રાખમાંથી દુર્લભ પૃથ્વી તત્ત્વોનું અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ

રાખમાંથી દુર્લભ પૃથ્વી તત્ત્વોની પુનઃપ્રાપ્તિ કરતી વખતે અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ નિષ્કર્ષણની ઉપજ વધારી શકે છે અને પ્રક્રિયાનો સમય ઘટાડી શકે છે. રાખના કણો અને લીચિંગ કારકો વચ્ચેનો સંપર્ક સુધારીને, ઉચ્ચ શક્તિવાળું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્રાવણની પ્રક્રિયાને વેગ આપે છે અને મૂલ્યવાન તત્ત્વોને વધુ સુલભ બનાવવામાં મદદ કરે છે. કોલસાની ઉડતી રાખ પરના અભ્યાસો આ સંભાવના દર્શાવે છે: સંશોધકોએ ઇટ્રિયમનું 97% નિષ્કર્ષણ નોંધાવ્યું હતું, જ્યારે ગેલિયમ અને વેનેડિયમ પરના એક અલગ અભ્યાસમાં એસિડ લીચિંગનો સમય 180 મિનિટથી ઘટાડીને 20 મિનિટ કરવામાં આવ્યો હતો.

દુર્લભ પૃથ્વી તત્ત્વો માટે ગૌણ સંસાધન તરીકે રાખ

રાખ દુર્લભ પૃથ્વી તત્ત્વો (REEs) માટે એક આશાસ્પદ ગૌણ સંસાધન છે. કોલસાના દહનના અવશેષોમાં ઇટ્રિયમ અને અન્ય દુર્લભ પૃથ્વી તત્ત્વો હોઈ શકે છે, જેનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, ઊર્જા તકનીકો અને અદ્યતન સામગ્રીઓમાં થાય છે. રાખના હાલના પ્રવાહો અને સંચયોમાંથી આ તત્ત્વોની પુનઃપ્રાપ્તિ કરવાથી કાચા માલના પુરવઠામાં વિવિધતા આવી શકે છે અને નિકાલ કરવાની સામગ્રી ઉપયોગી કાચા માલમાં ફેરવાઈ શકે છે.
નિષ્કર્ષણની સંભાવના તત્ત્વોની સાંદ્રતા અને તેમની સુલભતા બંને પર આધાર રાખે છે. રાખમાં મૂલ્યવાન તત્ત્વો હોઈ શકે છે, છતાં જો આસપાસનું ખનિજ માળખું અભિકર્મકની પહોંચ મર્યાદિત કરે તો લીચિંગ દરમિયાન તેમનો માત્ર મર્યાદિત અંશ જ મુક્ત થઈ શકે છે. તેથી રાખની સંરચના, પૂર્વપ્રક્રિયા અને લીચિંગના રસાયણશાસ્ત્રને એકસાથે ધ્યાનમાં લેવા જરૂરી છે. એક જ કાચા માલમાંથી અનેક મૂલ્યવાન તત્ત્વોની પુનઃપ્રાપ્તિ કરવાથી પ્રક્રિયાની સંભાવનાઓ પણ સુધરી શકે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ રાખના કણોને ખંડિત કરે છે, જેથી દુર્લભ પૃથ્વી તત્ત્વો લીચિંગ અભિકર્મકો માટે સુલભ બને છે. કણો અને અભિકર્મક વચ્ચે દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ સુધારીને, સોનિકેશન પ્રક્રિયાનો સમય ઘટાડવાની સાથે પુનઃપ્રાપ્તિ વધારે છે!

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ રાખનું લીચિંગ કેવી રીતે સુધારે છે

ઉચ્ચ શક્તિવાળું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ધ્વનિક કેવિટેશન દ્વારા ઘન–પ્રવાહી નિષ્કર્ષણને તીવ્ર બનાવે છે. પ્રવાહીમાં સૂક્ષ્મ પરપોટા બને છે અને અંતઃસ્ફોટ પામે છે, જેનાથી સ્થાનિક કર્તન બળો, સૂક્ષ્મ જેટ અને તીવ્ર મિશ્રણ ઉત્પન્ન થાય છે. આ અસરો કણોના સમૂહોને વિખેરી શકે છે, ખુલ્લી સપાટીઓને સાફ કરી શકે છે અને પ્રતિક્રિયાશીલ સ્થાનો સુધી લીચિંગ કારકોનું વહન સુધારી શકે છે. ઓગળેલી રાસાયણિક પ્રજાતિઓ વધુ ઝડપથી દૂર વહન પામે છે, જે દ્રાવણની પ્રક્રિયાને ચાલુ રાખવામાં મદદ કરે છે.

