बहुमूल्य धातुओं का अल्ट्रासोनिक निक्षालन

उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड बहुमूल्य धातुओं और दुर्लभ मृदा तत्वों जैसी धातुओं के निष्कर्षण की एक प्रभावी तकनीक है। अल्ट्रासाउंड की सहायता से ठोस-द्रव निष्कर्षण की इस प्रक्रिया को सोनो-लीचिंग, निक्षालन या धुलाई कहा जाता है। अयस्कों से दुर्लभ मृदा तत्वों का निक्षालन करने, अधिक पूर्ण पुनर्प्राप्ति के लिए खनन स्लरी का उपचार करने या उच्च-मूल्य वाली धातुओं (जैसे Cu, Zn, Ni) को कम मूल्य वाली धातुओं से अलग करने के लिए मजबूत औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटरों को आसानी से स्थापित किया जा सकता है।

अल्ट्रासोनिक निक्षालन द्रव्यमान स्थानांतरण और विलयन के माध्यम से अभिक्रिया को बढ़ावा देता है, जिससे कम निष्कर्षण समय में अधिक उपज प्राप्त होती है।
अल्ट्रासोनिक निक्षालन के मुख्य लाभ हैं:

• अधिक उपज
• अधिक पूर्ण निक्षालन
• अभिकर्मकों की कम खपत
• कम कठोर प्रक्रिया परिस्थितियाँ
• सरल व्यवहार्यता परीक्षण
• रैखिक पैमाना विस्तार
• पूर्ण व्यावसायिक पैमाने की अल्ट्रासाउंड प्रणालियों की आसान स्थापना
• बड़ी आयतन वाली प्रवाह धाराओं के लिए अत्यंत मजबूत अल्ट्रासोनिकेटर

बहुमूल्य धातुओं का अल्ट्रासोनिक निक्षालन: कैविटेशन रसायन के माध्यम से अधिक तेज़ निष्कर्षण

सोना, चाँदी, प्लैटिनम, पैलेडियम और रोडियम जैसी बहुमूल्य धातुओं की पुनर्प्राप्ति आधुनिक धातुकर्म और पुनर्चक्रण का आधार है – विशेष रूप से अयस्कों, सांद्रों और इलेक्ट्रॉनिक कबाड़ तथा उत्प्रेरक परिवर्तकों जैसे द्वितीयक संसाधनों के प्रसंस्करण में। यद्यपि पारंपरिक निक्षालन एक सुस्थापित प्रक्रिया है, फिर भी धीमा द्रव्यमान स्थानांतरण, सतह का निष्क्रियण, मूल्यवान प्रावस्थाओं का अधूरा मुक्तिकरण और अभिकर्मकों की अधिक खपत अक्सर इसे सीमित करते हैं।
अल्ट्रासोनिक निक्षालन, निक्षालन स्लरी में उच्च-तीव्रता वाला अल्ट्रासाउंड प्रविष्ट कराकर इनमें से कई बाधाओं को दूर करता है। यह ध्वनिक कैविटेशन नामक परिघटना के माध्यम से अभिक्रिया की गतिकी को अत्यधिक तीव्र करता है।

मुख्य क्रियाविधि: ध्वनिक कैविटेशन

जब उच्च-शक्ति वाले अल्ट्रासाउंड की ऊर्जा किसी द्रव में संचारित की जाती है, तो उससे सूक्ष्म कैविटेशन बुलबुले बनते हैं, जो तेज़ी से बनते और ध्वस्त होते हैं। इनके ध्वस्त होने से अत्यंत तीव्र स्थानीय परिस्थितियाँ उत्पन्न होती हैं, जिनमें शामिल हैं:

• तीव्र सूक्ष्म-मिश्रण और अपरूपण बल
• ठोस सतहों की ओर निर्देशित उच्च-वेग वाले सूक्ष्म जेट
• स्थानीय तप्त बिंदु (माइक्रोसेकंड की अवधि के लिए अत्यधिक उच्च तापमान और दबाव)

यद्यपि ये प्रभाव सूक्ष्म पैमाने पर होते हैं, फिर भी अभिक्रियाशील सतह को निरंतर नया बनाकर और ठोस कणों तक तथा उनसे दूर अभिकर्मकों के परिवहन को तेज़ करके ये स्थूल निक्षालन प्रक्रिया को बहुत प्रभावित करते हैं।

