạo thành các hợp chất.Trong một ít trường hợp, vàng cóthể tương tác với các hóa chất và chuyển khỏi trạng thái kim loại và đây lànhững cơ sở cơ bản của các công nghệ thu hồi tách vàng từ quặng Ta xem xétmột vài trường hợp phổ biến:

- Vàng có thể bị hòa tan trong nước cường thủy, là hỗn hợp axit H3NO3

và axit HCl theo tỷ lệ khối lượng 3:1 Đây là cơ sở của phương phápphân kim

- Vàng có thể hòa tan trong thủy ngân kim loại Đây là cơ sở của phươngpháp hỗn hống thủy ngân

- Vàng có thể hòa tan trong chì nóng chảy Đây là cơ sở của phươngpháp luyện cupen

- Vàng có thể hòa tan trong dung dịch xianua kim loại kiềm Đây là cơ sởcủa phương pháp hòa tách xianua

Một tính chất quan trọng của vàng kim loại là mầu sắc đặc thù Vàng có màuvàng ánh kim sang trọng quý phái Có thể nhận biết vàng kim loại bằng màusắc, tuy nhiên bột vàng trong quá trình kết tủa vàng lại có màu vàng nâu đen.Một số hạt vàng trong quặng kích thước quá nhỏ (vài µm) lại không thể nhậnbiết được bằng mắt

Lĩnh vực sử dụng :

Vàng nguyên chất quá mềm không thể dùng cho việc thông thường nên

chúng thường được làm cứng bằng cách tạo hợp kim với bạc, đồng và các kimloại khác Vàng và hợp kim của nó thường được dùng nhiều nhất trong ngànhtrang sức, tiền kim loại và là một chuẩn cho trao đổi tiền tệ ở nhiều nước Vìtính dẫn điện tuyệt vời, tính kháng ăn mòn và các kết hợp lí tính và hóa tínhmong muốn khác, vàng nổi bật vào cuối thế kỉ 20 như là một kim loại côngnghiệp thiết yếu

a)Trao đổi tiền tệ:

Vàng đã được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới như một phương tiện

chuyển đổi tiền tệ, hoặc bằng cách phát hành và công nhận cácđồng xuvàng hay các số lượng kim loại khác, hay thông qua các công cụ tiền giấy cóthể quy đổi thành vàng bằng cách lập ra bản vị vàngtheo đó tổng giá trị tiềnđược phát hành được đại diện bởi một lượng vàng dự trữ

Tuy nhiên, số lượng vàng trên thế giới là hữu hạn và việc sản xuất không giatăng so với nền kinh tế thế giới Ngày nay, sản lượng khai thác vàng đang sụtgiảm Với sự tăng trưởng mạnh của các nền kinh tế trong thế kỷ 20, và sự giatăng trao đổi quốc tế, dự trữ vàng thế giới và thị trường của nó đã trở thànhmột nhánh nhỏ của toàn bộ các thị trường và các tỷ lệ trao đổi tiền tệ cố địnhvới vàng đã trở nên không thể duy trì Ở đầu Thế chiến I các quốc gia thamgia chiến tranh đã chuyển sang một bản vị vàng nhỏ, gây lạm phát cho đồngtiền tệ của mình để có tiền phục vụ chiến tranh Sau Thế chiến II vàng bị thaythế bởi một hệ thống tiền tệ có thể chuyển đổi theo hệ thống Bretton Woods.Bản vị vàng và tính chuyển đổi trực tiếp của các đồng tiền sang vàng đã bị cácchính phủ trên thế giới huỷ bỏ, bị thay thế bằng tiền giấy Thuỵ Sĩlà quốc giacuối cùng gắn đồng tiền của mình với vàng; vàng hỗ trợ 40% giá trị của tiềncho tới khi Thuỵ Sĩ gia nhập Quỹ Tiền tệ Quốc tếnăm 1999

