1. Vai trò tổng quát của pH trong điều chế và phản ứng hóa học
pH (Potential of Hydrogen) là đại lượng biểu thị nồng độ ion H⁺ trong dung dịch — quyết định môi trường acid hay kiềm.
Trong quá trình điều chế hóa chất, pH ảnh hưởng trực tiếp đến:
- Tốc độ phản ứng: Môi trường acid/kiềm thay đổi trạng thái ion hóa của các chất, từ đó kiểm soát tốc độ phản ứng.
- Cân bằng hóa học: Một số phản ứng chỉ xảy ra hoặc đạt hiệu suất cao ở khoảng pH xác định (ví dụ, phản ứng kết tủa kim loại, phản ứng oxi hóa – khử).
- Độ bền của dung dịch: Nhiều hợp chất chỉ ổn định trong một dải pH nhất định (ví dụ: muối kim loại chuyển tiếp dễ bị thủy phân ở pH cao).
- Sự tạo phức (complexation): pH ảnh hưởng đến khả năng tạo phức giữa ion kim loại và ligand (ví dụ: amoniac, cyanide, thiosulfate…).
2. Tầm quan trọng của pH trong thu hồi kim loại quý (Pd, Au, Ag…)
a. Hòa tách (Leaching)
- pH quyết định hiệu quả hòa tan kim loại quý từ quặng, xúc tác hoặc linh kiện điện tử.
- Ví dụ:
- Au (vàng): Hòa tan tốt trong dung dịch xianua kiềm (pH 10–11) hoặc thiosulfate (pH 8–9). Nếu pH quá thấp, HCN dễ bay hơi gây độc.
- Ag (bạc): Tan trong dung dịch có chứa Na₂S₂O₃ hoặc HNO₃ – pH điều chỉnh giúp tránh tạo kết tủa AgCl, Ag₂S.
- Pd, Pt: Thường hòa tan trong môi trường acid mạnh (HCl + HNO₃, pH < 1) để tạo phức chloro.
Nếu pH sai lệch, kim loại không tan hết, hoặc tạo phức không mong muốn → giảm hiệu suất thu hồi.
b. Kết tủa (Precipitation)
- Sau khi hòa tan, các ion kim loại quý được thu hồi bằng cách điều chỉnh pH:
- pH thấp → kim loại vẫn ở dạng ion.
- pH tăng dần → tạo kết tủa hydroxide hoặc muối kim loại.
- Ví dụ:
- Pd²⁺ kết tủa hiệu quả ở pH 7–8 dưới dạng Pd(OH)₂.
- Ag⁺ có thể kết tủa ở pH trung tính khi phản ứng với Cl⁻ tạo AgCl.
- Kiểm soát pH giúp tách riêng từng kim loại theo độ tan khác nhau (selective precipitation).
c. Khử kim loại (Reduction)
- Trong giai đoạn khử (ví dụ: dùng NaBH₄, hydrazine, formate…) để thu kim loại nguyên chất, pH ảnh hưởng:
- Hoạt tính chất khử: Một số chất khử chỉ bền hoặc hoạt động trong khoảng pH nhất định.
- Kích thước hạt kim loại thu được: pH cao → tạo hạt mịn hơn (do tốc độ khử chậm và ổn định hơn).
- Mức độ tinh khiết: Nếu pH không phù hợp, có thể sinh ra kết tủa tạp hoặc oxit.
d. Tái sinh và xử lý dung dịch thải
- pH được dùng để trung hòa, tách tạp, hoặc tái kết tủa kim loại quý còn sót lại.
- Quản lý pH đúng cách giúp giảm độc tính, tăng khả năng tái sử dụng dung dịch.
3. Một số khoảng pH điển hình trong thu hồi kim loại quý
| Kim loại | Quá trình | Khoảng pH tối ưu | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| Au | Hòa tách bằng NaCN | 10 – 11 | Tránh bay hơi HCN độc |
| Au | Hòa tách bằng Na₂S₂O₃ | 8 – 9 | Cần môi trường đệm nhẹ kiềm |
| Ag | Hòa tách bằng HNO₃ | 1 – 3 | Phản ứng tạo Ag⁺ dễ xảy ra |
| Pd / Pt | Hòa tách bằng aqua regia | < 1 | Phức chloro bền ở pH thấp |
| Pd / Pt | Kết tủa bằng NH₄OH hoặc NaOH | 7 – 9 | Thu hồi dạng hydroxide |
| Tất cả | Trung hòa nước thải | 6.5 – 8 | Bảo vệ môi trường & tái chế dung dịch |
4. Tóm lại
👉 pH là “chìa khóa” điều khiển toàn bộ quá trình:
- Quyết định kim loại nào tan / kết tủa.
- Ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng, độ tinh khiết, hiệu suất.
- Là thông số cần theo dõi và điều chỉnh liên tục trong thu hồi kim loại quý quy mô công nghiệp.
