الترشيح بالموجات فوق الصوتية للمعادن الثمينة
الموجات فوق الصوتية هي تقنية فعالة لاستخراج المعادن مثل المعادن الثمينة والأتربة النادرة. تعرف عملية استخراج السائل الصلب بمساعدة الموجات فوق الصوتية باسم الترشيح الصوتي أو التكسير أو الغسيل. يمكن تركيب الموجات فوق الصوتية الصناعية القوية بسهولة لترشيح الأتربة النادرة من الخامات ، أو لمعالجة ملاط التعدين من أجل استرداد أكثر اكتمالا أو لفصل المعادن عالية القيمة (مثل Cu و Zn و Ni) عن المعادن الأقل قيمة.
يعزز الترشيح بالموجات فوق الصوتية التفاعل عن طريق نقل الكتلة والذوبان بحيث يتم الحصول على غلات أعلى في وقت استخراج أقصر.
الفوائد الرئيسية للترشيح بالموجات فوق الصوتية هي:
- عائد أعلى
- ترشيح أكثر اكتمالا
- انخفاض استهلاك الكاشف
- ظروف أكثر اعتدالا
- اختبار جدوى بسيط
- التوسع الخطي
- سهولة تركيب أنظمة الموجات فوق الصوتية التجارية الكاملة
- الموجات فوق الصوتية قوية جدا لتيارات كبيرة الحجم
Sonicators للترشيح في إعادة تدوير البطاريات والتعدين الحضري.
النض بالموجات فوق الصوتية للمعادن الثمينة: استخلاص أسرع من خلال كيمياء التجويف
تعد استعادة المعادن الثمينة مثل الذهب والفضة والبلاتين والبلاديوم والبلاديوم والروديوم حجر الزاوية في علم المعادن الحديث وإعادة التدوير – خاصة في معالجة الخامات والمركزات والموارد الثانوية مثل الخردة الإلكترونية والمحولات الحفازة. وعلى الرغم من أن النض التقليدي راسخ، إلا أنه غالبًا ما يكون محدودًا بسبب بطء نقل الكتلة، والتخميل السطحي، والتحرير غير الكامل للمراحل القيمة، والاستهلاك العالي للكاشف.
يعالج النض بالموجات فوق الصوتية العديد من هذه الاختناقات من خلال إدخال الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة في ملاط النضّ، مما يزيد من حركية التفاعل بشكل كبير من خلال ظاهرة تعرف باسم التجويف الصوتي.
الآلية الأساسية: التجويف الصوتي
عندما تقترن الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة بالموجات فوق الصوتية في سائل، فإنها تخلق فقاعات تجويف مجهرية تتشكل وتنهار بسرعة. يولد هذا الانهيار ظروفاً موضعية شديدة، بما في ذلك:
- الاختلاط الجزئي الشديد وقوى القص
- نفاثات مجهرية عالية السرعة موجهة نحو الأسطح الصلبة
- البقع الساخنة الموضعية (درجات حرارة وضغط مرتفعين للغاية لمدة ميكروثانية)
وعلى الرغم من أن هذه التأثيرات تحدث على النطاق المجهري، إلا أنها تؤثر بقوة على عملية النض العياني من خلال تجديد السطح التفاعلي باستمرار وتسريع انتقال الكواشف من الجسيمات الصلبة وإليها.
يعمل ترشيح الحمض المحسن بالموجات فوق الصوتية بمعدل اثني عشر مرة أسرع من ترشيح الحمض التقليدي ، بسبب العمل الميكانيكي المفيد لفقاعات التجويف التي تنفجر بالقرب من السطح. تعمل هذه الظاهرة على تحسين خلط المحلول الحمضي ، وبالتالي تعزيز خصائص النقل.
الصورة والدراسة: © كانسياني وآخرون، 2024
لماذا تعمل الموجات فوق الصوتية على تحسين ترشيح المعادن الثمينة
في معظم أنظمة الرشح، لا تكون الخطوة التي تحد من المعدل هي التفاعل الكيميائي نفسه، بل انتقال المواد المتفاعلة عبر الطبقات الحدودية أو المسام أو الأغشية السطحية المخمِّلة. يعمل التجويف بالموجات فوق الصوتية على تحسين كفاءة النض من خلال العديد من التأثيرات التآزرية:
- نقل الكتلة المحسّن
تقلل الموجات فوق الصوتية من سمك طبقة الانتشار الراكدة المحيطة بالجسيمات الصلبة. ويسمح ذلك بوصول المذيبات (مثل السيانيد أو الثيوسلفات أو الكلوريد أو اليوديد أو الثيوريا أو الأنظمة الحمضية) إلى السطح الحامل للمعادن بشكل أسرع، بينما تتم إزالة المعقدات المعدنية الذائبة بشكل أكثر كفاءة. - تنشيط سطح الجسيمات
تعمل نفاثات التجويف الدقيقة والموجات الصدمية باستمرار على تآكل أسطح الجسيمات وتنظيفها وتخشينها. وهذا يكشف عن مراحل معدنية جديدة ويزيد من المساحة التفاعلية الفعالة – مهم بشكل خاص في الخامات الحرارية أو الجسيمات المغلفة. - تعطيل طبقات التخميل
تشكل العديد من المعادن الحاملة للمعادن الثمينة طبقات سطحية أثناء النض (مثل الأكاسيد أو الكبريتات أو الكبريتات أو الكبريت الأولي أو أغشية السيليكا). يمكن للموجات فوق الصوتية أن تعطل هذه الحواجز فيزيائيًا، مما يعيد وصول عامل النض إلى المرحلة المعدنية الأساسية. - تحسين الاختراق في المواد الصلبة المسامية
بالنسبة للمركزات والمحفزات وجزيئات النفايات الإلكترونية، تساعد الموجات فوق الصوتية على دفع السائل إلى المسام والشقوق الدقيقة، مما يحسن وصول الكاشف إلى المعادن الثمينة المدمجة.