Vàng nguyên chất quá mềm để có thể được sử dụng như tiền tệ hàng ngày và

nó thường được làm cứng thêm bằng cách thêm đồng, bạc hay các loại kimloại cơ sở khác Hàm lượng vàng trong hợp kim được xác định bằng cara (k).Vàng nguyên chất được định danh là 24k Các đồng xu vàng được đưa vàolưu thông từ năm 1526 tới thập niên 1930 đều là hợp chất vàng tiêu chuẩn 22kđược gọi là vàng hoàng gia, vì độ cứng

b)Đầu tư:

Nhiều người sở hữu vàng và giữ chúng dưới hình thức các thỏi nén

kinh tế Tuy nhiên, một số nhà kinh tế không tin việc giữ vàng là một công cụchống lạm phát hay mất giá tiền tệ

Mã tiền tệ ISO 4217 của vàng là XAU

Các thỏi vàng hiện đại cho mục đích đầu tư hay cất trữ không yêu cầu các tínhchất cơ khí tốt; chúng thường là vàng nguyên chất 24k, dùAmerican GoldEagle, gold sovereign của Anh, và Krugerrand của Nam Phi tiếp tục được đúctheo chất lượng 22k theo truyền thống Đồng xu Canadian Gold MapleLeaf phát hành đặc biệt có chứa lượng vàng nguyên chất cao nhất so với bất

Gold Maple Leaf phát hành phổ thông có độ nguyên chất 99.99% Nhiều đồng

xu vàng nguyên chất 99.99% khác cũng có trên thị trường Australian GoldKangaroos lần đầu tiên được đúc năm 1986 như Australian Gold Nugget Chủ

đề kangaroo của nó xuất hiện năm 1989 Ngoài ra, có nhiều đồng xu thuộcserie Australian Lunar Calendar, và Austrian Philharmonic Năm

2006, United States Mint bắt đầu sản xuất đồng xu vàng American

c)Nữ trang

Vòng cổ vàng Moche với các hình đầu mèo Bộ sưu tập Bảo tàng

Vì tính mềm của vàng nguyên chất (24k), nó thường được pha trộn với cáckim loại căn bản khác để sử dụng trong công nghiệp nữ trang, làm biến đổi độcứng và tính mềm, điểm nóng chảy, màu sắc và các đặc tính khác Các hợpkim với độ cara thấp, thường là 22k, 18k, 14k hay 10k, có chứa nhiều đồng,hay các kim loại cơ bản khác, hay bạc hay palladium hơn trong hỗnhợp Đồng là kim loại cơ sở thường được dùng nhất, khiến vàng có màu đỏhơn Vàng 18k chứa 25% đồng đã xuất hiện ở đồ trang sức thời cổ đại và đồtrang sức Nga và có kiểu đúc đồng riêng biệt, dù không phải là đa số, tạo

kim đồng, và cả hai đều có thể được dùng để chế tạo các biểu trưng cho cảnhsát và các ngành khác Vàng xanh có thể được chế tạo bởi một hợp kimvới sắt và vàng tía có thể làm bằng một hợp kim với nhôm, dù hiếm khi đượcthực hiện trừ khi trong trường hợp đồ trang sức đặc biệt Vàng xanh giòn hơn

và vì thế khó chế tác hơn trong ngành trang sức Các hợp kim vàng 18 và 14carat chỉ pha trộn với bạc có màu xanh-vàng nhất và thường được gọi là vàngxanh Các hợp kim vàng trắng có thể được làm với palladium hay nickel.Vàng trắng 18 carat chứa 17.3% nickel, 5.5% kẽm và 2.2% đồng có màu bạc.Tuy nhiên, nickel là chất độc, và độ giải phóng của nó bị luật pháp quản lý ở

châu Âu Các loại hợp kim vàng trắng khác cũng có thể thực hiện vớipalladium, bạc và các kim loại trắng khác,[4] nhưng các hợp kim palladium đắthơn các hợp kim dùng nickel Các hợp kim vàng trắng có độ nguyên chất cao

