Jalometallien ultraääniuutto

Teho-ultraääni on tehokas tekniikka metallien, kuten jalometallien ja harvinaisten maametallien, uuttamiseksi. Tämä ultraäänellä avustetun kiinteän nesteen uuttamisprosessi tunnetaan nimellä sono-uutto, liksiviaatio tai pesu. Vankat teolliset ultraääniastiat voidaan helposti asentaa harvinaisten maametallien liuottamiseen malmeista, kaivoslietteen käsittelyyn täydellisempää talteenottoa varten tai arvokkaiden metallien (esim. Cu, Zn, Ni) erottamiseksi vähemmän arvokkaista metalleista.

Ultraääniuutto edistää reaktiota massansiirrolla ja liukenemisella siten, että korkeammat saannot saadaan lyhyemmässä uuttoajassa.
Ultraääniuuton tärkeimmät edut ovat:

• Korkeampi saanto
• täydellisempi huuhtoutuminen
• vähentynyt reagenssin kulutus
• lievemmät olosuhteet
• yksinkertainen toteutettavuustestaus
• lineaarinen skaalaus
• Täysin kaupallisten ultraäänijärjestelmien helppo asennus
• erittäin kestävät ultraääniastiat suurille volyymivirroille

Jalometallien ultraääniliuotus: Kavitaatiokemian avulla nopeampi uutto

Jalometallien, kuten kullan, hopean, platinan, palladiumin ja rodiumin talteenotto on nykyaikaisen metallurgian ja kierrätyksen kulmakivi. – erityisesti malmien, rikasteiden ja sekundääristen raaka-aineiden, kuten elektroniikkaromun ja katalysaattoreiden, käsittelyssä. Vaikka perinteinen liuotus on vakiintunut, sitä rajoittavat usein hidas aineensiirto, pinnan passivoituminen, arvokkaiden faasien epätäydellinen vapautuminen ja suuri reagenssien kulutus.
Ultraääniliuotus ratkaisee monia näistä pullonkauloista tuomalla lietteeseen suuritehoista ultraääntä, joka tehostaa reaktiokinetiikkaa huomattavasti akustisen kavitaation nimellä tunnetun ilmiön avulla.

Ydinmekanismi: Akustinen kavitaatio

Kun suuritehoinen ultraääni kytketään nesteeseen, se synnyttää mikroskooppisen pieniä kavitaatiokuplia, jotka muodostuvat ja romahtavat nopeasti. Tämä romahdus tuottaa äärimmäisiä paikallisia olosuhteita, kuten:

• voimakas mikrosekoittuminen ja leikkausvoimat
• suurnopeuksiset mikrosuihkut, jotka kohdistuvat kiinteisiin pintoihin
• paikalliset kuumat kohdat (erittäin korkeat lämpötilat ja paineet mikrosekuntien ajan).

Vaikka nämä vaikutukset tapahtuvat mikroskooppisessa mittakaavassa, ne vaikuttavat voimakkaasti makroskooppiseen liuotusprosessiin uudistamalla jatkuvasti reaktiivista pintaa ja nopeuttamalla reagenssien kulkeutumista kiinteisiin hiukkasiin ja niistä pois.

Ultraäänellä tehostettu happouutto toimii kaksitoista kertaa nopeammin kuin tavanomainen happouutto, johtuen pinnan lähellä puhkeavien kavitaatiokuplien hyödyllisestä mekaanisesta vaikutuksesta. Tämä ilmiö parantaa happoliuosten sekoittumista, mikä parantaa kuljetusominaisuuksia.
Kuva ja tutkimus: © Canciani et al., 2024.

Miksi ultraääni parantaa jalometallien liuotusta

Useimmissa liuotusjärjestelmissä nopeutta rajoittava vaihe ei ole itse kemiallinen reaktio, vaan pikemminkin reagoivien aineiden kulkeutuminen rajakerrosten, huokosten tai passivoivien pintakalvojen läpi. Ultraäänikavitaatio parantaa liuotuksen tehokkuutta useiden synergististen vaikutusten ansiosta:

1. Tehostettu massansiirto
   Ultraääni vähentää kiinteitä hiukkasia ympäröivän pysähtyneen diffuusiokerroksen paksuutta. Tämän ansiosta liksivantit (esim. syanidi, tiosulfaatti, kloridi, jodidi, tiourea tai happamat järjestelmät) pääsevät nopeammin metallia sisältävälle pinnalle, kun taas liuenneet metallikompleksit poistuvat tehokkaammin.
2. Hiukkasen pinnan aktivointi
   Kavitaatiomikrosuihkut ja iskuaallot kuluttavat, puhdistavat ja karhentavat hiukkaspintoja jatkuvasti. Tämä paljastaa uusia mineraalifaaseja ja lisää tehokasta reaktiivista pinta-alaa. – erityisen tärkeää tulenkestävissä malmeissa tai päällystetyissä hiukkasissa.
3. Passivointikerrosten rikkoutuminen
   Monet jalometallipitoiset mineraalit muodostavat pintakerroksia liuotuksen aikana (esim. oksideja, sulfaatteja, alkuainerikkiä tai piikalvoja). Ultraääni voi fyysisesti rikkoa nämä esteet, jolloin liuotusaine pääsee takaisin alla olevaan metallifaasiin.
4. Parannettu tunkeutuminen huokoisiin kiinteisiin aineisiin
   Rikasteiden, katalyyttien ja e-jätehiukkasten osalta ultraääni auttaa pakottamaan nesteen huokosiin ja mikrosäröihin, mikä parantaa reagenssin pääsyä upotettuihin jalometalleihin.

