Lixiviación Ultrasónica de Metales Preciosos

Ultrasonidos de gran alcance es un método efectivo para extraer metales tales como metales preciosos y tierras raras. Este proceso de extracción sólido-líquido asistida por ultrasonidos se denomina sono-lixiviación, lixiviación o lavado. Ultrasonicadores industriales robustos pueden instalarse fácilmente para lixiviar tierras raras de minerales, para el tratamiento de lodos de minería para una recuperación más completa o para separar metales menos valiosos metales de alto valor (por ej. Cu, Zn, Ni).

La lixiviación ultrasónica promueve la reacción de transferencia de masa y la disolución para que se obtienen rendimientos más altos en más corto tiempo de extracción.
Los principales beneficios de la lixiviación asistida por ultrasonidos son:

• mayores rendimientos
• lixiviación más completa
• reducido consumo de reactivos
• condiciones más suaves
• estudio de viabilidad simple
• aumento lineal a gran escala de producción industrial
• fácil instalación de sistemas ultrasónicos para producción comercial
• ultrasonicadores muy robustos para flujos de gran volumen

Lixiviación ultrasónica de metales preciosos: Extracción más rápida mediante química de cavitación

La recuperación de metales preciosos como el oro, la plata, el platino, el paladio y el rodio es una de las piedras angulares de la metalurgia moderna y del reciclaje. – especialmente en el tratamiento de minerales, concentrados y recursos secundarios como la chatarra electrónica y los convertidores catalíticos. Aunque la lixiviación convencional está bien establecida, a menudo se ve limitada por la lentitud de la transferencia de masa, la pasivación superficial, la liberación incompleta de fases valiosas y el elevado consumo de reactivos.
La lixiviación ultrasónica resuelve muchos de estos cuellos de botella introduciendo ultrasonidos de alta intensidad en el lodo de lixiviación, lo que intensifica drásticamente la cinética de reacción mediante un fenómeno conocido como cavitación acústica.

El mecanismo central: Cavitación acústica

Cuando los ultrasonidos de alta potencia se acoplan a un líquido, crean burbujas microscópicas de cavitación que se forman y colapsan rápidamente. Este colapso genera condiciones localizadas extremas, entre ellas:

• micromezcla intensa y fuerzas de cizallamiento
• microjets de alta velocidad dirigidos a superficies sólidas
• puntos calientes localizados (temperaturas y presiones muy elevadas durante microsegundos)

Aunque estos efectos se producen a escala microscópica, influyen fuertemente en el proceso macroscópico de lixiviación al renovar continuamente la superficie reactiva y acelerar el transporte de reactivos hacia y desde las partículas sólidas.

La lixiviación ácida mejorada por ultrasonidos funciona a un ritmo doce veces más rápido que la lixiviación ácida convencional, debido a la beneficiosa acción mecánica de las burbujas de cavitación que estallan cerca de la superficie. Este fenómeno mejora la mezcla de la solución ácida, mejorando así las propiedades de transporte.
Imagen y estudio: © Canciani et al., 2024

Por qué los ultrasonidos mejoran la lixiviación de metales preciosos

En la mayoría de los sistemas de lixiviación, el paso que limita la velocidad no es la reacción química en sí, sino el transporte de reactivos a través de capas límite, poros o películas superficiales pasivantes. La cavitación ultrasónica mejora la eficacia de la lixiviación gracias a varios efectos sinérgicos:

1. Transferencia de masa mejorada
   Los ultrasonidos reducen el grosor de la capa de difusión estancada que rodea a las partículas sólidas. Esto permite que los lixiviantes (por ejemplo, cianuro, tiosulfato, cloruro, yoduro, tiourea o sistemas ácidos) alcancen más rápidamente la superficie portadora del metal, mientras que los complejos metálicos disueltos se eliminan con mayor eficacia.
2. Activación de la superficie de las partículas
   Los microchorros de cavitación y las ondas de choque erosionan, limpian y desbastan continuamente las superficies de las partículas. Esto deja al descubierto nuevas fases minerales y aumenta el área reactiva efectiva. – especialmente importante en minerales refractarios o partículas recubiertas.
3. Alteración de las capas de pasivación
   Muchos minerales que contienen metales preciosos forman capas superficiales durante la lixiviación (por ejemplo, óxidos, sulfatos, azufre elemental o películas de sílice). Los ultrasonidos pueden romper físicamente estas barreras, restaurando el acceso del agente de lixiviación a la fase metálica subyacente.
4. Penetración mejorada en sólidos porosos
   En el caso de concentrados, catalizadores y partículas de residuos electrónicos, los ultrasonidos ayudan a forzar la entrada de líquido en poros y microfisuras, mejorando el acceso de los reactivos a los metales preciosos incrustados.

