väärismetallide ultraheli leostumine

Võimsus ultraheli on tõhus meetod metallide, näiteks väärismetallide ja haruldaste muldmetallide ekstraheerimiseks. See ultraheli abil tahke vedeliku ekstraheerimise protsess on tuntud kui sono-leostamine, liksivatsioon või pesemine. Tugevaid tööstuslikke ultrasonikaatoreid saab hõlpsasti paigaldada haruldaste muldmetallide leostamiseks maagidest, kaevandusläga töötlemiseks täielikuma taaskasutamise saavutamiseks või kõrge väärtusega metallide (nt Cu, Zn, Ni) eraldamiseks vähem väärtuslikest metallidest.

Ultraheli leostumine soodustab reaktsiooni massiülekande ja lahustumise teel, nii et lühema ekstraheerimisaja jooksul saadakse suurem saagis.
Ultraheli leostumise peamised eelised on:

• Suurem saagikus
• täielikum leostumine
• vähenenud reaktiivi kulu
• leebemad tingimused
• lihtne teostatavuskatse
• Lineaarne skaala üles
• Täiskommertslike ultrahelisüsteemide lihtne paigaldamine
• väga tugevad ultrasonikaatorid suurte voogude jaoks

Väärismetallide ultraheli leostamine: Kiirem ekstraheerimine läbi kavitatsiooni keemia

Väärismetallide, nagu kuld, hõbe, plaatina, pallaadium ja roodium, taaskasutamine on kaasaegse metallurgia ja ringlussevõtu nurgakivi. – eriti maagide, kontsentraatide ja sekundaarsete ressursside, näiteks elektroonikaromu ja katalüsaatorite töötlemisel. Tavapärane leostamine on küll hästi tuntud, kuid seda piiravad sageli aeglane massiülekanne, pinna passiivsus, väärtuslike faaside mittetäielik vabanemine ja suur reaktiivide tarbimine.
Ultraheli leotamine lahendab paljud neist kitsaskohtadest, tuues leotussette sisse suure intensiivsusega ultraheli, mis intensiivistab oluliselt reaktsiooni kineetikat nähtuse kaudu, mida tuntakse akustilise kavitatsiooni nime all.

Põhimehhanism: Acoustic Cavitation

Kui suure võimsusega ultraheli suunatakse vedelikku, tekitab see mikroskoopilisi kavitatsioonimulle, mis kiiresti moodustuvad ja varisevad. See kokkuvarisemine tekitab äärmuslikke lokaalseid tingimusi, sealhulgas:

• intensiivne mikrosegamine ja nihkejõud
• tahketele pindadele suunatud suure kiirusega mikrojette
• lokaliseeritud kuumad kohad (väga kõrge temperatuur ja rõhk mikrosekundite jooksul)

Kuigi need mõjud toimuvad mikroskoopilisel skaalal, mõjutavad nad tugevalt makroskoopilist leostumisprotsessi, uuendades pidevalt reaktiivset pinda ja kiirendades reagentide transporti tahkete osakeste juurde ja sealt välja.

Ultraheli tõhustatud happe leostumine toimib kiirusega kaksteist korda kiiremini kui tavaline happe leostumine, tänu pinna lähedal lõhkevate kavitatsioonimullide kasulikule mehaanilisele toimele. See nähtus parandab happelahuse segamist, parandades seeläbi transpordiomadusi.
Pilt ja uuring: © Canciani et al., 2024

Miks ultraheli parandab väärismetallide leostumist

Enamikus leostamissüsteemides ei ole kiirust piiravaks etapiks mitte keemiline reaktsioon ise, vaid pigem reaktiivsete ainete transport läbi piirkihtide, pooride või passiivsete pinnakilede. Ultraheli-kavitatsioon parandab leostamise tõhusust mitme sünergilise mõju kaudu:

1. Täiustatud massiülekanne
   Ultraheli vähendab tahkeid osakesi ümbritseva seisva difusioonikihi paksust. See võimaldab liksivandid (nt tsüaniid, tiosulfaat, kloriid, jodiid, tiokarbamiid või happelised süsteemid) kiiremini metalli kandvale pinnale jõuda, samas kui lahustunud metallikompleksid eemaldatakse tõhusamalt.
2. Osakeste pinna aktiveerimine
   Kavitatsiooni mikrojettide ja lööklainete abil erodeeritakse, puhastatakse ja karestatakse pidevalt osakeste pindu. See paljastab värsked mineraalsed faasid ja suurendab efektiivset reaktiivset pindala. – eriti oluline tulekindlate maakide või kaetud osakeste puhul.
3. Passiveerimiskihi katkestamine
   Paljud väärismetallid sisaldavad mineraalid moodustavad leostumise käigus pinnakihid (nt oksiidid, sulfaadid, elementaarne väävel või ränikihid). Ultraheli võib neid takistusi füüsiliselt lõhkuda, taastades leostusvahendi juurdepääsu aluspõhja metallifaasile.
4. Parem tungimine poorsetesse tahkesse ainetesse
   Kontsentraatide, katalüsaatorite ja e-jäätmete osakeste puhul aitab ultraheli suruda vedelikku pooridesse ja mikropragudesse, parandades reaktiivi juurdepääsu varjatud väärismetallidele.