có khả năng chống ăn mòn hơn cả bạc nguyên chất hay bạc sterling Hội tamđiểm Nhật Mokume-gane đã lợi dụng sự tương phản màu sắc giữa màu sắccác hợp kim vàng khi dát mỏng để tạo ra các hiệu ứng kiểu thớ gỗ

và các loại bệnh tương tự khác Tuy nhiên, chỉ các muối và đồng vị của vàngmới có giá trị y tế, khi là nguyên tố (kim loại) vàng trơ với mọi hoá chất nógặp trong cơ thể Ở thời hiện đại, tiêm vàng đã được chứng minh là giúp làmgiảm đau và sưng do thấp khớp và lao

Các hợp kim vàng đã được sử dụng trong việc phục hồi nha khoa, đặc biệt làrăng, như thân răng và cầu răng vĩnh viễn Tính dễ uốn của các hợp kim vàngtạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo bề mặt kết nối răng và có được các kết quảnói chung tốt hơn các loại khác làm bằng sứ Việc sử dụng thân răng vàng vớicác răng có số lượng nhiều như răng cửa đã được ưa chuộng ở một số nền vănhoá nhưng lại không được khuyến khích ở các nền văn hoá khác

Sự pha chế vàng keo (chất lỏng gồm các phân tử nano vàng) trong nước cómàu rất đỏ, và có thể được thực hiện với việc kiểm soát kích cỡ các phân tửlên tới một vài phần chục nghìn nanomét bằng cách giảm vàng chloride vớicác ion citrate hay ascorbate Vàng keo được sử dụng trong nghiên cứu y

khoa, sinh học và khoa học vật liệu Kỹ thuật miễn dịch vàng (immunogold)khai thác khả năng của các phần tử vàng hấp thụ các phân tử protein lên cácbên mặt của chúng Các phần tử vàng keo được bao phủ với các kháng thểriêng biệt có thể được dùng để phát hiện sự hiện diện và vị trí của các khángnguyên trên bề mặt của tế bào Trong các phần siêu mỏng của mô được quansát bởi kính hiển vi electron, các đoạn immunogold xuất hiện với mật độ cựclớn bao quanh các điểm ở vị trí của kháng thể.[9] Vàng keo cũng là hình thứcvàng được sử dụng như sơn vàng trong ngành gốm sứtrước khi nung.

Vàng, hay các hợp kim của vàng và palladium, được áp dụng làm lớp dẫn chocác mẫu sinh học và các vật liệu phi dẫn khác như plastics và kính để đượcquan sát trong một kính hiển vi electron quét Lớp phủ, thường được tạo bởicách thổi với một argonplasma, có ba vai trò theo cách ứng dụng này Tínhdẫn điện rất cao của vàng dẫn điện tích xuống đất, và mật độ rất cao của nócung cấp năng lượng chặn cho các electron trong chùm electron, giúp hạn chếchiều sâu chùm electron xâm nhập vào trong mẫu Điều này cải thiện độ nétcủa điểm và địa hình bề mặt mẫu và tăng độ phân giải không gian của hìnhảnh Vàng cũng tạo ra một hiệu suất cao của các electron thứ haikhi bị bức xạbởi một chùm electron, và các electron năng lượng thấp đó thường được dùnglàm nguồn tín hiệu trong kính hiển vi quét electron

Đồng vị vàng-198, (bán rã 2.7 ngày) được dùng trong một số phương phápđiều trị ung thư và để điều trị một số loại bệnh

e)Thực phẩm và đồ uống

Vàng có thể được sử dụng trong thực phẩm và có số E 175

sành ăn, đáng chú ý nhất là các đồ bánh kẹo và đồ uống như thành phần trang

trí Vàng lá đã được giới quý tộc thời châu Âu Trung Cổ sử dụng như một thứ

đồ trang trí cho thực phẩm và đồ uống, dưới dạng lá, bông hay bụi, hoặc đểthể hiện sự giàu có của chủ nhà hay với niềm tin rằng một thứ có giá trị vàhiếm sẽ có lợi cho sức khoẻ con người Lá vàng và bạc thỉnh thoảng đượcdùng trong các đồ bánh kẹo ở Nam Á như barfi

