Ultrazvučno luženje plemenitih metala

Snažni ultrazvuk je efikasna tehnika za ekstrakciju metala kao što su plemeniti metali i rijetke zemlje. Ovaj proces ultrazvučno potpomognute ekstrakcije čvrsto-tečnost poznat je kao sono-luženje, liksivijacija ili pranje. Robusni industrijski ultrazvučni uređaji mogu se lako instalirati za izluživanje rijetkih zemalja iz ruda, za tretiranje mineralnog gnojiva radi potpunijeg oporavka ili za odvajanje visokovrijednih metala (npr. Cu, Zn, Ni) od manje vrijednih metala.

Ultrazvučno luženje pospješuje reakciju prijenosom mase i otapanjem tako da se postižu veći prinosi u kraćem vremenu ekstrakcije.
Glavne prednosti ultrazvučnog ispiranja su:

• veći prinos
• potpunije ispiranje
• smanjena potrošnja reagensa
• blaže uslove
• jednostavno testiranje izvodljivosti
• Linearno povećanje
• jednostavna instalacija potpuno komercijalnih ultrazvučnih sistema
• vrlo robusni ultrasonikatori za velike tokove

Ultrazvučno ispiranje plemenitih metala: Brža ekstrakcija putem kavitacione hemije

Obnavljanje plemenitih metala poput zlata, srebra, platine, paladijuma i rodijuma predstavlja temelj moderne metalurgije i reciklaže – posebno u preradi ruda, koncentrata i sekundarnih resursa kao što su elektronski otpad i katalizatori. Iako je konvencionalno ispiranje dobro uspostavljeno, često je ograničeno sporim prijenosom mase, površinskom pasivacijom, nepotpunim oslobađanjem vrijednih faza i visokom potrošnjom reagensa.
Ultrazvučno ispiranje rješava mnoga od ovih uskih grla uvođenjem visokointenzivnog ultrazvuka u ispirajuću kašu, dramatično pojačavajući kinetiku reakcije kroz fenomen poznat kao akustična kavitacija.

Osnovni mehanizam: Akustična kavitacija

Kada se visokosnažni ultrazvuk spoji sa tečnošću, stvara mikroskopske kavitacione mjehuriće koji se brzo formiraju i urušavaju. Ovaj kolaps stvara ekstremne lokalizovane uslove, uključujući:

• Intenzivno mikromiješanje i sile smicanja
• mikromlazovi velike brzine usmjereni na čvrste površine
• Lokalizirane vruće tačke (vrlo visoke temperature i pritisci u mikrosekundama)

Iako se ovi efekti javljaju na mikroskopskom nivou, oni snažno utiču na makroskopski proces ispiranja kontinuiranim obnavljanjem reaktivne površine i ubrzavanjem transporta reagensa do i od čvrstih čestica.

Ultrazvučno pojačano luženje kiseline radi brzinom dvanaest puta brže od konvencionalnog kiselog ispiranja, zbog blagotvornog mehaničkog djelovanja kavitacijskih mjehurića koji pucaju blizu površine. Ovaj fenomen poboljšava miješanje kiselih otopina, čime se poboljšavaju svojstva transporta.
Slika i studija: © Canciani i dr., 2024

Zašto ultrazvuk poboljšava ispiranje plemenitih metala

U većini sistema ispiranja, korak koji ograničava brzinu nije sama hemijska reakcija, već transport reaktanata kroz granične slojeve, pore ili pasivirajuće površinske filmove. Ultrazvučna kavitacija poboljšava efikasnost ispiranja kroz nekoliko sinergijskih efekata:

1. Poboljšani prijenos mase
   Ultrazvuk smanjuje debljinu stagnirajućeg difuzionog sloja oko čvrstih čestica. To omogućava liksivijantima (npr. cijanid, tiosulfat, hlorid, jodid, tiourea ili kiseli sistemi) da brže stignu do metalne površine koja nosi metal, dok se rastvoreni metalni kompleksi uklanjaju efikasnije.
2. Aktivacija površine čestica
   Mikromlazovi kavitacije i udarni talasi kontinuirano erodiraju, čiste i hrapaju površine čestica. Ovo izlaže svježe mineralne faze i povećava efektivnu reaktivnu površinu – posebno važno u vatrootpornim rudama ili česticama sa premazom.
3. Prekid pasivacionih slojeva
   Mnogi minerali koji sadrže plemenite metale formiraju površinske slojeve tokom ispiranja (npr. oksidi, sulfati, elementarni sumpor ili silicijumski filmovi). Ultrazvuk može fizički poremetiti ove barijere, vraćajući pristup agensu za ispiranje u metalnu fazu temelja.
4. Poboljšana penetracija u porozne čvrste materije
   Za koncentrate, katalizatore i čestice e-otpada, ultrazvuk pomaže da se tečnost gura u pore i mikropukotine, poboljšavajući pristup reagensa ugrađenim plemenitim metalima.

Raspodjela veličine čestica nakon ultrazvučnog i konvencionalnog ispiranja
Slika i studija: © Canciani i dr., 2024

Primjene: Od ruda do urbanog rudarstva

Ultrazvučno ispiranje se sve više istražuje na primarnim i sekundarnim resursima:

• Zlato i srebro
  Pokazano je da ultrazvuk ubrzava ispiranje zlata u cijanidu i alternativnim liksivantima poboljšavajući transport i uklanjajući pasivne efekte. Također je relevantan za oporavak srebra iz ruda i industrijskih ostataka.
• Metali iz Platinaste grupe (PGM)
  Oporavak platine, paladija i rodijuma – posebno od potrošenih katalizatora – često se oslanja na sisteme ispiranja na bazi hlorida ili kiseline. Ultrazvuk poboljšava kinetiku rastvaranja intenzivirajući površinske reakcije i poboljšavajući razgradnju složenih keramičkih/metalnih matrica.
• Elektronski otpad
  Štampane ploče i elektronske komponente sadrže vrijedne plemenite metale, ali imaju jake difuzijske barijere zbog polimera, oksida i višematerijalnih struktura. Ultrazvučni tretman poboljšava ujednačenost ispiranja i može smanjiti potrebno vrijeme ispiranja.

Ključne prednosti procesa

Iz perspektive procesnog inženjerstva, ultrazvučno ispiranje nudi nekoliko mjerljivih prednosti:

• kraća vremena ispiranja kroz ubrzanu kinetiku
• veći prinosi vađenja zbog poboljšanog pristupa površini
• manja potrošnja reagensa u mnogim sistemima (manje viška lixivianta potrebno)
• poboljšana ponovljivost kroz bolju disperziju i miješanje
• potencijalno niža radna temperatura jer ultrazvuk kompenzuje sporiju termalnu kinetiku

Razmatranja procesa i širenje

Uspješno ultrazvučno ispiranje u velikoj mjeri zavisi od dizajna procesa. Kritični parametri uključuju:

• Gustina i amplituda snage ultrazvuka
• Koncentracija suspenzije i raspodjela veličine čestica
• Geometrija reaktora i uslovi protoka
• Kontrola temperature
• Izbor hemije ispiranja (kisela, alkalna, hloridna itd.)

Važno je napomenuti da industrijska implementacija zahtijeva sondne visokosnažne ultrazvučne reaktore, jer soničari u kadi obično ne isporučuju dovoljno energije u guste ispuštajuće kaše. Inline ultrazvučne ćelije za protok mogu se integrisati u kontinuirane krugove za luženje, omogućavajući skalabilan rad. Hielscher visokoperformansni sonikatori su dizajnirani za obradu velikih količina u zahtjevnim uslovima – povećavajući prinose ispranih metala uz smanjenje vremena obrade i uticaja na okoliš.

Dizajn, proizvodnja i konsalting – Kvaliteta Made in Germany

Hielscher ultrasonicatori su poznati po najvišoj kvaliteti i standardima dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućavaju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih aparata u industrijske objekte. Hielscher ultrasonikatori lako se nose sa teškim uslovima i zahtevnim okruženjima.

Hielscher Ultrasonics je ISO sertifikovana kompanija i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne aparate visokih performansi koji se odlikuju najsavremenijom tehnologijom i lakoćom korišćenja. Naravno, Hielscher ultrasonikatori su usklađeni sa CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoH.

Literatura / Reference