Qiymətli metalların ultrasəslə məhlulda yuyulması

Yüksək güclü ultrasəs qiymətli metallar və nadir torpaq elementləri kimi metalların çıxarılması üçün effektiv üsuldur. Ultrasəsin köməyi ilə aparılan bu bərk–maye ekstraksiya prosesi sono-yuyulma, lixiviasiya və ya yuma kimi tanınır. Möhkəm sənaye ultrasəs cihazları nadir torpaq elementlərini filizlərdən məhlulla yuyaraq çıxarmaq, daha tam bərpa üçün mədən suspenziyalarını emal etmək və ya yüksək dəyərli metalları (məsələn, Cu, Zn, Ni) daha az dəyərli metallardan ayırmaq üçün asanlıqla quraşdırıla bilər.

Ultrasəslə məhlulda yuyulma kütləötürmə və həllolma vasitəsilə reaksiyanı sürətləndirir, beləliklə, daha qısa ekstraksiya müddətində daha yüksək çıxım əldə edilir.
Ultrasəslə məhlulda yuyulmanın əsas üstünlükləri bunlardır:

• daha yüksək çıxım
• daha tam məhlulla yuyulma
• azaldılmış reagent sərfi
• daha mülayim şərait
• texniki mümkünlüyün sadə sınağı
• miqyasın xətti şəkildə artırılması
• tam kommersiya miqyaslı ultrasəs sistemlərinin asan quraşdırılması
• böyük həcmli axınlar üçün çox möhkəm ultrasəs cihazları

Qiymətli metalların ultrasəslə məhlulda yuyulması: kavitasiya kimyası vasitəsilə daha sürətli ekstraksiya

Qızıl, gümüş, platin, palladium və rodium kimi qiymətli metalların bərpası müasir metallurgiyanın və təkrar emalın əsasını təşkil edir – xüsusilə filizlərin, konsentratların və elektron qırıntıları və katalitik neytrallaşdırıcılar kimi ikincili resursların emalında. Ənənəvi məhlulla yuyulma geniş tətbiq olunsa da, onun imkanları çox vaxt yavaş kütləötürmə, səthin passivləşməsi, qiymətli fazaların tam sərbəstləşməməsi və yüksək reagent sərfi ilə məhdudlaşır.
Ultrasəslə məhlulda yuyulma yuyulma suspenziyasına yüksək intensivlikli ultrasəs ötürməklə bu məhdudiyyətlərin çoxunu aradan qaldırır və akustik kavitasiya kimi tanınan hadisə vasitəsilə reaksiya kinetikasını kəskin şəkildə sürətləndirir.

Əsas mexanizm: akustik kavitasiya

Yüksək güclü ultrasəs enerjisi mayeyə ötürüldükdə sürətlə yaranan və çökən mikroskopik kavitasiya qabarcıqları əmələ gəlir. Bu çökmə lokal olaraq ekstremal şərait yaradır, o cümlədən:

• intensiv mikroqarışdırma və kəsilmə qüvvələri
• bərk səthlərə yönəlmiş yüksək sürətli mikroşırnaqlar
• lokal isti nöqtələr (mikrosaniyələr ərzində çox yüksək temperatur və təzyiqlər)

Bu təsirlər mikroskopik miqyasda baş versə də, reaksiyaya girən səthi davamlı olaraq yeniləməklə və reagentlərin bərk hissəciklərə doğru və onlardan uzağa daşınmasını sürətləndirməklə makroskopik məhlulla yuyulma prosesinə güclü təsir göstərir.

