કિંમતી ધાતુઓનું અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ

ઉચ્ચ શક્તિવાળું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ કિંમતી ધાતુઓ અને દુર્લભ મૃદા તત્ત્વો જેવી ધાતુઓનું નિષ્કર્ષણ કરવા માટેની અસરકારક તકનીક છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડની સહાયથી થતી ઘન–પ્રવાહી નિષ્કર્ષણની આ પ્રક્રિયા સોનો-લીચિંગ, લિક્સિવિએશન અથવા ધોવાણ તરીકે ઓળખાય છે. અયસ્કોમાંથી દુર્લભ મૃદા તત્ત્વોનું લીચિંગ કરવા, વધુ સંપૂર્ણ પુનઃપ્રાપ્તિ માટે ખાણકામની સ્લરીઓની પ્રક્રિયા કરવા અથવા ઊંચા મૂલ્યની ધાતુઓને (દા.ત. Cu, Zn, Ni) ઓછી મૂલ્યવાન ધાતુઓથી અલગ કરવા માટે મજબૂત ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિકેટરો સરળતાથી સ્થાપિત કરી શકાય છે.

અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ અને દ્રાવણ દ્વારા પ્રતિક્રિયાને પ્રોત્સાહન આપે છે, જેથી નિષ્કર્ષણના ઓછા સમયમાં વધુ ઉપજ મળે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગના મુખ્ય લાભો આ પ્રમાણે છે:

• વધુ ઉપજ
• વધુ સંપૂર્ણ લીચિંગ
• અભિકર્મકોનો ઓછો વપરાશ
• ઓછી તીવ્ર પરિસ્થિતિઓ
• સરળ વ્યવહાર્યતા પરીક્ષણ
• રેખીય રીતે પ્રક્રિયાના પાયામાં વધારો
• સંપૂર્ણ વ્યાવસાયિક સ્તરની અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રણાલીઓનું સરળ સ્થાપન
• મોટા આયતનવાળા પ્રવાહો માટે અત્યંત મજબૂત અલ્ટ્રાસોનિકેટરો

કિંમતી ધાતુઓનું અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ: કેવિટેશન રસાયણશાસ્ત્ર દ્વારા વધુ ઝડપી નિષ્કર્ષણ

સોનું, ચાંદી, પ્લેટિનમ, પેલેડિયમ અને રોડિયમ જેવી કિંમતી ધાતુઓની પુનઃપ્રાપ્તિ આધુનિક ધાતુવિજ્ઞાન અને રિસાયક્લિંગનો પાયાનો ભાગ છે – ખાસ કરીને અયસ્કો, સાંદ્રિત પદાર્થો અને ઇલેક્ટ્રોનિક ભંગાર તથા ઉત્પ્રેરક કન્વર્ટરો જેવા ગૌણ સંસાધનોની પ્રક્રિયામાં. પરંપરાગત લીચિંગ સુસ્થાપિત હોવા છતાં, ધીમું દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ, સપાટીનું નિષ્ક્રિયીકરણ, મૂલ્યવાન પ્રાવસ્થાઓનું અધૂરું મુક્તીકરણ અને અભિકર્મકોનો વધુ વપરાશ ઘણીવાર તેની મર્યાદાઓ બને છે.
અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગમાં લીચિંગ સ્લરીમાં ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દાખલ કરવામાં આવે છે, જે ધ્વનિજન્ય કેવિટેશન તરીકે ઓળખાતી ઘટના દ્વારા પ્રતિક્રિયાની ગતિને નોંધપાત્ર રીતે વધારીને આમાંના ઘણા અવરોધો દૂર કરે છે.

