Ултразвуково извличане на благородни метали

Мощният ултразвук е ефективна техника за извличане на метали като благородни метали и редкоземни елементи. Този процес на ултразвукова екстракция на твърдо-течно вещество е известен като соно-извличане, втечняване или измиване. Здрави промишлени ултразвукови апарати могат лесно да бъдат инсталирани за извличане на редкоземни елементи от руди, за обработка на минни суспензии за по-пълно оползотворяване или за отделяне на метали с висока стойност (напр. Cu, Zn, Ni) от по-малко ценни метали.

Ултразвуковото извличане насърчава реакцията чрез пренос на маса и разтваряне, така че да се получат по-високи добиви за по-кратко време за екстракция.
Основните предимства на ултразвуковото извличане са:

• По-висок добив
• по-пълно извличане
• намалена консумация на реагент
• по-леки условия
• Опростено тестване за осъществимост
• Линейно мащабиране
• лесен монтаж на пълнотърговски ултразвукови системи
• Много здрави ултразвукови апарати за потоци с голям обем

Ултразвуково излугване на благородни метали: По-бързо извличане чрез кавитационна химия

Възстановяването на благородни метали като злато, сребро, платина, паладий и родий е крайъгълен камък на съвременната металургия и рециклиране. – особено при преработката на руди, концентрати и вторични суровини, като електронен скрап и каталитични конвертори. Въпреки че конвенционалното излужване е добре познато, то често е ограничено от бавния масов трансфер, пасивирането на повърхността, непълното освобождаване на ценни фази и високия разход на реагенти.
Ултразвуковото излугване преодолява много от тези пречки чрез въвеждане на високоинтензивен ултразвук в суспензията за излугване, което значително засилва кинетиката на реакцията чрез явление, известно като акустична кавитация.

Основен механизъм: Акустична кавитация

Когато ултразвукът с висока мощност се свърже с течност, той създава микроскопични кавитационни мехурчета, които бързо се образуват и разрушават. Този колапс създава екстремни локални условия, включително:

• интензивно микросмесване и сили на срязване
• микроструи с висока скорост, насочени към твърди повърхности
• локализирани горещи точки (много високи температури и налягания за микросекунди).

Въпреки че тези ефекти се проявяват в микроскопичен мащаб, те оказват силно влияние върху макроскопичния процес на излугване, като непрекъснато обновяват реактивната повърхност и ускоряват преноса на реагенти към и от твърдите частици.

Ултразвуково подобреното киселинно извличане работи със скорост дванадесет пъти по-бързо от конвенционалното киселинно извличане, поради благоприятното механично действие на кавитационните мехурчета, спукващи се близо до повърхността. Това явление подобрява смесването на киселинни разтвори, като по този начин подобрява транспортните свойства.
Изображение и проучване: © Canciani et al., 2024

Защо ултразвукът подобрява излугването на благородните метали

В повечето системи за излужване ограничаващата скоростта стъпка не е самата химична реакция, а по-скоро преносът на реагентите през гранични слоеве, пори или пасивиращи повърхностни филми. Ултразвуковата кавитация подобрява ефективността на излугването чрез няколко синергични ефекта:

1. Подобрен трансфер на маса
   Ултразвукът намалява дебелината на застоялия дифузионен слой около твърдите частици. Това позволява на ликсивиращите вещества (напр. цианид, тиосулфат, хлорид, йодид, тиокарбамид или киселинни системи) да достигнат по-бързо до металоносната повърхност, а разтворените метални комплекси се отстраняват по-ефективно.
2. Активиране на повърхността на частиците
   Кавитационните микроструйки и ударните вълни непрекъснато ерозират, почистват и грапавят повърхностите на частиците. Това разкрива свежи минерални фази и увеличава ефективната реактивна площ – особено важно при огнеупорни руди или частици с покритие.
3. Нарушаване на пасивиращите слоеве
   Много минерали, съдържащи благородни метали, образуват повърхностни слоеве по време на излугването (напр. оксиди, сулфати, елементарна сяра или силициеви филми). Ултразвукът може физически да разруши тези бариери, възстановявайки достъпа на промивния агент до основната метална фаза.
4. Подобрено проникване в порести твърди вещества
   При концентрати, катализатори и частици от електронни отпадъци ултразвукът помага за навлизане на течността в порите и микропукнатините, като подобрява достъпа на реагента до вградените благородни метали.

Разпределение на размера на частиците след ултразвуково и конвенционално извличане
Изображение и проучване: © Canciani et al., 2024

Приложения: От рудите до градския добив

Ултразвуковото излужване се изследва все повече както в първичните, така и във вторичните ресурси:

• Злато и сребро
  Установено е, че мощният ултразвук ускорява излугването на злато в цианид и алтернативни ликсивиращи вещества, като подобрява транспорта и премахва пасивиращите ефекти. Той е подходящ и за възстановяване на сребро от руди и промишлени остатъци.
• Метали от групата на платината (PGMs)
  Извличане на платина, паладий и родий – особено от отработени каталитични конвертори – често се разчита на системи за излугване на основата на хлориди или киселини. Ултразвукът подобрява кинетиката на разтваряне, като засилва повърхностните реакции и подобрява разграждането на сложни керамични/метални матрици.
• Електронен скрап
  Печатните платки и електронните компоненти съдържат ценни благородни метали, но представляват силни бариери за дифузия поради полимери, оксиди и многоматериални структури. Ултразвуковата обработка подобрява равномерността на излугване и може да намали необходимото време за излугване.

Основни предимства на процеса

От гледна точка на технологичния процес ултразвуковото излугване предлага няколко измерими предимства:

• по-кратко време за излугване чрез ускорена кинетика
• по-високи добиви благодарение на подобрения достъп до повърхността
• по-ниска консумация на реагент в много системи (необходим е по-малък излишък от ликсивиант).
• подобрена възпроизводимост чрез по-добро диспергиране и смесване
• потенциално по-ниска работна температура, тъй като ултразвукът компенсира по-бавната термична кинетика.

Съображения за процеса и увеличаване на мащаба

Успешното ултразвуково излугване зависи до голяма степен от дизайна на процеса. Критичните параметри включват:

• плътност и амплитуда на мощността на ултразвука
• концентрация на суспензията и разпределение на размера на частиците
• геометрия на реактора и условия на потока
• контрол на температурата
• избор на химически метод за излугване (киселинен, алкален, хлориден и др.)

Важно е да се отбележи, че прилагането в промишлени мащаби изисква ултразвукови реактори с висока мощност от сондажен тип, тъй като сонаторите за вана обикновено не осигуряват достатъчно енергия в гъстите суспензии за излугване. Инлайн ултразвуковите проточни клетки могат да бъдат интегрирани в непрекъснати вериги за излугване, което позволява мащабируема работа. Високопроизводителните сонатори на Hielscher са създадени за обработка на големи обеми при взискателни условия – увеличаване на добива на излужени метали, като същевременно се намалява времето за обработка и въздействието върху околната среда.

Проектиране, производство и консултиране – Качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати Hielscher са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и дизайн. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Тежките условия и взискателните условия се справят лесно с ултразвуковите апарати на Hielscher.

Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови уреди, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са съвместими с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.

Литература / Препратки