Tạp chất lạ trong vàng nguyên liệu

Trình bày: ThS. Nguyễn Thái Hòa – Trưởng phòng Giám định Chất lượng, Trung tâm Vàng ACB

Vào đầu tháng 05/2011, thị trường vàng bạc đá quý rộ lên thông tin về loại vàng giả có thể qua mặt tất cả các phương pháp kiểm tra tuổi vàng hiện nay. Cùng thời điểm này, các nhà nghiên cứu cũng như các doanh nghiệp kinh doanh vàng có các quan điểm khác nhau về các loại vàng giả này. Trong đó, có hai quan điểm được quan tâm nhất là (i) bột wolfram (W) được độn vào bên trong lõi của thỏi vàng và (ii) sử dụng hợp kim lạ gồm osmium (Os), iridium (Ir), ruthenium (Ru) pha vào trong vàng.

I. Một số đặc tính cơ bản của các kim loại lạ

1. Wolfram (hay còn gọi là tungsten)

Wolfram có tính cứng, giòn, có màu trắng xám ánh kim trong điều kiện thường, đặc biệt nóng chảy ở 3.422^OC, cao nhất trong số tất cả các kim loại và cao thứ hai trong tất cả các nguyên tố chỉ sau carbon (C). Wolfram có tỷ trọng 19,25 g/cm³ (gần tương đương với vàng tinh chất 19,3 g/cm³).

Ở nhiệt độ 400^OC, wolfram kết hợp với oxy tạo thành oxit wolfram (WO3) có màu vàng nhạt.

Bảng 1: Bảng so sánh tỷ trọng của vàng 24K, 22K và wolfram

Tên gọi	Tỷ trọng (g/cm3)	Độ lệch tỷ trọng so với wolfram	Tỷ lệ sai lệch kích thước của thanh cùng trọng lượng
Wolfram	19.25	0%	0%
Vàng 24K	19.3	0.26%	0.0017%
Vàng 22K	18.43	4.25%	0.01%

2. Hỗn hợp osmium, iridium, ruthenium

Các kim loại osmium, iridium và ruthenium là các kim loại thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp và cùng nhóm với platinum (còn gọi là bạch kim), cũng là các kim loại thuộc nhóm kim loại quý. Trong đó:

– Osmium có tính cứng, giòn và có màu xanh xám ánh kim hoặc xanh đen ánh kim, nóng chảy ở 3.033^OC, có tỷ trọng 22,61 g/cm³, là nguyên tố có tỷ trọng lớn nhất trong số các nguyên tố tự nhiên.

– Iridium có tính cứng, giòn và có màu trắng ánh bạc, nóng chảy ở 2.466^OC, có tỷ trọng 22,56 g/cm³.

– Ruthenium có tính cứng và có màu trắng ánh kim, nóng chảy ở 2.334^OC, có tỷ trọng 12,45 g/cm³.

Bảng 2: Tóm tắt đặc tính cơ bản của vàng và các kim loại lạ

Tên gọi	Vàng	Wolfram	Osmium	Iridium	Ruthenium
Ký hiệu hóa học	Au	W	Os	Ir	Ru
Tính chất vật lý	Mềm, dễ uốn, dễ dát mỏng	Cứng, giòn	Cứng, giòn	Cứng, giòn	Cứng
Màu sắc	Vàng, ánh kim	Trắng xám, ánh kim	Xanh xám ánh kim hoặc xanh đen ánh kim	Trắng ánh bạc	Trắng ánh kim
Tỷ trọng	19,3 g/cm3	19,25 g/cm3	22,61 g/cm3	22,56 g/cm3	12,45 g/cm3
Nhiệt độ nóng chảy	1.064 oC	3.422 oC	3.033 oC	2.466 oC	2.334 oC

II. Vàng pha tạp chất lạ

Các chất được độn trong vàng là wolfram hay hỗn hợp osmium, iridium và ruthenium hay các kim loại khác? Vậy khi pha các tạp chất này vào vàng như thế nào? Vàng bị pha có tính chất như thế nào?

