Lessivage Ultrason des Métaux Précieux

Ultrason de puissance est une technique efficace pour extraire les métaux tels que les métaux précieux et de terres rares. Ce processus d'extraction solide-liquide assistée par ultrasons est appelé sono-lessivage, lixiviation ou lavage. Ultrasonicateurs industrielles robustes peuvent être facilement installés pour lessiver les terres rares de minerais, pour traiter les boues minières pour une récupération plus complète ou pour séparer les métaux de grande valeur (par ex. Cu, Zn, Ni) des métaux moins précieux.

La lixiviation par ultrasons promeuve la réaction de transfert de masse et de la dissolution, afin que les meilleurs rendements sont obtenus en moins de temps d'extraction.
Les principaux avantages du lessivage par ultrasons sont:

• rendements plus élevés
• lessivage plus complète
• consommation de réactifs réduite
• conditions de processus moins agressifs
• essais de faisabilité simple
• échelle linéaire à production
• installation facile de systèmes à ultrasons commerciales
• ultrasonicateurs très robustes pour les flux de grand volume

Lixiviation ultrasonique des métaux précieux : Extraction plus rapide grâce à la chimie de la cavitation

La récupération des métaux précieux tels que l'or, l'argent, le platine, le palladium et le rhodium est une pierre angulaire de la métallurgie moderne et du recyclage. – en particulier dans le traitement des minerais, des concentrés et des ressources secondaires telles que les déchets électroniques et les convertisseurs catalytiques. Bien que la lixiviation conventionnelle soit bien établie, elle est souvent limitée par un transfert de masse lent, une passivation de la surface, une libération incomplète des phases précieuses et une consommation élevée de réactifs.
La lixiviation par ultrasons résout bon nombre de ces problèmes en introduisant des ultrasons de haute intensité dans la boue de lixiviation, ce qui intensifie considérablement la cinétique de la réaction grâce à un phénomène connu sous le nom de cavitation acoustique.

Le mécanisme central : Cavitation acoustique

Lorsque des ultrasons de forte puissance sont couplés à un liquide, ils créent des bulles de cavitation microscopiques qui se forment et s'effondrent rapidement. Cet effondrement génère des conditions localisées extrêmes, notamment

• micro-mélange intense et forces de cisaillement
• microjets à grande vitesse dirigés vers des surfaces solides
• points chauds localisés (températures et pressions très élevées pendant quelques microsecondes)

Bien que ces effets se produisent à l'échelle microscopique, ils influencent fortement le processus de lixiviation macroscopique en renouvelant continuellement la surface réactive et en accélérant le transport des réactifs vers et depuis les particules solides.

La lixiviation acide améliorée par ultrasons est douze fois plus rapide que la lixiviation acide conventionnelle, en raison de l'action mécanique bénéfique des bulles de cavitation qui éclatent près de la surface. Ce phénomène améliore le mélange de la solution acide, ce qui renforce les propriétés de transport.
Image et étude : © Canciani et al., 2024

Pourquoi les ultrasons améliorent-ils la lixiviation des métaux précieux ?

Dans la plupart des systèmes de lixiviation, l'étape limitant la vitesse n'est pas la réaction chimique elle-même, mais plutôt le transport des réactifs à travers les couches limites, les pores ou les films de surface passivants. La cavitation ultrasonique améliore l'efficacité de la lixiviation grâce à plusieurs effets synergiques :

1. Amélioration du transfert de masse
   Les ultrasons réduisent l'épaisseur de la couche de diffusion stagnante entourant les particules solides. Cela permet aux lixiviants (par exemple le cyanure, le thiosulfate, le chlorure, l'iodure, la thiourée ou les systèmes acides) d'atteindre la surface métallique plus rapidement, tandis que les complexes métalliques dissous sont éliminés plus efficacement.
2. Activation de la surface des particules
   Les microjets de cavitation et les ondes de choc érodent, nettoient et rendent rugueuse la surface des particules. Cela permet d'exposer des phases minérales fraîches et d'augmenter la surface réactive effective. – particulièrement important pour les minerais réfractaires ou les particules enrobées.
3. Perturbation des couches de passivation
   De nombreux minéraux contenant des métaux précieux forment des couches superficielles pendant la lixiviation (par exemple, des oxydes, des sulfates, du soufre élémentaire ou des films de silice). Les ultrasons peuvent perturber physiquement ces barrières, rétablissant l'accès de l'agent de lixiviation à la phase métallique sous-jacente.
4. Amélioration de la pénétration dans les solides poreux
   Pour les concentrés, les catalyseurs et les particules de déchets électroniques, les ultrasons permettent de forcer le liquide à pénétrer dans les pores et les microfissures, améliorant ainsi l'accès des réactifs aux métaux précieux incorporés.