Cũng có một số loại cocktail đắt giá (~$1000) có chứa bông vàng lá Tuynhiên, bởi vàng kim loại trơ với mọi chất hoá học trong cơ thể, nó khôngmang lại hương vị cũng không có hiệu quả dinh dưỡng nào và không làm thayđổi gì cho cơ thể

f)Công nghiệp

Viên gạch vàng 220 kg được trưng bày tại Bảo tàng Vàng Chinkuashi, Đài

Thanh vàng lớn nhất thế giới nặng 250 kg Bảo tàng Toi, Nhật Bản.

Một cục vàng tự nhiên đường kính 5 mm (đáy) có thể được dát mỏng bằngbúa thành một lá vàng khoảng 0.5 mét vuông Bảo tàng Toi, Nhật Bản

Hàn vàng được dùng để gắn kết các thành phần vàng trang sức bằng chất hàncứng nhiệt độ cao hay đồng thau Nếu công việc đòi hỏi chất lượngchứng

nhận, vàng hàn phải có cùng trọng lượng carat, và công thức hợp kim đượcchế tạo theo hầu hết tiêu chuẩn trọng lượng carat công nghiệp màu sắc đápứng vàng vàng và trắng Hàn vàng thường được thực hiện ở ít nhất ba điểmnóng chảy được gọi là Dễ, Trung bình và Khó Bằng cách sử dụng mức khỏ,ban đầu đưa nó tới điểm nóng chảy, tiếp đó người hàn sẽ dần hạ thấp điểmnóng chảy, thợ vàng có thể lắp ráp các đồ vật phức tạp với nhiều điểm hànriêng biệt.

• Vàng có thể được chế tạo thành sợi chỉ và được dùng trong thêuthùa

• Vàng mềm và có thể uốn, có nghĩa nó có thể được chế tạo thành sợidây rất mỏng và có thể được dát thành tấm rất mỏng gọi là lá vàng

• Vàng tạo màu đỏ sâu khi được dùng làm tác nhân màu trongngành thuỷ tinh

• Trong chụp ảnh, các chất liệu màu bằng vàng được dùng để chuyểnđổi màu của các điểm trắng và đen trên giấy ảnh thành màu xám vàxanh, hay để tăng sự ổn định của chúng Được dùng trong in tôngnâu đỏ, chất màu vàng tạo ra các tông đỏ Kodak đã công bố cáccông thức cho nhiều kiểu tông màu từ vàng, sử dụng vàng nhưchloride

• Bởi vàng là một chất phản xạ tốt với bức xạ điện từ như hồng ngoại

làm lớp phủ bảo vệ cho nhiều vệ tinh nhân tạo, trong các tấm bảo

vệ nhiệt hồng ngoại và mũ của các nhà du hành vũ trụ và trên cácmáy bay chiến tranh điện tử như EA-6B Prowler

• Vàng được dùng như lớp phản xạ trên một số đĩa CD công nghệcao.

• Ô tô có thể sử dụng vàng để tản nhiệt McLaren sử dụng vàng látrong khoang động cơ model F1 của mình

• Vàng có thể được sản xuất mỏng tới mức nó dường như trong suốt

Nó được dùng trong một số cửa sổ buồng lái máy bay để làm tanbăng hay chống đóng băng bằng cách cho một dòng điện chạy qua