1. Vàng pha wolfram

Vàng có nhiệt độ nóng chảy 1.064^OC và nhiệt độ hóa hơi 2.856^OC, rất thấp so với nhiệt độ nóng chảy của wolfram là 3.422^OC nên việc nấu hòa tan vàng với wolfram là rất khó, đòi hỏi công nghệ cao và sẽ dẫn đến hiện tượng vàng bốc hơi, gây thất thoát vàng. Do đó, việc độn wolfram vào trong vàng chỉ thực hiện bằng cách bọc vàng bên ngoài thanh wolfram hoặc bột wolfram, khi wolfram nóng chảy tiếp xúc với oxy sẽ tạo thành oxit wolfram. Hiện nay, với phương thức độn wolfram, có lẽ chủ yếu sử dụng wolfram ở dạng bột vì có cắt miếng vàng ra cũng khó phát hiện có wolfram nếu không chú ý. Với cách thức độn bột wolfram này, bột wolfram sẽ phân tán dưới dạng các hạt lẫn trong vàng.

Khi pha độn wolfram vào vàng, không thể nấu đến nhiệt độ nóng chảy của wolfram mà chỉ nấu đến khi vàng nóng chảy và bao lấy bột wolfram, nên wolfram chỉ phân tán trong thỏi vàng và không hình thành được liên kết kim loại. Vì vậy, vàng độn wolfram mất tính dẻo và tăng độ cứng, giòn của vàng.

2. Vàng pha hợp kim osmium, iridium và ruthenium

Với các kim loại osmium, iridium và ruthenium có nhiệt độ nóng chảy cũng rất cao so với vàng, gần với nhiệt độ hóa hơi của vàng, thậm chí osmium còn có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ hóa hơi của vàng nên việc nấu hòa tan với vàng là rất khó. Do đó, khi trộn hỗn hợp này vào trong vàng thì các hạt kim loại này sẽ phân tán trong thỏi vàng nên rất khó để xác định chính xác hàm lượng của các chất này.

Các kim loại này nếu pha với một tỷ lệ hợp lý thì sẽ tạo ra một hợp kim có tỷ trọng bằng với vàng là 19,3 g/cm3. Do đặc điểm các kim loại này đều cứng và giòn nên khi pha vào trong vàng sẽ làm giảm tính dẻo của vàng và tăng tính cứng, giòn của vàng.

3. Vàng pha các tạp chất khác

Theo tiêu chuẩn TCVN 7054:2002 – Vàng thương phẩm -Yêu cầu kỹ thuật do Bộ Khoa học Công nghệ ban hành, các thành phần tạo hợp kim với vàng là bạc (Ag), đồng (Cu), sắt (Fe), hoặc kẽm (Zn), thiếc (Sn), mangan (Mn), catmi (Cd), platin (Pt), paladi (Pd).

Theo tìm hiểu và nghiên cứu của Trung tâm Vàng ACB, các loại vàng nguyên liệu độn tạp chất trên thị trường Việt Nam vừa qua là vàng “bẩn”, tức là trong vàng còn lẫn các kim loại khác như: chì (Pd), wolfram (W), sodium hay còn gọi là natri (Na),… Các thỏi vàng này khi kiểm tra sơ bộ bằng các phương pháp thử nghiệm không phá hủy như tỷ trọng, huỳnh quang tia X thì đều cho kết quả vào khoảng 98%. Các thỏi vàng này rất giòn và xốp.

III. Phương pháp kiểm định vàng chứa wolfram

Đối với các loại vàng này, không thể sử dụng một phương pháp để kiểm tra chính xác tuổi vàng mà phải kết hợp nhiều phương pháp thử nghiệm khác nhau. Các phương pháp như cân tỷ trọng, huỳnh quang tia X chỉ xác định được có hay không có các loại hợp kim trên mà không thể xác định chính xác tuổi vàng. Để xác định chính xác tuổi vàng phải sử dụng đến phương pháp nhiệt kim (Fire Assay).

