Ultrazvukové loužení drahých kovů

Výkonový ultrazvuk je účinná technika pro extrakci kovů, jako jsou drahé kovy a vzácné zeminy. Tento proces ultrazvukem asistované extrakce pevných látek a kapalin je známý jako sono-loužení, vyluhování nebo promývání. Robustní průmyslové ultrasonicators lze snadno instalovat k vyluhování vzácných zemin z rud, k úpravě těžebních kalů pro úplnější zotavení nebo k oddělení vysoce hodnotných kovů (např. Cu, Zn, Ni) od méně cenných kovů.

Ultrazvukové loužení podporuje reakci přenosem hmoty a rozpouštěním, takže se dosáhne vyšších výtěžků za kratší dobu extrakce.
Hlavní výhody ultrazvukového loužení jsou:

• Vyšší výnos
• úplnější loužení
• Snížená spotřeba činidel
• mírnější podmínky
• Jednoduché testování proveditelnosti
• Lineární škálování
• Snadná instalace plně komerčních ultrazvukových systémů
• Velmi robustní ultrasonicators pro velké objemy toků

Ultrazvukové loužení drahých kovů: Rychlejší extrakce pomocí kavitační chemie

Zpětné získávání drahých kovů, jako je zlato, stříbro, platina, palladium a rhodium, je základem moderní metalurgie a recyklace. – zejména při zpracování rud, koncentrátů a druhotných surovin, jako je elektronický šrot a katalyzátory. Konvenční loužení je sice dobře zavedené, ale často je omezeno pomalým přenosem hmoty, povrchovou pasivací, neúplným uvolňováním cenných fází a vysokou spotřebou činidel.
Ultrazvukové loužení řeší mnoho z těchto překážek tím, že do loužicí suspenze zavádí ultrazvuk o vysoké intenzitě, který výrazně zintenzivňuje reakční kinetiku díky jevu známému jako akustická kavitace.

Základní mechanismus: Akustická kavitace

Při spojení vysoce výkonného ultrazvuku s kapalinou vznikají mikroskopické kavitační bubliny, které se rychle tvoří a hroutí. Tento kolaps vytváří extrémní lokální podmínky, včetně:

• intenzivní mikromíchání a smykové síly.
• vysokorychlostní mikrotrysky namířené na pevné povrchy.
• lokální horké skvrny (velmi vysoké teploty a tlaky po dobu mikrosekund).

Ačkoli se tyto účinky projevují v mikroskopickém měřítku, silně ovlivňují makroskopický proces vyluhování tím, že neustále obnovují reaktivní povrch a urychlují transport činidel k pevným částicím a z nich.

Ultrazvukem zesílené kyselé loužení funguje dvanáctkrát rychleji než konvenční kyselé loužení, a to díky příznivému mechanickému působení kavitačních bublin, které prasknou v blízkosti povrchu. Tento jev zlepšuje míchání kyselých roztoků, čímž se zlepšují transportní vlastnosti.
Obrázek a studie: © Canciani et al., 2024

Proč ultrazvuk zlepšuje loužení drahých kovů

Ve většině vyluhovacích systémů není rychlost limitujícím krokem samotná chemická reakce, ale spíše transport reaktantů přes hraniční vrstvy, póry nebo pasivační povrchové vrstvy. Ultrazvuková kavitace zvyšuje účinnost loužení několika synergickými účinky:

1. Zvýšený přenos hmoty
   Ultrazvuk snižuje tloušťku stagnující difuzní vrstvy obklopující pevné částice. To umožňuje, aby se lixivátory (např. kyanid, thiosíran, chlorid, jodid, thiomočovina nebo kyselé systémy) dostaly rychleji k povrchu nesoucímu kov, zatímco rozpuštěné komplexy kovů jsou účinněji odstraněny.
2. Aktivace povrchu částic
   Kavitační mikrotrysky a rázové vlny průběžně erodují, čistí a zdrsňují povrch částic. Tím se obnažují čerstvé minerální fáze a zvětšuje se účinná reakční plocha. – zvláště důležité u žáruvzdorných rud nebo povlakovaných částic.
3. Narušení pasivačních vrstev
   Mnoho minerálů obsahujících drahé kovy vytváří během loužení povrchové vrstvy (např. oxidy, sírany, elementární síru nebo vrstvy oxidu křemičitého). Ultrazvuk může tyto bariéry fyzicky narušit a obnovit přístup loužicího činidla k základní fázi kovu.
4. Zlepšená penetrace do porézních pevných látek
   U koncentrátů, katalyzátorů a částic elektronického odpadu pomáhá ultrazvuk vtlačit kapalinu do pórů a mikrotrhlin, čímž se zlepší přístup činidla k usazeným drahým kovům.

Distribuce velikosti částic po ultrazvukovém a konvenčním loužení
Obrázek a studie: © Canciani et al., 2024

Aplikace: Od rud po městskou těžbu

Ultrazvukové loužení je stále více zkoumáno jak v primárních, tak v sekundárních zdrojích:

• Zlato a stříbro
  Bylo prokázáno, že výkonný ultrazvuk urychluje loužení zlata v kyanidech a alternativních lixivátorech tím, že zlepšuje transport a odstraňuje pasivační účinky. Je rovněž důležitá pro získávání stříbra z rud a průmyslových zbytků.
• Kovy platinové skupiny (PGM)
  Získávání platiny, palladia a rhodia – zejména z vyhořelých katalyzátorů – často spoléhá na chloridové nebo kyselé loužící systémy. Ultrazvuk zvyšuje kinetiku rozpouštění tím, že zintenzivňuje povrchové reakce a zlepšuje rozklad složitých keramických/kovových matric.
• Elektronický šrot
  Desky s plošnými spoji a elektronické součástky obsahují cenné drahé kovy, ale představují silné difúzní bariéry kvůli polymerům, oxidům a vícemateriálovým strukturám. Ultrazvuková úprava zlepšuje rovnoměrnost loužení a může zkrátit potřebnou dobu loužení.

Klíčové výhody procesu

Z hlediska procesního inženýrství nabízí ultrazvukové loužení několik měřitelných výhod:

• kratší doba loužení díky zrychlené kinetice
• vyšší výtěžnost těžby díky lepšímu přístupu na povrch.
• nižší spotřeba činidla v mnoha systémech (je potřeba méně přebytečného lixiviantu).
• lepší reprodukovatelnost díky lepší dispergaci a míchání.
• potenciálně nižší provozní teplota, protože ultrazvuk kompenzuje pomalejší tepelnou kinetiku.

Úvahy o procesech a rozšiřování

Úspěšné loužení ultrazvukem silně závisí na návrhu procesu. Mezi kritické parametry patří:

• hustota a amplituda ultrazvukového výkonu
• koncentrace suspenze a distribuce velikosti částic
• geometrie reaktoru a podmínky proudění
• Regulace teploty
• volba chemického loužení (kyselé, alkalické, chloridové atd.).

Důležité je, že pro průmyslové použití jsou nutné vysoce výkonné ultrazvukové reaktory typu sondy, protože sonikátory ve vaně obvykle nedodávají dostatečnou energii do hustých loužicích kalů. Inline ultrazvukové průtokové cely lze integrovat do kontinuálních vyluhovacích okruhů, což umožňuje škálovatelný provoz. Vysoce výkonné sonikátory Hielscher jsou určeny pro zpracování velkých objemů za náročných podmínek. – zvýšení výtěžnosti vyluhovaných kovů při současném zkrácení doby zpracování a snížení dopadu na životní prostředí.

Projekce, výroba a poradenství – Kvalita Made in Germany

Hielscher ultrasonicators jsou dobře známí pro své nejvyšší standardy kvality a designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových zařízení do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročná prostředí jsou snadno zvládnutelné Hielscher ultrasonikators.

Hielscher Ultrasonics je společnost certifikovaná ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou v souladu s CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.

Literatura / Reference