મૂળ કાર્યવિધિ: ધ્વનિજન્ય કેવિટેશન

જ્યારે ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડની ઊર્જા પ્રવાહીમાં સંયોજિત કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે ઝડપથી બનતા અને ધસી પડતા સૂક્ષ્મ કેવિટેશન પરપોટા પેદા કરે છે. આ ધસી પડવાથી અત્યંત તીવ્ર સ્થાનિક પરિસ્થિતિઓ સર્જાય છે, જેમાં નીચેની બાબતોનો સમાવેશ થાય છે:

• તીવ્ર સૂક્ષ્મ મિશ્રણ અને કતરણ બળો
• ઘન સપાટીઓ તરફ દિશિત ઊંચા વેગવાળા સૂક્ષ્મ જેટ
• સ્થાનિક ઉષ્ણ બિંદુઓ (માઇક્રોસેકન્ડો સુધી અત્યંત ઊંચાં તાપમાન અને દબાણ)

આ અસરો સૂક્ષ્મ સ્તરે થતી હોવા છતાં, તે પ્રતિક્રિયાશીલ સપાટીને સતત નવી કરતી રહે છે અને ઘન કણો તરફ તથા તેમનાથી દૂર અભિકર્મકોના પરિવહનને વેગ આપે છે, જેથી સ્થૂળ સ્તરની લીચિંગ પ્રક્રિયા પર પ્રબળ અસર પડે છે.

સપાટીની નજીક કેવિટેશન પરપોટા ફાટવાથી થતી લાભદાયી યાંત્રિક ક્રિયાને કારણે, અલ્ટ્રાસાઉન્ડથી સંવર્ધિત એસિડ લીચિંગ પરંપરાગત એસિડ લીચિંગ કરતાં બાર ગણા વધુ ઝડપી દરે થાય છે. આ ઘટના એસિડ દ્રાવણનું મિશ્રણ સુધારે છે, જેનાથી પરિવહન ગુણધર્મોમાં સુધારો થાય છે.
ચિત્ર અને અભ્યાસ: © Canciani et al., 2024

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ કિંમતી ધાતુઓનું લીચિંગ શા માટે સુધારે છે

મોટાભાગની લીચિંગ પ્રણાલીઓમાં દરને મર્યાદિત કરતું પગલું રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા પોતે નહીં, પરંતુ સીમા સ્તરો, છિદ્રો અથવા નિષ્ક્રિય બનાવતી સપાટીની પાતળી પરતોમાંથી પ્રતિક્રિયકોનું પરિવહન હોય છે. અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન અનેક પરસ્પર પૂરક અસરો દ્વારા લીચિંગની કાર્યક્ષમતા સુધારે છે:

1. વધુ અસરકારક દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણ
   અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઘન કણોની આસપાસના સ્થિર પ્રસરણ સ્તરની જાડાઈ ઘટાડે છે. આથી લીચિંગ કારકો (દા.ત., સાયનાઇડ, થાયોસલ્ફેટ, ક્લોરાઇડ, આયોડાઇડ, થાયોયુરિયા અથવા અમ્લીય પ્રણાલીઓ) ધાતુ ધરાવતી સપાટી સુધી વધુ ઝડપથી પહોંચી શકે છે, જ્યારે ઓગળેલાં ધાતુ સંકીર્ણો વધુ કાર્યક્ષમતાથી દૂર થાય છે.
2. કણોની સપાટીનું સક્રિયકરણ
   કેવિટેશનના સૂક્ષ્મ જેટ અને આઘાત તરંગો કણોની સપાટીઓનું સતત ધોવાણ કરે છે, તેમને સાફ કરે છે અને ખરબચડી બનાવે છે. આથી નવી ખનિજ પ્રાવસ્થાઓ ખુલ્લી થાય છે અને અસરકારક પ્રતિક્રિયાશીલ ક્ષેત્રફળ વધે છે – જે ખાસ કરીને નિષ્કર્ષણપ્રતિરોધી અયસ્કો અથવા આવરણવાળા કણોમાં મહત્ત્વનું છે.
3. નિષ્ક્રિયીકરણ સ્તરોનું વિઘટન
   કિંમતી ધાતુઓ ધરાવતાં ઘણાં ખનિજો લીચિંગ દરમિયાન સપાટી પર સ્તરો બનાવે છે (દા.ત., ઑક્સાઇડ, સલ્ફેટ, તત્ત્વરૂપ સલ્ફર અથવા સિલિકાની પાતળી પરતો). અલ્ટ્રાસાઉન્ડ આ અવરોધોને ભૌતિક રીતે તોડી શકે છે, જેથી લીચિંગ કારક ફરીથી નીચે રહેલી ધાતુ પ્રાવસ્થા સુધી પહોંચી શકે છે.
4. છિદ્રાળુ ઘન પદાર્થોમાં વધુ સારી પ્રવેશક્ષમતા
   સાંદ્રિત પદાર્થો, ઉત્પ્રેરકો અને ઇલેક્ટ્રોનિક કચરાના કણો માટે, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રવાહીને છિદ્રો અને સૂક્ષ્મ તિરાડોમાં બળપૂર્વક પ્રવેશવામાં મદદ કરે છે, જેથી અંદર રહેલી કિંમતી ધાતુઓ સુધી અભિકર્મકોની પહોંચ સુધરે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક અને પરંપરાગત લીચિંગ પછી કણોના કદનું વિતરણ
ચિત્ર અને અભ્યાસ: © Canciani et al., 2024