Bảng 3: Năm phương pháp kiểm định chất lượng vàng phổ biến

STT	Phương pháp kiểm tra	Tác động đến sản phẩm	Sai số của phương pháp
1	Đánh đá	Để lại vết	1%-2%
2	Cân tỷ trọng	Không ảnh hưởng	Không kiểm soát được sai số
3	Huỳnh quang tia X (XRF)	Không ảnh hưởng	0,1%-0,5%
4	Nhiệt kim (Fire Assay)	Phá mẫu	0,02%
5	Inductively Coupled Plasma (ICP)	Phá mẫu	0,1%

ĐỐI VỚI VÀNG CÓ CHỨA WOLFRAM

Trung tâm Vàng ACB đã tiến hành một số thí nghiệm sau:

1. Trong quá trình nấu chảy riêng wolfram thì xảy ra một số hiện tượng như: (i) khi tăng nhiệt độ nung wolfram lên khoảng 3.000^OC, có hiện tượng phát xạ ánh sáng trắng cực mạnh và (ii) khi nóng chảy thì ngay lập tức phản ứng với oxy và vật liệu chén nấu tạo thành chất có màu trắng đục pha màu xanh như chất men sứ.

Wolfram dạng dây	Wolfram dạng bột	Wolfram sau khi nấu chảy

2. Sau khi nung đỏ wolfram trong ngọn lửa, trên bề mặt của thanh wolfram có một lớp oxit màu vàng nhạt.

3. Wolfram không phản ứng với hầu hết các axit, kể cả dung dịch cường toan (Aqua regia – 3HCl+1HNO3), nhưng tan duy nhất trong hỗn hợp axit nitric (HNO3) và axit flohidric (HF).

Wolfram bắt đầu tan trong hỗn hợp dung dịch HNO3+HF	Wolfram tan hoàn toàn trong hỗn hợp dung dịch HNO3+HF

4. Khi thử nghiệm nấu hòa trộn bột oxit wolfram (WO3) với vàng, 2 chất này không thể hòa trộn với nhau mà chỉ có lớp màng oxit wolfram bám trên bề mặt của vàng và oxit wolfram chuyển thành hợp chất có màu xanh đen.

Oxit wolfram dạng bột	Oxit wolfram sau khi nấu (màu xanh đen)

5. Sử dụng cân tỷ trọng để kiểm tra mẫu wolfram (không có vàng) cho kết quả tuổi vàng khoảng 98%.

6. Đặc điểm của các mẫu vàng độn tạp chất này là có tính giòn, xốp.

7. Với mẫu vàng độn tạp chất, kiểm tra trên các thiết bị như cân tỷ trọng và huỳnh quang tia X đều cho kết quả vào khoảng 98%.

8. Với mẫu nghi ngờ độn wolfram có trọng lượng khoảng 10g, tiến hành kiểm tra bằng XRF thì cho kết quả như sau: (a) Bề mặt ngoài có hàm lượng vào khoảng 98%; (b) Mặt cắt ngang của mẫu có hàm lượng khoảng 94%.

Miếng vàng pha hợp chất lạ

Tiến hành kiểm tra bằng phương pháp Fire Assay có các hiện tượng như sau:

• Sau cupen hóa: hạt kim loại có lớp màu đen bao bọc ở bên ngoài;

• Khi khử bạc: dung dịch trong quá trình khử bạc có màu xanh đen;

• Kết quả hàm lượng vàng: 94,05%.

Hạt kim loại có lớp màu đen sau khi cupen hóa bằng công nghệ Fire Assay	Quá trình khử bạc tạo ra dung dịch màu xanh đen bằng công nghệFire Assay

Mẫu này được gửi cho phòng thử nghiệm nước ngoài của Hãng Heraeus để kiểm tra đối chứng bằng phương pháp ICP-AES (Inductively Coupled Plasma – Atomic Emission Spectroscopy – quang phổ phát xạ nguyên tử) có kết quả là : Au 94,07%, Ag 1,48%, W 4,39%, Cu 0,009%, Ni 0,0038%, Pb 0,00066%, Fe 0,0038%, Zn 0,0121%, Pt 0,023%, và Na 0,00047%.