सतह के पास कैविटेशन बुलबुलों के फूटने की लाभकारी यांत्रिक क्रिया के कारण, अल्ट्रासाउंड द्वारा संवर्धित अम्लीय निक्षालन पारंपरिक अम्लीय निक्षालन की तुलना में बारह गुना तेज़ दर से होता है। यह परिघटना अम्लीय विलयन के मिश्रण में सुधार करती है, जिससे परिवहन गुण बेहतर होते हैं।
चित्र और अध्ययन: © Canciani et al., 2024

अल्ट्रासाउंड बहुमूल्य धातुओं के निक्षालन को बेहतर क्यों बनाता है

अधिकांश निक्षालन प्रणालियों में दर को सीमित करने वाला चरण स्वयं रासायनिक अभिक्रिया नहीं, बल्कि सीमा परतों, रंध्रों या निष्क्रियकारी सतही फिल्मों के आर-पार अभिकारकों का परिवहन होता है। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन कई सहक्रियात्मक प्रभावों के माध्यम से निक्षालन दक्षता में सुधार करता है:

1. बेहतर द्रव्यमान स्थानांतरण
   अल्ट्रासाउंड ठोस कणों को घेरे रहने वाली स्थिर विसरण परत की मोटाई कम करता है। इससे निक्षालक (जैसे सायनाइड, थायोसल्फेट, क्लोराइड, आयोडाइड, थायोयूरिया या अम्लीय प्रणालियाँ) धातुयुक्त सतह तक अधिक तेज़ी से पहुँच पाते हैं, जबकि घुले हुए धातु संकुल अधिक कुशलता से हटा दिए जाते हैं।
2. कणों की सतह का सक्रियण
   कैविटेशन के सूक्ष्म जेट और आघात तरंगें कणों की सतहों का निरंतर अपरदन करती हैं, उन्हें साफ करती हैं और खुरदरा बनाती हैं। इससे नई खनिज प्रावस्थाएँ उजागर होती हैं और प्रभावी अभिक्रियाशील क्षेत्र बढ़ता है – यह विशेष रूप से दुर्निष्कर्षणीय अयस्कों या लेपित कणों में महत्वपूर्ण है।
3. निष्क्रियण परतों का विघटन
   कई बहुमूल्य धातुयुक्त खनिज निक्षालन के दौरान सतही परतें बनाते हैं (जैसे ऑक्साइड, सल्फेट, तात्विक सल्फर या सिलिका की फिल्में)। अल्ट्रासाउंड इन अवरोधों को भौतिक रूप से तोड़ सकता है, जिससे निक्षालक की पहुँच नीचे स्थित धातु प्रावस्था तक फिर से स्थापित होती है।
4. सरंध्र ठोसों में बेहतर प्रवेश
   सांद्रों, उत्प्रेरकों और ई-कचरे के कणों के मामले में, अल्ट्रासाउंड द्रव को रंध्रों और सूक्ष्म दरारों में बलपूर्वक पहुँचाने में सहायता करता है, जिससे भीतर समाहित बहुमूल्य धातुओं तक अभिकर्मकों की पहुँच बेहतर होती है।

अल्ट्रासोनिक और पारंपरिक निक्षालन के बाद कण आकार वितरण
चित्र और अध्ययन: © Canciani et al., 2024

अनुप्रयोग: अयस्कों से शहरी खनन तक

प्राथमिक और द्वितीयक, दोनों प्रकार के संसाधनों के लिए अल्ट्रासोनिक निक्षालन पर अनुसंधान लगातार बढ़ रहा है:

• सोना और चाँदी
  यह दर्शाया गया है कि उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड परिवहन में सुधार करके और निष्क्रियण के प्रभावों को दूर करके सायनाइड तथा वैकल्पिक निक्षालकों में सोने के निक्षालन को तेज़ करता है। यह अयस्कों और औद्योगिक अवशेषों से चाँदी की पुनर्प्राप्ति के लिए भी प्रासंगिक है।
• प्लैटिनम समूह की धातुएँ (PGMs)
  प्लैटिनम, पैलेडियम और रोडियम की पुनर्प्राप्ति – विशेष रूप से प्रयुक्त उत्प्रेरक परिवर्तकों से – अक्सर क्लोराइड-आधारित या अम्लीय निक्षालन प्रणालियों पर निर्भर करती है। अल्ट्रासाउंड सतही अभिक्रियाओं को तीव्र करके और जटिल सिरेमिक/धातु मैट्रिक्स के विघटन को बेहतर बनाकर विलयन की गतिकी को बढ़ाता है।
• इलेक्ट्रॉनिक कबाड़
  मुद्रित सर्किट बोर्डों और इलेक्ट्रॉनिक घटकों में मूल्यवान बहुमूल्य धातुएँ होती हैं, लेकिन पॉलिमरों, ऑक्साइडों और अनेक सामग्रियों से बनी संरचनाओं के कारण इनमें प्रबल विसरण अवरोध मौजूद होते हैं। अल्ट्रासोनिक उपचार निक्षालन की एकरूपता में सुधार करता है और आवश्यक निक्षालन समय को कम कर सकता है।
• कोयले की राख से दुर्लभ मृदा तत्व
  कोयले की राख में मूल्यवान धातुएँ और दुर्लभ मृदा तत्व हो सकते हैं, जो अक्सर खनिज प्रावस्थाओं या काँचीय ऐलुमिनोसिलिकेट मैट्रिक्स के भीतर बँधे होते हैं। अल्ट्रासोनिक उपचार राख के कणों और निक्षालन विलयन के बीच संपर्क में सुधार करता है, जिससे निष्कर्षण दक्षता बढ़ सकती है और निक्षालन समय कम हो सकता है।
  राख से दुर्लभ मृदा तत्वों के अल्ट्रासोनिक निक्षालन के बारे में और पढ़ें!

प्रक्रिया के प्रमुख लाभ

प्रक्रिया अभियांत्रिकी के दृष्टिकोण से, अल्ट्रासोनिक निक्षालन कई मापनीय लाभ प्रदान करता है:

• त्वरित गतिकी के कारण कम निक्षालन समय
• सतह तक बेहतर पहुँच के कारण अधिक निष्कर्षण उपज
• कई प्रणालियों में अभिकर्मकों की कम खपत (अतिरिक्त निक्षालक की कम आवश्यकता)
• बेहतर परिक्षेपण और मिश्रण के माध्यम से बेहतर पुनरुत्पादकता
• संभावित रूप से कम परिचालन तापमान, क्योंकि अल्ट्रासाउंड धीमी तापीय गतिकी की भरपाई करता है

प्रक्रिया संबंधी विचार और पैमाना विस्तार

सफल अल्ट्रासोनिक निक्षालन प्रक्रिया के डिज़ाइन पर बहुत अधिक निर्भर करता है। महत्वपूर्ण मापदंडों में शामिल हैं:

• अल्ट्रासाउंड शक्ति घनत्व और आयाम
• स्लरी की सांद्रता और कण आकार वितरण
• रिएक्टर की ज्यामिति और प्रवाह की परिस्थितियाँ
• तापमान नियंत्रण
• निक्षालन के रसायन का चयन (अम्लीय, क्षारीय, क्लोराइड आदि)

विशेष रूप से, औद्योगिक पैमाने पर कार्यान्वयन के लिए प्रोब-प्रकार के उच्च-शक्ति अल्ट्रासोनिक रिएक्टर आवश्यक हैं, क्योंकि बाथ सोनिकेटर सामान्यतः सघन निक्षालन स्लरी में पर्याप्त ऊर्जा नहीं पहुँचा पाते। इनलाइन अल्ट्रासोनिक प्रवाह सेल को सतत निक्षालन परिपथों में एकीकृत किया जा सकता है, जिससे परिचालन का पैमाना बढ़ाना संभव होता है। Hielscher के उच्च-प्रदर्शन वाले सोनिकेटर कठिन परिस्थितियों में बड़ी मात्रा के प्रसंस्करण के लिए बनाए गए हैं – ये प्रसंस्करण समय और पर्यावरणीय प्रभाव को कम करते हुए निक्षालित धातुओं की उपज बढ़ाते हैं।

डिज़ाइन, विनिर्माण और परामर्श – जर्मनी में निर्मित गुणवत्ता

Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर अपनी उच्चतम गुणवत्ता और डिज़ाइन मानकों के लिए प्रसिद्ध हैं। मजबूती और आसान संचालन के कारण हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों को औद्योगिक सुविधाओं में सुचारु रूप से एकीकृत किया जा सकता है। Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर कठोर परिस्थितियों और चुनौतीपूर्ण परिवेश में आसानी से काम करते हैं।

Hielscher Ultrasonics एक ISO प्रमाणित कंपनी है और अत्याधुनिक तकनीक तथा उपयोग में सुगमता वाले उच्च-प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटरों पर विशेष ध्यान देती है। निस्संदेह, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर CE के अनुरूप हैं और UL, CSA तथा RoHs की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।

साहित्य / संदर्भ

• 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.