Ultrasəslə gücləndirilmiş turşu ilə yuyulma, səthin yaxınlığında partlayan kavitasiya qabarcıqlarının faydalı mexaniki təsiri sayəsində ənənəvi turşu ilə yuyulmadan on iki dəfə daha sürətlə gedir. Bu hadisə turşu məhlulunun qarışdırılmasını yaxşılaşdırır və bununla da daşınma xüsusiyyətlərini gücləndirir.
Şəkil və tədqiqat: © Canciani et al., 2024

Ultrasəs qiymətli metalların məhlulla yuyulmasını niyə yaxşılaşdırır

Əksər məhlulla yuyulma sistemlərində sürəti məhdudlaşdıran mərhələ kimyəvi reaksiyanın özü deyil, reagentlərin sərhəd təbəqələrindən, məsamələrdən və ya passivləşdirici səth təbəqələrindən daşınmasıdır. Ultrasəs kavitasiyası bir neçə sinergetik təsir vasitəsilə məhlulla yuyulmanın səmərəliliyini artırır:

1. Gücləndirilmiş kütləötürmə
   Ultrasəs bərk hissəcikləri əhatə edən durğun diffuziya təbəqəsinin qalınlığını azaldır. Bu, yuyucu reagentlərin (məsələn, sianid, tiosulfat, xlorid, yodid, tiokarbamid və ya turşulu sistemlərin) metal tərkibli səthə daha sürətlə çatmasına imkan verir, həll olmuş metal kompleksləri isə daha səmərəli şəkildə uzaqlaşdırılır.
2. Hissəcik səthinin aktivləşdirilməsi
   Kavitasiya mikroşırnaqları və zərbə dalğaları hissəciklərin səthlərini davamlı olaraq aşındırır, təmizləyir və nahamarlaşdırır. Bu, yeni mineral fazaları üzə çıxarır və effektiv reaksiya səthinin sahəsini artırır – bu təsir çətin emal olunan filizlər və ya örtüklü hissəciklər üçün xüsusilə vacibdir.
3. Passivləşmə təbəqələrinin dağıdılması
   Qiymətli metal tərkibli bir çox mineral məhlulla yuyulma zamanı səth təbəqələri (məsələn, oksidlər, sulfatlar, elementar kükürd və ya silisium dioksid təbəqələri) əmələ gətirir. Ultrasəs bu maneələri fiziki olaraq dağıda və yuyucu reagentin altdakı metal fazasına çıxışını bərpa edə bilər.
4. Məsaməli bərk materiallara nüfuzetmənin yaxşılaşdırılması
   Konsentratlarda, katalizatorlarda və elektron tullantı hissəciklərində ultrasəs mayenin məsamələrə və mikroçatlara təzyiqlə daxil olmasına kömək edir və reagentlərin materialın daxilindəki qiymətli metallara çıxışını yaxşılaşdırır.

Ultrasəslə və ənənəvi məhlulla yuyulmadan sonra hissəcik ölçülərinin paylanmaları
Şəkil və tədqiqat: © Canciani et al., 2024

Tətbiqlər: filizlərdən şəhər tullantılarından faydalı xammalın çıxarılmasına qədər

Ultrasəslə məhlulda yuyulma həm ilkin, həm də ikincili resurslar üzrə getdikcə daha çox tədqiq edilir:

• Qızıl və gümüş
  Yüksək güclü ultrasəsin daşınmanı yaxşılaşdırmaqla və passivləşmə təsirlərini aradan qaldırmaqla sianid və alternativ yuyucu reagentlərdə qızılın məhlulla yuyulmasını sürətləndirdiyi göstərilmişdir. Bu üsul filizlərdən və sənaye qalıqlarından gümüşün bərpası üçün də əhəmiyyətlidir.
• Platin qrupu metalları (PGMs)
  Platin, palladium və rodiumun bərpası – xüsusilə işlənmiş katalitik neytrallaşdırıcılardan – çox vaxt xlorid əsaslı və ya turşulu məhlulla yuyulma sistemlərinə əsaslanır. Ultrasəs səth reaksiyalarını intensivləşdirməklə və mürəkkəb keramika/metal matrislərinin parçalanmasını yaxşılaşdırmaqla həllolma kinetikasını sürətləndirir.
• Elektron qırıntıları
  Çap dövrə lövhələri və elektron komponentlər dəyərli qiymətli metallar ehtiva edir, lakin polimerlər, oksidlər və müxtəlif materiallardan ibarət strukturlar səbəbindən güclü diffuziya maneələri yaradır. Ultrasəs emalı məhlulla yuyulmanın bərabərliyini yaxşılaşdırır və tələb olunan yuyulma müddətini azalda bilər.
• Kömür külündən nadir torpaq elementləri
  Kömür külünün tərkibində çox vaxt mineral fazalarda və ya şüşəvari alümosilikat matrisində bağlı olan dəyərli metallar və nadir torpaq elementləri ola bilər. Ultrasəs emalı kül hissəcikləri ilə yuyucu məhlul arasındakı təması yaxşılaşdırır; bu isə ekstraksiya səmərəliliyini artıra və məhlulla yuyulma müddətini qısalda bilər.
  Nadir torpaq elementlərinin küldən ultrasəslə məhlulda yuyulması haqqında daha ətraflı oxuyun!