Hiukkaskokojakaumat ultraääni- ja tavanomaisen huuhtoutumisen jälkeen
Kuva ja tutkimus: © Canciani et al., 2024.

Sovellukset: Malmeista kaupunkien kaivostoimintaan

Ultraääniliuotusta tutkitaan yhä enemmän sekä primääri- että sekundäärilähteissä:

• Kulta ja hopea
  Teho-ultraäänen on osoitettu nopeuttavan kullan liuotusta syanidilla ja vaihtoehtoisilla lixivanteilla parantamalla kulkeutumista ja poistamalla passivointivaikutuksia. Sillä on merkitystä myös hopean talteenotossa malmista ja teollisuusjätteistä.
• Platinaryhmän metallit (PGM)
  Platinan, palladiumin ja rodiumin talteenotto – erityisesti käytetyistä katalysaattoreista – perustuu usein kloridipohjaisiin tai happamiin huuhtelujärjestelmiin. Ultraääni tehostaa liuotuskinetiikkaa tehostamalla pintareaktioita ja parantamalla monimutkaisten keramiikka/metallimatriisien hajoamista.
• Elektroniikkaromu
  Painetut piirilevyt ja elektroniikkakomponentit sisältävät arvokkaita jalometalleja, mutta polymeereistä, oksideista ja monimateriaalirakenteista johtuvat diffuusioesteet ovat voimakkaita. Ultraäänikäsittely parantaa liuotuksen tasaisuutta ja voi lyhentää tarvittavaa liuotusaikaa.

Tärkeimmät prosessin edut

Prosessitekniikan näkökulmasta ultraääniliuotus tarjoaa useita mitattavissa olevia etuja:

• lyhyemmät huuhtoutumisajat nopeutetun kinetiikan ansiosta
• korkeampi louhintatulos paremman pintakäsittelyn ansiosta.
• alhaisempi reagenssin kulutus monissa järjestelmissä (vähemmän ylimääräistä liksivointiainetta tarvitaan).
• parempi toistettavuus paremman dispersion ja sekoittumisen ansiosta
• Mahdollisesti alhaisempi käyttölämpötila, koska ultraääni kompensoi hitaampaa lämpökinetiikkaa.

Prosessia koskevat näkökohdat ja skaalautuminen

Onnistunut ultraääniliuotus riippuu voimakkaasti prosessin suunnittelusta. Kriittisiä parametreja ovat mm:

• ultraäänen tehotiheys ja amplitudi
• lietteen pitoisuus ja hiukkaskokojakauma
• reaktorin geometria ja virtausolosuhteet
• Lämpötilan säätö
• liuotuskemian valinta (hapan, emäksinen, kloridi jne.).

Tärkeää on, että teollisen mittakaavan toteuttaminen edellyttää luotaintyyppisiä suuritehoisia ultraäänireaktoreita, sillä kylpyammeen sonikaattorit eivät yleensä tuota riittävästi energiaa tiheisiin lietteisiin. Inline-ultraäänivirtaussolut voidaan integroida jatkuviin liuotuspiireihin, mikä mahdollistaa skaalautuvan toiminnan. Hielscherin korkean suorituskyvyn sonikaattorit on rakennettu suurten määrien käsittelyyn vaativissa olosuhteissa. – lisäämällä liuotettujen metallien saantoa ja vähentämällä samalla käsittelyaikaa ja ympäristövaikutuksia.

Suunnittelu, valmistus ja konsultointi – Laatu valmistettu Saksassa

Hielscher-ultraääniastiat ovat tunnettuja korkeimmista laatu- ja suunnittelustandardeistaan. Kestävyys ja helppokäyttöisyys mahdollistavat ultraäänilaitteidemme sujuvan integroinnin teollisuuslaitoksiin. Hielscher-ultraäänilaitteet käsittelevät helposti karkeita olosuhteita ja vaativia ympäristöjä.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifioitu yritys ja painottaa erityisesti korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteita, joissa on huipputeknologia ja käyttäjäystävällisyys. Tietenkin, Hielscher-ultraäänilaitteet ovat CE-yhteensopivia ja täyttävät UL: n, CSA: n ja RoHs: n vaatimukset.

Kirjallisuus / Viitteet