توزيعات حجم الجسيمات بعد الترشيح بالموجات فوق الصوتية والتقليدية
الصورة والدراسة: © كانسياني وآخرون، 2024
تجويف قوي بالموجات فوق الصوتية في Hielscher Cascatrode
التطبيقات: من الخامات إلى التعدين الحضري
يتزايد التحقيق في النض بالموجات فوق الصوتية في كل من الموارد الأولية والثانوية:
- الذهب والفضة
وقد ثبت أن الموجات فوق الصوتية القوية تسرّع من عملية نضح الذهب في السيانيد والمواد المخصبة البديلة عن طريق تحسين النقل وإزالة آثار التخميل. كما أنها ذات صلة باستخلاص الفضة من الخامات والمخلفات الصناعية. - معادن المجموعة البلاتينية (PGMs)
استخلاص البلاتين والبلاديوم والروديوم – خاصة من المحولات الحفازة المستهلكة – غالبًا ما تعتمد على أنظمة الترشيح القائمة على الكلوريد أو الحمضية. تعمل الموجات فوق الصوتية على تعزيز حركية الذوبان من خلال تكثيف التفاعلات السطحية وتحسين تكسير المصفوفات الخزفية/المعدنية المعقدة. - الخردة الإلكترونية
تحتوي لوحات الدارات المطبوعة والمكونات الإلكترونية على معادن ثمينة قيّمة ولكنها تمثل حواجز انتشار قوية بسبب البوليمرات والأكاسيد والهياكل متعددة المواد. تعمل المعالجة بالموجات فوق الصوتية على تحسين انتظام النض ويمكن أن تقلل من وقت النض المطلوب.
مزايا العملية الرئيسية
من من منظور هندسة العمليات، يوفر النض بالموجات فوق الصوتية العديد من الفوائد القابلة للقياس:
- أوقات نضح أقصر من خلال الحركية المتسارعة
- ارتفاع عوائد الاستخراج بسبب تحسين الوصول إلى السطح
- استهلاك أقل للكاشف في العديد من الأنظمة (الحاجة إلى كمية أقل من الليكسيفانت الزائد)
- تحسين قابلية التكرار من خلال تحسين التشتت والخلط
- انخفاض محتمل في درجة حرارة التشغيل لأن الموجات فوق الصوتية تعوض عن الحركية الحرارية البطيئة
اعتبارات العملية وتوسيع النطاق
يعتمد النض الناجح بالموجات فوق الصوتية بقوة على تصميم العملية. وتشمل البارامترات الحرجة ما يلي:
- كثافة طاقة الموجات فوق الصوتية وسعتها
- تركيز الملاط وتوزيع حجم الجسيمات
- هندسة المفاعل وظروف التدفق
- التحكم في درجة الحرارة
- اختيار كيمياء النض (حمضي، قلوي، كلوريد، إلخ)
والأهم من ذلك، يتطلب التنفيذ على نطاق صناعي مفاعلات بالموجات فوق الصوتية عالية الطاقة من النوع المسباري، حيث أن أجهزة الموجات فوق الصوتية في الحمام لا توفر عادةً طاقة كافية في عجائن النض الكثيفة. يمكن دمج خلايا التدفق بالموجات فوق الصوتية المضمنة في دوائر النض المستمر، مما يتيح التشغيل القابل للتطوير. تم تصميم أجهزة الصوتيات عالية الأداء من Hielscher لمعالجة أحجام كبيرة في ظل ظروف صعبة – زيادة إنتاجية المعادن المرشحة مع تقليل وقت المعالجة والأثر البيئي.
التصميم والتصنيع والاستشارات – جودة صنع في ألمانيا
Hielscher الموجات فوق الصوتية معروفة جيدا لأعلى معايير الجودة والتصميم. المتانة والتشغيل السهل تسمح بالتكامل السلس للموجات فوق الصوتية لدينا في المنشآت الصناعية. يتم التعامل بسهولة مع الظروف القاسية والبيئات الصعبة بواسطة الموجات فوق الصوتية Hielscher.
Hielscher Ultrasonics هي شركة حاصلة على شهادة الأيزو وتركز بشكل خاص على الموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي تتميز بأحدث التقنيات وسهولة الاستخدام. بطبيعة الحال، الموجات فوق الصوتية Hielscher هي CE المتوافقة وتلبية متطلبات UL، وكالة الفضاء الكندية وبنفايات.
الأدب / المراجع
- Chiara Canciani, Elia Colleoni, Varaha P. Sarvothaman, Paolo Guida, William L. Roberts (2024): On the effect of cavitation on particles in leaching processes: implications to battery recycling. Environmental Advances, Volume 17, 2024.
- Wang, J.; Faraji, F.; Ghahreman, A. (2020): Effect of Ultrasound on the Oxidative Copper Leaching from Chalcopyrite in Acidic Ferric Sulfate Media. Minerals 2020, 10, 633.
- I. De La Calle, N. Cabaleiro, M. Costas, F. Pena, S. Gil, I. Lavilla, C. Bendicho (2011):
Ultrasound-assisted extraction of gold and silver from environmental samples using different extractants followed by electrothermal-atomic absorption spectrometry. Microchemical Journal, Volume 97, Issue 2, 2011. 93-100.
مجموعة من أجهزة الصوتيات الصناعية بقدرة 48 كيلو وات بالموجات فوق الصوتية لترشيح التدفقات الكبيرة الحجم