Prosesin əsas üstünlükləri

Proses mühəndisliyi baxımından ultrasəslə məhlulda yuyulma bir sıra ölçülə bilən üstünlüklər təqdim edir:

• sürətlənmiş kinetika sayəsində daha qısa məhlulla yuyulma müddətləri
• səthə çıxışın yaxşılaşması sayəsində daha yüksək ekstraksiya çıxımları
• bir çox sistemdə daha az reagent sərfi (daha az artıq yuyucu reagent tələb olunur)
• daha yaxşı dispersiya və qarışdırma sayəsində nəticələrin təkrarlanma qabiliyyətinin yaxşılaşması
• ultrasəs daha yavaş termal kinetikanı kompensasiya etdiyi üçün potensial olaraq daha aşağı iş temperaturu

Proseslə bağlı nəzərə alınmalı amillər və miqyasın artırılması

Ultrasəslə məhlulda yuyulmanın uğurlu olması prosesin layihələndirilməsindən güclü şəkildə asılıdır. Əsas parametrlərə aşağıdakılar daxildir:

• ultrasəsin güc sıxlığı və amplitudası
• suspenziyanın konsentrasiyası və hissəcik ölçülərinin paylanması
• reaktorun həndəsəsi və axın şəraiti
• temperaturun idarə edilməsi
• məhlulla yuyulma kimyasının seçimi (turşulu, qələvi, xloridli və s.)

Qeyd etmək vacibdir ki, sənaye miqyasında tətbiq zond tipli yüksək güclü ultrasəs reaktorları tələb edir, çünki ultrasəs vannaları adətən sıx yuyulma suspenziyalarına kifayət qədər enerji ötürmür. Axın xəttindəki ultrasəs axın kameraları fasiləsiz məhlulla yuyulma dövrələrinə inteqrasiya edilə bilər və bununla miqyası artırıla bilən işləməni təmin edir. Hielscher yüksək məhsuldarlıqlı sonikatorları ağır şəraitdə böyük həcmlərin emalı üçün hazırlanmışdır – məhlulla yuyularaq çıxarılan metalların çıxımını artırır, eyni zamanda emal müddətini və ətraf mühitə təsiri azaldır.

Layihələndirmə, istehsal və məsləhət xidmətləri – Almaniya istehsalının keyfiyyəti

Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və layihələndirmə standartları ilə tanınır. Möhkəmlik və asan istifadə ultrasəs cihazlarımızın sənaye müəssisələrinə rahat inteqrasiyasına imkan verir. Hielscher ultrasəs cihazları sərt şəraitdə və yüksək tələblər qoyan mühitlərdə asanlıqla işləyir.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatlı şirkətdir və ən müasir texnologiyaya və istifadə rahatlığına malik yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarına xüsusi diqqət yetirir. Əlbəttə, Hielscher ultrasəs cihazları CE normalarına uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərinə cavab verir.

Ədəbiyyat / İstinadlar

• 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.