ઉપયોગો: અયસ્કોથી શહેરી ખનન સુધી

પ્રાથમિક અને ગૌણ બંને સંસાધનો માટે અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગનો વધુ ને વધુ અભ્યાસ કરવામાં આવી રહ્યો છે:

• સોનું અને ચાંદી
  ઉચ્ચ શક્તિવાળું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પરિવહન સુધારીને અને નિષ્ક્રિયીકરણની અસરો દૂર કરીને સાયનાઇડ અને વૈકલ્પિક લીચિંગ કારકોમાં સોનાના લીચિંગને વેગ આપે છે એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. તે અયસ્કો અને ઔદ્યોગિક અવશેષોમાંથી ચાંદીની પુનઃપ્રાપ્તિ માટે પણ પ્રસ્તુત છે.
• પ્લેટિનમ સમૂહની ધાતુઓ (PGMs)
  પ્લેટિનમ, પેલેડિયમ અને રોડિયમની પુનઃપ્રાપ્તિ – ખાસ કરીને વપરાઈ ચૂકેલા ઉત્પ્રેરક કન્વર્ટરોમાંથી – ઘણીવાર ક્લોરાઇડ આધારિત અથવા અમ્લીય લીચિંગ પ્રણાલીઓ પર આધાર રાખે છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સપાટીની પ્રતિક્રિયાઓને તીવ્ર બનાવીને અને જટિલ સિરામિક/ધાતુ મેટ્રિક્સનું વિઘટન સુધારીને દ્રાવણની ગતિ વધારે છે.
• ઇલેક્ટ્રોનિક ભંગાર
  પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડ અને ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકોમાં મૂલ્યવાન કિંમતી ધાતુઓ હોય છે, પરંતુ પોલિમરો, ઑક્સાઇડ અને બહુવિધ પદાર્થોથી બનેલી રચનાઓને કારણે તેમાં પ્રસરણ માટે પ્રબળ અવરોધો હોય છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા લીચિંગની એકરૂપતા સુધારે છે અને લીચિંગ માટે જરૂરી સમય ઘટાડી શકે છે.
• કોલસાની રાખમાંથી દુર્લભ મૃદા તત્ત્વો
  કોલસાની રાખમાં મૂલ્યવાન ધાતુઓ અને દુર્લભ મૃદા તત્ત્વો હોઈ શકે છે, જે ઘણીવાર ખનિજ પ્રાવસ્થાઓ અથવા કાચસદૃશ એલ્યુમિનોસિલિકેટ મેટ્રિક્સમાં બંધાયેલાં હોય છે. અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા રાખના કણો અને લીચિંગ દ્રાવણ વચ્ચેનો સંપર્ક સુધારે છે, જે નિષ્કર્ષણની કાર્યક્ષમતા વધારી શકે છે અને લીચિંગનો સમય ઘટાડી શકે છે.
  રાખમાંથી દુર્લભ મૃદા તત્ત્વોના અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ વિશે વધુ વાંચો!