રાખની પ્રક્રિયા માટે આ અસરો અનેક વ્યવહારુ લાભો આપે છે:

• વધુ ઝડપી લીચિંગ: સુધારેલું દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ સુલભ ધાતુઓના નિષ્કર્ષણ માટે જરૂરી સમય ઘટાડી શકે છે.
• નિષ્કર્ષણની વધુ ઉપજ: સપાટી સાથેનો સુધારેલો સંપર્ક પરંપરાગત મિશ્રણ હેઠળ અપૂરતું લીચિંગ પામતી સામગ્રીને મુક્ત કરવામાં મદદ કરી શકે છે.
• પૂર્વપ્રક્રિયા સાથે સંયોજન: સક્રિયકરણથી પ્રતિકારક પ્રાવસ્થાઓ વધુ સુલભ બન્યા પછી અલ્ટ્રાસાઉન્ડ લીચિંગના તબક્કાને તીવ્ર બનાવી શકે છે.
• લવચીક પ્રક્રિયા વિકાસ: એસિડની બદલાતી સાંદ્રતા, ઘન પદાર્થોનું લોડિંગ, તાપમાન અને ઉપચારના સમયને અનુરૂપ સોનિકેશન વિકસાવી અને અનુકૂલિત કરી શકાય છે.

સંશોધનનાં ઉદાહરણો: ઊંચી ઉપજ અને લીચિંગનો ઓછો સમય

નીચેના અભ્યાસો ચોક્કસ પ્રાયોગિક પરિસ્થિતિઓ હેઠળ આ લાભો દર્શાવે છે. ઇટ્રિયમ એક દુર્લભ પૃથ્વી તત્ત્વ છે; ગેલિયમ અને વેનેડિયમ અન્ય મૂલ્યવાન ધાતુઓ છે. તેમનું નિષ્કર્ષણ રાખની અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા માટે પૂરક પુરાવા પૂરાં પાડે છે.

ઇટ્રિયમ અને વેનેડિયમ: 97% અને 100% સુધીનું નિષ્કર્ષણ

Masoum et al. (2021) એ સલ્ફ્યુરિક એસિડ, હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ અને અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરીને કોલસાની ફ્લાય ઍશમાંથી વેનેડિયમ અને ઇટ્રિયમના નિષ્કર્ષણનો અભ્યાસ કર્યો હતો. સંશોધકોએ ઘન અને પ્રવાહીના ગુણોત્તર તથા સલ્ફ્યુરિક એસિડ અને હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડના પ્રમાણને શ્રેષ્ઠ બનાવવા માટે પ્રતિસાદ સપાટી પદ્ધતિનો ઉપયોગ કર્યો હતો. શ્રેષ્ઠ બનાવેલી પરિસ્થિતિઓમાં, નોંધાયેલું નિષ્કર્ષણ વેનેડિયમ માટે 100% અને ઇટ્રિયમ માટે 97% સુધી પહોંચ્યું હતું.
સંશોધિત સંકોચાતા કોરના મોડેલે સૂચવ્યું હતું કે દ્રવ્યનું પ્રસરણ પ્રતિક્રિયાના દરને નિયંત્રિત કરતું હતું. આ તારણ અભ્યાસ કરાયેલી પ્રણાલીમાં પરિવહન પ્રક્રિયાઓનું મહત્ત્વ દર્શાવે છે અને પ્રક્રિયાને શ્રેષ્ઠ બનાવતી વખતે દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવાને સમર્થન આપે છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે સંયુક્ત ઉપચારથી ઇટ્રિયમનું ઉચ્ચ નિષ્કર્ષણ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, જોકે નોંધાયેલી ઉપજ સમગ્ર અભિકર્મક અને અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રણાલીના પરિણામને પ્રતિબિંબિત કરે છે.

કોલસાની કાચી રાખની FESEM છબીઓ: (a) ડાબી બાજુ, કોલસાની રાખના લીચિંગ પહેલાં, (b) અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ પછી.
અભ્યાસ અને છબીઓ: ©Masoum et al., 2021

ગેલિયમ અને વેનેડિયમ: લીચિંગનો સમય 88.89% ઓછો

Zhang et al. (2026) એ સોડિયમ કાર્બોનેટ સાથે સક્રિયકરણ માટેના ભુંજન પછી અલ્ટ્રાસોનિક એસિડ લીચિંગનો અભ્યાસ કર્યો હતો. શ્રેષ્ઠ બનાવેલા પૂર્વઉપચારમાં ફ્લાય ઍશ અને Na₂CO₃ ના દળનો ગુણોત્તર 2:1 રાખીને 850°C પર 60 મિનિટ સુધી ભુંજન કરવામાં આવ્યું હતું. ત્યારબાદના અલ્ટ્રાસોનિક એસિડ લીચિંગ દ્વારા 20 મિનિટની અંદર ગેલિયમ અને વેનેડિયમનું ઉચ્ચ નિષ્કર્ષણ પ્રાપ્ત થયું હતું.