đó Nhiệt tạo ra bởi kháng trở của vàng đủ để khiến băng không thểhình thành

g)Điện tử

Sự tập trung các electron tự do trong kim loại vàng là 5.90×1022 cm−3 Vàng

có tính dẫn điện rất cao, và đã được dùng làm dây dẫn điện trong một số thiết

bị tiêu thụ nhiều điện năng (bạc thậm chí có độ dẫn điện trên thể tích cao hơn,nhưng vàng có ưu điểm chống ăn mòn) Ví dụ, các dây dẫn điện bằng vàng đãđược sử dụng trong một số thực nghiệm nguyên tử thuộc Dự án Manhattan,nhưng những dây dẫn bạc dòng lớn cũng được sử dụng trong các nam châmtách đồng vị calutron của dự án này

Dù vàng bị chlorine tự do tấn công, tính dẫn điện tốt của nó và khả năngchống ôxi hoá và ăn mòn nói chung trong các môi trường khác (gồm cả khảnăng kháng axít không chlorine) đã khiến nó được sử dụng rộng rãi trongcông nghiệp điện tử bởi chỉ một lớp phủ vàng mỏng có thể đảm bảo kết nốiđiện mọi dạng, vì thế đảm bảo độ kết nối tốt Ví dụ, vàng được dùng làm thiết

bị nối của các dây dẫn điện đắt đỏ, như audio, video và cáp USB Lợi ích của

việc sử dụng vàng làm kim loại kết nối so với kim loại khác như thiếc đang bịtranh luận dữ dội Các kết nối vàng thường bị các chuyên gia nghe nhìn chỉtrích là không cần thiết với hầu hết khách hàng và bị coi chỉ đơn giản là mộttrò marketing Tuy nhiên, việc sử dụng vàng trong các thiết bị điện tử kiểutrượt khác trong các môi trường rất ẩm ướt và ăn mòn, và cho các tiếp xúc vớichi phí hư hỏng lớn (một số máy tính, thiết bị thông tin, tàu vũ trụ, động

cơ máy bay phản lực) vẫn rất phổ biến.[20]

Bên cạnh tiếp xúc điện kiểu trượt, vàng cũng được dùng trong tiếp xúcđiện bởi nó có khả năng kháng ăn mòn, độ dẫn điện, mềm và không độc Cáccông tắc kiểu bấm nói chung dễ bị ăn mòn hơn công tắc trượt Các dây dẫnbằng vàng mỏng được dùng để kết nối các thiết bị bán dẫn với gói thiết bị củachúng qua một quá trình được gọi là kết nối dây

h)Hoá học

Vàng bị tấn công và hoà tan trong các dung dịch kiềm hay natri cyanide, vàcyanide vàng là chất điện phân được dùng trong kỹ thuật mạ điện vàng lên cáckim loại cơ sở và kết tủa điện Các dung dịch vàng chloride (chloroauric acid)được dùng để chế tạo vàng keo bằng cách khử với citrate hayascorbate ions.Vàng chloride và vàng oxide được dùng để chế tạo thuỷ tinh màu đỏ hay thuỷtinh có giá trị cao, mà, như chất lỏng keo vàng, có chứa các phân tửnano vàng với kích cỡ đồng đều

2 Khái niệm về quặng vàng và các dạng tồn tại của khoáng vật.

Trong tự nhiên vàng tồn tại chủ yếu ở dạng nguyên tố và ở dạng hợp kimvới một số kim loại như Ag, Cu, Te và Sb Ở dạng tự sinh vàng có thể tồn tại

ở trạng thái hạt có kích thước rất nhỏ, có khi kích thước nhỏ hơn micron màmắt thường không nhìn thấy được Những hạt vàng phân bố khá đều trong

quặng hoặc tinh quặng như trong mạch thạch anh, quặng antimon, pyrit,asenopyrit Các loại quặng chứa vàng ít gặp hơn trong quặng kẽm, quặngvonfram, quặng cacbonat, quặng mangan Trong đới oxy hóa vàng có thểcộng sinh với oxyt mangan, đồng cacbonat, cũng như trong hợp chất sắt -mangan Vàng kim loại tồn tại như trên được gọi là vàng gốc Trong quá trìnhphân hủy tự nhiên của các mỏ nguyên sinh sẽ hình thành loại vàng sa khoáng.Vàng sa khoáng thường có cỡ hạt to hơn và chứa ít tạp chất Ngoài ra vàngtồn tại ở dạng hợp chất với Te, Se, Sb và Ag như các khoáng sylvanit(Au,Ag)Te4, calaverit, crenerit (Au,Ag)Te2, penzít (Au,Ag)Te, nagygitPbAu4(Te,Sb,S), amostibit AuSb2, mandonit Au2Bi.