પ્રક્રિયાના મુખ્ય લાભો

પ્રક્રિયા ઇજનેરીના દૃષ્ટિકોણથી, અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગ અનેક માપી શકાય એવા લાભો આપે છે:

• વેગવાન પ્રતિક્રિયા ગતિ દ્વારા લીચિંગનો ઓછો સમય
• સપાટી સુધીની પહોંચ સુધરવાથી નિષ્કર્ષણની વધુ ઉપજ
• ઘણી પ્રણાલીઓમાં અભિકર્મકોનો ઓછો વપરાશ (ઓછા વધારાના લીચિંગ કારકની જરૂર પડે છે)
• વધુ સારા વિખેરણ અને મિશ્રણ દ્વારા પરિણામોની પુનરુત્પાદકતામાં સુધારો
• સંભવિત રીતે ઓછું સંચાલન તાપમાન, કારણ કે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ધીમી ઉષ્મીય પ્રતિક્રિયા ગતિની ભરપાઈ કરે છે

પ્રક્રિયાની વિચારણાઓ અને પાયામાં વધારો

અલ્ટ્રાસોનિક લીચિંગની સફળતા પ્રક્રિયાની રચના પર મોટા પ્રમાણમાં આધાર રાખે છે. નિર્ણાયક પરિમાણોમાં નીચેની બાબતોનો સમાવેશ થાય છે:

• અલ્ટ્રાસાઉન્ડની શક્તિ ઘનતા અને કંપવિસ્તાર
• સ્લરીની સાંદ્રતા અને કણોના કદનું વિતરણ
• રિએક્ટરની ભૂમિતિ અને પ્રવાહની પરિસ્થિતિઓ
• તાપમાન નિયંત્રણ
• લીચિંગની રાસાયણિક પ્રણાલીની પસંદગી (અમ્લીય, આલ્કલાઇન, ક્લોરાઇડ વગેરે)

મહત્ત્વની બાબત એ છે કે ઔદ્યોગિક પાયે અમલીકરણ માટે પ્રોબ પ્રકારના ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસોનિક રિએક્ટરો જરૂરી છે, કારણ કે બાથ સોનિકેટરો સામાન્ય રીતે ગાઢ લીચિંગ સ્લરીઓમાં પૂરતી ઊર્જા પહોંચાડતા નથી. ઇનલાઇન અલ્ટ્રાસોનિક ફ્લો સેલને સતત ચાલતાં લીચિંગ સર્કિટમાં સંકલિત કરી શકાય છે, જેથી કામગીરીનો પાયો વધારી શકાય છે. ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા Hielscher સોનિકેટરો કઠિન પરિસ્થિતિઓમાં મોટા આયતનના પદાર્થોની પ્રક્રિયા કરવા માટે બનાવવામાં આવ્યા છે – જે લીચિંગથી મેળવાતી ધાતુઓની ઉપજ વધારે છે અને સાથે પ્રક્રિયાનો સમય તથા પર્યાવરણીય અસર ઘટાડે છે.

ડિઝાઇન, ઉત્પાદન અને પરામર્શ – જર્મનીમાં નિર્મિત ગુણવત્તા

Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો તેમની સર્વોચ્ચ ગુણવત્તા અને ડિઝાઇન ધોરણો માટે જાણીતા છે. મજબૂતાઈ અને સરળ સંચાલનને કારણે અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટરોનું ઔદ્યોગિક એકમોમાં સરળતાથી સંકલન થઈ શકે છે. Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો કઠિન પરિસ્થિતિઓ અને પડકારજનક વાતાવરણમાં સરળતાથી કાર્ય કરે છે.

Hielscher Ultrasonics એક ISO પ્રમાણિત કંપની છે અને અત્યાધુનિક તકનીક તથા ઉપયોગમાં સરળતા ધરાવતા ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિકેટરો પર વિશેષ ભાર મૂકે છે. નિઃસંદેહ, Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટરો CE અનુરૂપ છે અને UL, CSA તથા RoHsની આવશ્યકતાઓ પૂરી કરે છે.

સાહિત્ય / સંદર્ભો

• 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.
• Wang, J.; Faraji, F.; Ghahreman, A. (2020): Effect of Ultrasound on the Oxidative Copper Leaching from Chalcopyrite in Acidic Ferric Sulfate Media. Minerals 2020, 10, 633.
• I. De La Calle, N. Cabaleiro, M. Costas, F. Pena, S. Gil, I. Lavilla, C. Bendicho (2011):
  Ultrasound-assisted extraction of gold and silver from environmental samples using different extractants followed by electrothermal-atomic absorption spectrometry. Microchemical Journal, Volume 97, Issue 2, 2011. 93-100.