Distribuciones granulométricas tras lixiviación ultrasónica y convencional
Imagen y estudio: © Canciani et al., 2024

Aplicaciones: De los minerales a la minería urbana

La lixiviación ultrasónica se investiga cada vez más tanto en recursos primarios como secundarios:

• Oro y plata
  Se ha demostrado que el ultrasonido de potencia acelera la lixiviación del oro en cianuro y lixiviantes alternativos al mejorar el transporte y eliminar los efectos de pasivación. También es relevante para la recuperación de plata a partir de minerales y residuos industriales.
• Metales del grupo del platino (MGP)
  Recuperación de platino, paladio y rodio – especialmente de catalizadores usados – a menudo se basa en sistemas de lixiviación a base de cloruros o ácidos. Los ultrasonidos mejoran la cinética de disolución intensificando las reacciones superficiales y mejorando la descomposición de matrices cerámicas/metálicas complejas.
• Chatarra electrónica
  Las placas de circuitos impresos y los componentes electrónicos contienen valiosos metales preciosos, pero presentan fuertes barreras de difusión debido a los polímeros, los óxidos y las estructuras multimaterial. El tratamiento ultrasónico mejora la uniformidad de la lixiviación y puede reducir el tiempo de lixiviación necesario.

Principales ventajas del proceso

Desde el punto de vista de la ingeniería de procesos, la lixiviación por ultrasonidos ofrece varias ventajas cuantificables:

• tiempos de lixiviación más cortos gracias a una cinética acelerada
• mayores rendimientos de extracción gracias a un mejor acceso a la superficie
• menor consumo de reactivo en muchos sistemas (se necesita menos exceso de lixiviante)
• mayor reproducibilidad gracias a una mejor dispersión y mezcla
• Temperatura de funcionamiento potencialmente más baja porque el ultrasonido compensa la cinética térmica más lenta.

Consideraciones sobre el proceso y la ampliación

El éxito de la lixiviación por ultrasonidos depende en gran medida del diseño del proceso. Los parámetros críticos incluyen:

• densidad de potencia y amplitud de los ultrasonidos
• concentración del lodo y distribución del tamaño de las partículas
• geometría del reactor y condiciones de flujo
• control de temperatura
• elección de la química de lixiviación (ácida, alcalina, clorada, etc.)

Es importante destacar que la aplicación a escala industrial requiere reactores ultrasónicos de alta potencia tipo sonda, ya que los sonicadores de baño no suelen suministrar suficiente energía a los lodos de lixiviación densos. Las celdas de flujo ultrasónicas en línea pueden integrarse en circuitos de lixiviación continuos, lo que permite un funcionamiento escalable. Los sonicadores de alto rendimiento de Hielscher están diseñados para procesar grandes volúmenes en condiciones exigentes. – aumentar el rendimiento de los metales lixiviados reduciendo al mismo tiempo el tiempo de tratamiento y el impacto medioambiental.

Diseño, fabricación y consultoría – Calidad Made in Germany

Los ultrasonidos de Hielscher son conocidos por sus elevados estándares de calidad y diseño. Su robustez y fácil manejo permiten una integración sin problemas de nuestros ultrasonidos en las instalaciones industriales. Los ultrasonidos de Hielscher soportan sin problemas las condiciones más duras y los entornos más exigentes.

Hielscher Ultrasonics es una empresa con certificación ISO y pone especial énfasis en los ultrasonidos de alto rendimiento con tecnología punta y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonidos de Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoHs.

Literatura / Referencias