Quặng vàng là đất đá tự nhiên có chứa vàng Như nói ở trên vàng tồn tại trong

quặng chủ yếu dưới dạng vàng kim loại Đôi khi vàng tồn tại dưới dạng

electrum- hợp kim vàng –bạc, và dưới dạng khoáng vật vàng tellua.

Quặng chứa vàng, ngoài vàng kim loại, bao gồm các khoáng vật (các hợp chất

tự nhiên) khác nhau Thạch anh (SiO2) là một khoáng vật khá phổ biến trongcác loại quặng vàng Oxit sắt cũng có trong nhiều loại quặng Đặc biệt có mộtloại hình quặng vàng quan trọng chứa các khoáng vật sulphua (ví dụ như pyrit

- FeS2, asenopyrit-FeAsS, galenit-PbS, chalcopyrit-FeCuS2, antimonit Sb2S3 )

Chủng loại và tỷ lệ khối lượng các khoáng vật trong quặng, hay gọi là thành

phần khoáng vật của quặng trong các mỏ khác nhau là rất khác nhau.

Kích thước hạt vàng trong quặng cũng khác nhau Vàng tự sinh là các hạt

vàng có kích thước đáng kể (vài chục đến vài trăm µm) Các hạt vàng xâm tánkích thước nhỏ trong các khoáng vật khác- như khoáng vật sulphua- còn đượcgọi là vàng cộng sinh

Lượng vàng có trong một đơn vị khối lượng quặng hay hàm lượng vàng

thường được tính theo gam Au có trong 1 tấn quặng (g/t) Hàm lượng nàycũng tương đương ppm hay một phần triệu

Tổng hợp các đặc điểm về thành phần khoáng vật, dạng tồn tại và kích thước

hạt vàng, được gọi chung là thành phần vật chất quặng Phân loại theo thành

phàn vật chất và điều kiện thành tạo, cũng như theo khả năng thu hồi quặng ta

có các loại hình quặng khác nhau:

- Vàng sa khoáng

- Vàng gốc thạch anh

- Vàng sulphua: vàng- pyrit, vàng -asen, vàng- đồng, vàng- antimoan,…

- 1.3 Các phương pháp cơ bản thu hồi vàng từ quặng

- Quặng sa khoáng

- Đối với quặng vàng sa khoáng thì các hạt vàng có thể được tách ra khỏi

đất đá đơn giản bằng quá trình tuyển trọng lực sử dụng bàn đãi, máng

đãi… để thu được tinh quặng vàng có hàm lượng đến vài chục % Quátrình tinh luyện thu vàng từ tinh quặng này có thể là nấu chảy, nungcupen, hỗn hống thủy ngân và phân kim cường thủy

- Phương pháp tuyển trọng lực đã được giới thiệu ở giáo trình tuyểnquặng nên không đề cập ở đây Ta xem xét một cách sơ lược cácphương pháp tinh luyện vàng

- Phương pháp nấu chảy: Quặng (tinh quặng) chứa vàng được trộn với

các hóa chất phụ gia và nấu chảy đến nhiệt độ nóng chảy của vàng Cáckhoáng vật bị phân hủy và tạo xỉ chỉ còn vàng cùng một số kim loạinhư bạc, platin vẫn giữ nguyên được trạng thái kim loại nóng chảy Saukhi gạt bỏ xỉ ta có vàng kim loại