Osakeste suuruse jaotus pärast ultraheli ja tavapärast leostumist
Pilt ja uuring: © Canciani et al., 2024

Rakendused: Alates maagidest kuni linnade kaevandamiseni

Ultraheli leostamist uuritakse üha enam nii primaarsete kui ka sekundaarsete ressursside puhul:

• Kuld ja hõbe
  On näidatud, et võimsus-ultraheli kiirendab kulla leostumist tsüaniidi ja alternatiivsete liksivantide puhul, parandades transporti ja kõrvaldades passiivsuse mõju. See on oluline ka hõbeda taaskasutamisel maagidest ja tööstusjääkidest.
• Platinarühma metallid (PGMid)
  Platina, pallaadiumi ja roodiumi taaskasutamine – eriti kasutatud katalüsaatoritest – tugineb sageli kloriidipõhistele või happelistele leotussüsteemidele. Ultraheli parandab lahustumise kineetikat, intensiivistades pinnareaktsioone ja parandades keeruliste keraamiliste/metallimaatriksite lagundamist.
• Elektroonikaromu
  Trükkplaadid ja elektroonikakomponendid sisaldavad väärtuslikke väärismetalle, kuid polümeeride, oksiidide ja mitmest materjalist koosnevate struktuuride tõttu on neil tugevad difusioonitõkked. Ultrahelitöötlus parandab leostumise ühtlikkust ja võib vähendada nõutavat leostumisaega.

Protsessi peamised eelised

Protsessitehnilisest vaatenurgast pakub ultraheli leostamine mitmeid mõõdetavaid eeliseid:

• lühemad leostumisajad tänu kiirendatud kineetikale
• suurem kaevandamise saagikus tänu paremale juurdepääsule pinnale
• väiksem reaktiivi tarbimine paljudes süsteemides (vähem üleliigset liksiivainet vaja)
• parem reprodutseeritavus tänu paremale hajutamisele ja segamisele
• potentsiaalselt madalam töötemperatuur, sest ultraheli kompenseerib aeglasemat termilist kineetikat

Protsessi kaalutlused ja suurendamine

Edukas ultraheli leostamine sõltub suuresti protsessi kavandamisest. Kriitilised parameetrid on järgmised:

• ultraheli võimsustihedus ja amplituud
• läga kontsentratsioon ja osakeste suurusjaotus
• reaktori geomeetria ja voolutingimused
• temperatuuri reguleerimine
• leotamise keemia valik (happeline, leeliseline, kloriidne jne).

Oluline on, et tööstuslikul tasandil rakendamine nõuab sonditüüpi suure võimsusega ultrahelireaktoreid, kuna vannisoonikaatorid ei anna tavaliselt piisavalt energiat tihedasse leostussette. Inline ultraheli-voolurakke saab integreerida pidevasse leotamisahelasse, mis võimaldab skaalalisi toiminguid. Hielscheri suure jõudlusega sonikaatorid on ehitatud suurte mahtude töötlemiseks nõudlikes tingimustes. – suurendada leostatud metallide saagist, vähendades samal ajal töötlemisaega ja keskkonnamõju.

Disain, tootmine ja nõustamine – Kvaliteet Valmistatud Saksamaal

Hielscheri ultrasonikaatorid on tuntud oma kõrgeimate kvaliteedi- ja disainistandardite poolest. Vastupidavus ja lihtne kasutamine võimaldavad meie ultrasonikaatorite sujuvat integreerimist tööstusrajatistesse. Hielscheri ultrasonikaatorid saavad kergesti käsitseda karmid tingimused ja nõudlikud keskkonnad.

Hielscher Ultrasonics on ISO sertifitseeritud ettevõte ja paneb erilist rõhku suure jõudlusega ultrasonikaatoritele, millel on tipptasemel tehnoloogia ja kasutajasõbralikkus. Loomulikult on Hielscheri ultrasonikaatorid CE-nõuetele vastavad ja vastavad UL, CSA ja RoHs nõuetele.

Kirjandus / Viited