180 થી 20 મિનિટ સુધીનો ઘટાડો લીચિંગ તબક્કાનો સમય 88.89% ઓછો થવાને સમકક્ષ છે. ગતિશાસ્ત્રીય વિશ્લેષણે દર અચળાંકોમાં વધારો તથા દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ અને આંતરપૃષ્ઠીય પ્રતિક્રિયા પ્રક્રિયાઓ બંનેમાં વૃદ્ધિ સૂચવી હતી. આ પરિણામો સક્રિયકરણ માટેના ભુંજનને અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ સાથે સંયોજિત કરવાની સંભાવના દર્શાવે છે. સમયની બચત લીચિંગને લાગુ પડે છે; ભુંજન એક વધારાનું પ્રક્રિયા પગલું રહે છે.

સપાટીની નજીક તૂટી પડતા કેવિટેશન પરપોટાની લાભદાયક યાંત્રિક ક્રિયાને કારણે, અલ્ટ્રાસોનિક રીતે તીવ્ર બનાવેલું એસિડ લીચિંગ પરંપરાગત એસિડ લીચિંગના દર કરતાં બાર ગણા દરે થાય છે. આ ઘટના એસિડના દ્રાવણનું મિશ્રણ સુધારે છે, જેનાથી પરિવહન ગુણધર્મોમાં વૃદ્ધિ થાય છે.
છબી અને અભ્યાસ: © Canciani et al., 2024

દુર્લભ પૃથ્વી તત્ત્વોની ઉચ્ચ પુનઃપ્રાપ્તિ માટે તમારી અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ પ્રક્રિયા વિકસાવો

દુર્લભ પૃથ્વી તત્ત્વોના વ્યવહારુ નિષ્કર્ષણ માટે, લીચિંગ પછી દ્રાવિત તત્ત્વોનું અલગીકરણ અને શુદ્ધિકરણ કરવામાં આવે છે. તેથી લીચિંગની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા તૈયાર દુર્લભ પૃથ્વી ઉત્પાદનની ઉપજને બદલે એક મહત્ત્વપૂર્ણ મધ્યવર્તી પરિણામ દર્શાવે છે. પ્રક્રિયાના મૂલ્યાંકનમાં અનુવર્તી પુનઃપ્રાપ્તિ, અભિકર્મકોનો ઉપયોગ તથા પૂર્વઉપચાર અને સોનિકેશન બંને માટે જરૂરી ઊર્જાનો સમાવેશ થવો જોઈએ.
તીવ્ર બનાવેલી લીચિંગ પ્રક્રિયાઓ વિકસાવવા અને અમલમાં મૂકવા માટે Hielscher ઔદ્યોગિક ગુણવત્તાવાળા બેન્ચ-ટોપ સોનિકેટર અને ભારે કાર્યભાર માટેના અલ્ટ્રાસોનિક પ્રવાહ રિએક્ટર પ્રદાન કરે છે. ઉપકરણોની પસંદગી અને પ્રાયોગિક પરીક્ષણો દ્વારા ચોક્કસ પ્રકારની રાખ માટે યોગ્ય કંપનવિસ્તાર, ઘન પદાર્થોનું ભારણ, નિવાસ સમય અને તાપમાન નિયંત્રણ નક્કી કરી શકાય છે.
મોટા આયતન સુધી સરળ વિસ્તરણ: શ્રેષ્ઠ પુનઃપ્રાપ્તિ માટેનાં પરિમાણો એકવાર સ્થાપિત થઈ જાય, પછી તેમને કોઈપણ વ્યાવસાયિક લીચિંગ આયતન સુધી રેખીય રીતે વિસ્તારી શકાય છે.

પરંપરાગત (a–c) અને અલ્ટ્રાસોનિક (d–f) લીચિંગના જુદા જુદા સમયે કણોની SEM છબીઓ.
છબી અને અભ્યાસ: © Canciani et al., 2024

સાહિત્ય / સંદર્ભો

• Masoum, H.G., Rastegar, S.O. and Khamforoush, M. (2021): Ultrasound-Assisted Leaching of Vanadium and Yttrium from Coal Ash: Optimization, Kinetic and Thermodynamic Study. Chemical Engineering and Technology 44, 2021. x2249-2256.
• Qian Zhang, Deqing Zhu, Siwei Li, Jian Pan, Zhengqi Guo, Congcong Yang, Jiachen Gong (2026):
  Ultrasonic enhanced leaching for the synergistic extraction of Ga and V from fly ash. Journal of Environmental Chemical Engineering, Volume 14, Issue 5, 2026.
• Chiara Canciani, Elia Colleoni, Varaha P. Sarvothaman, Paolo Guida, William L. Roberts (2024): On the effect of cavitation on particles in leaching processes: implications to battery recycling. Environmental Advances, Volume 17, 2024.