Distribution de la taille des particules après une lixiviation ultrasonique et conventionnelle
Image et étude : © Canciani et al., 2024

Applications : Des minerais à l'exploitation minière urbaine

La lixiviation par ultrasons est de plus en plus étudiée pour les ressources primaires et secondaires :

• L'or et l'argent
  Il a été démontré que les ultrasons de puissance accélèrent la lixiviation de l'or dans le cyanure et les lixiviants alternatifs en améliorant le transport et en supprimant les effets de passivation. Ils sont également utiles pour la récupération de l'argent à partir de minerais et de résidus industriels.
• Métaux du groupe du platine (MGP)
  Récupération du platine, du palladium et du rhodium – notamment à partir des pots catalytiques usagés – s'appuie souvent sur des systèmes de lixiviation à base de chlorure ou d'acide. Les ultrasons améliorent la cinétique de dissolution en intensifiant les réactions de surface et en améliorant la décomposition des matrices céramiques/métalliques complexes.
• Ferraille électronique
  Les circuits imprimés et les composants électroniques contiennent des métaux précieux mais présentent de fortes barrières à la diffusion en raison des polymères, des oxydes et des structures multi-matériaux. Le traitement par ultrasons améliore l'uniformité de la lixiviation et peut réduire le temps de lixiviation nécessaire.

Principaux avantages du processus

Du point de vue de l'ingénierie des procédés, la lixiviation par ultrasons offre plusieurs avantages mesurables :

• des temps de lixiviation plus courts grâce à une cinétique accélérée
• des rendements d'extraction plus élevés grâce à l'amélioration de l'accès à la surface
• consommation moindre de réactifs dans de nombreux systèmes (moins d'excès de lixiviant nécessaire)
• une meilleure reproductibilité grâce à une meilleure dispersion et un meilleur mélange
• température de fonctionnement potentiellement plus basse car les ultrasons compensent la cinétique thermique plus lente

Considérations sur le processus et mise à l'échelle

La réussite de la lixiviation par ultrasons dépend fortement de la conception du procédé. Les paramètres critiques sont les suivants

• la densité de puissance et l'amplitude des ultrasons
• concentration de la boue et distribution de la taille des particules
• géométrie du réacteur et conditions d'écoulement
• contrôle de la température
• le choix de la chimie de lixiviation (acide, alcaline, chlorure, etc.)

Il est important de noter que la mise en œuvre à l'échelle industrielle nécessite des réacteurs ultrasoniques à haute puissance de type sonde, car les sonicateurs de bain ne fournissent généralement pas une énergie suffisante dans les boues de lixiviation denses. Les cellules d'écoulement à ultrasons en ligne peuvent être intégrées dans des circuits de lixiviation en continu, ce qui permet un fonctionnement modulable. Les sonicateurs haute performance Hielscher sont conçus pour traiter de grands volumes dans des conditions exigeantes. – augmenter les rendements des métaux lixiviés tout en réduisant le temps de traitement et l'impact sur l'environnement.

Conception, fabrication et conseil – Qualité Made in Germany

Les ultrasons Hielscher sont réputés pour leur qualité et leurs normes de conception les plus élevées. La robustesse et la facilité d'utilisation permettent une intégration aisée de nos ultrasons dans les installations industrielles. Les conditions difficiles et les environnements exigeants sont facilement gérés par les ultrasons Hielscher.

Hielscher Ultrasonics est une entreprise certifiée ISO et met l'accent sur les ultrasons de haute performance, dotés d'une technologie de pointe et d'une grande facilité d'utilisation. Bien entendu, les ultrasons Hielscher sont conformes à la norme CE et répondent aux exigences des normes UL, CSA et RoHs.

Littérature / Références