Ultrazvučno ispiranje plemenitih metala

Snažni ultrazvuk je učinkovita tehnika za ekstrakciju metala kao što su plemeniti metali i rijetke zemlje. Ovaj proces ultrazvučno potpomognute ekstrakcije kruto-tekuće poznat je kao sono-ispiranje, liksivijacija ili pranje. Robusni industrijski ultrazvučni uređaji mogu se lako instalirati za ispiranje rijetkih zemalja iz ruda, za obradu rudarskih muljeva radi potpunijeg oporavka ili za odvajanje metala visoke vrijednosti (npr. Cu, Zn, Ni) od manje vrijednih metala.

Ultrazvučno ispiranje potiče reakciju prijenosom mase i otapanjem tako da se dobivaju veći prinosi u kraćem vremenu ekstrakcije.
Glavne prednosti ultrazvučnog ispiranja su:

• Veći prinos
• potpunije ispiranje
• smanjena potrošnja reagensa
• blažim uvjetima
• jednostavno ispitivanje izvedivosti
• Linearno povećanje
• jednostavna instalacija potpuno komercijalnih ultrazvučnih sustava
• vrlo robusni ultrasonicators za velike količine struje

Ultrazvučno ispiranje plemenitih metala: Brža ekstrakcija putem kavitacijske kemije

Vađenje plemenitih metala poput zlata, srebra, platine, paladija i rodija temelj je moderne metalurgije i recikliranja – posebno u obradi ruda, koncentrata i sekundarnih resursa poput elektroničkog otpada i katalizatora. Iako je konvencionalno ispiranje dobro utvrđeno, često je ograničeno sporim prijenosom mase, površinskom pasivacijom, nepotpunim oslobađanjem vrijednih faza i velikom potrošnjom reagensa.
Ultrazvučno ispiranje rješava mnoge od tih uskih grla uvodeći visokointenzivni ultrazvuk u ispuštajuću kašu, dramatično pojačavajući kinetiku reakcije kroz fenomen poznat kao akustična kavitacija.

Osnovni mehanizam: akustična kavitacija

Kada se visokosnažni ultrazvuk spoji s tekućinom, stvara mikroskopske kavitacijske mjehuriće koji se brzo formiraju i urušavaju. Ovaj kolaps stvara ekstremne lokalizirane uvjete, uključujući:

• intenzivne mikro-miješanje i smične sile
• mikromlazovi velike brzine usmjereni na čvrste površine
• Lokalizirane vruće točke (vrlo visoke temperature i tlakovi u mikrosekundama)

Iako se ti učinci javljaju na mikroskopskoj razini, snažno utječu na makroskopski proces ispiranja kontinuiranim obnavljanjem reaktivne površine i ubrzavanjem transporta reagensa do i od čvrstih čestica.

Ultrazvučno poboljšano ispiranje kiselinom djeluje dvanaest puta brže od konvencionalnog ispiranja kiselinom, zbog blagotvornog mehaničkog djelovanja kavitacijskih mjehurića koji pucaju blizu površine. Ovaj fenomen poboljšava miješanje kisele otopine, čime se poboljšavaju transportna svojstva.
Slika i istraživanje: © Canciani i sur., 2024.

Zašto ultrazvuk poboljšava ispiranje plemenitih metala

U većini sustava ispiranja, korak koji ograničava brzinu nije sama kemijska reakcija, već transport reaktanata kroz granične slojeve, pore ili pasivirajuće površinske filmove. Ultrazvučna kavitacija poboljšava učinkovitost ispiranja kroz nekoliko sinergijskih učinaka:

1. Poboljšani prijenos mase
   Ultrazvuk smanjuje debljinu stagnirajućeg difuzijskog sloja koji okružuje čvrste čestice. To omogućuje liksivijantima (npr. cijanid, tiosulfat, klorid, jodid, tiourea ili kiseli sustavi) da brže dođu do metalne površine koja nosi metal, dok se otopljeni metalni kompleksi uklanjaju učinkovitije.
2. Aktivacija površine čestica
   Kavitacijski mikromlazovi i udarni valovi kontinuirano erodiraju, čiste i hrapaju površine čestica. To izlaže svježe mineralne faze i povećava efektivnu reaktivnu površinu – Posebno je važno kod vatrostalnih ruda ili premazanih čestica.
3. Prekid pasivacijskih slojeva
   Mnogi minerali koji sadrže plemenite metale stvaraju površinske slojeve tijekom ispiranja (npr. oksidi, sulfati, elementarni sumpor ili silicijni filmovi). Ultrazvuk može fizički poremetiti te barijere, vraćajući pristup ispirajućeg sredstva u metalnu fazu temelja.
4. Poboljšana penetracija u porozne krutine
   Za koncentrate, katalizatore i čestice elektroničkog otpada, ultrazvuk pomaže potiskivanju tekućine u pore i mikropukotine, čime se poboljšava pristup reagensa ugrađenim plemenitim metalima.

Raspodjela veličine čestica nakon ultrazvučnog i konvencionalnog ispiranja
Slika i istraživanje: © Canciani i sur., 2024.

Primjene: Od ruda do urbanog rudarstva

Ultrazvučno ispiranje sve se više istražuje na primarnim i sekundarnim resursima:

• Zlato i srebro
  Pokazalo se da ultrazvuk ubrzava ispiranje zlata u cijanidu i alternativnim alkoholnim sredstvima poboljšavajući transport i uklanjajući učinke pasivacije. Također je relevantan za oporavak srebra iz ruda i industrijskih ostataka.
• Metali iz Platinaste grupe (PGM)
  Oporavak platine, paladija i rodija – posebno od potrošenih katalizatora – Često se oslanja na sustave ispiranja na bazi klorida ili kiseline. Ultrazvuk poboljšava kinetiku otapanja intenziviranjem površinskih reakcija i poboljšanjem razgradnje složenih keramičkih/metalnih matrica.
• Elektronički otpad
  Tiskane pločice i elektroničke komponente sadrže vrijedne plemenite metale, ali imaju snažne difuzijske barijere zbog polimera, oksida i višematerijalnih struktura. Ultrazvučni tretman poboljšava ujednačenost ispiranja i može smanjiti potrebno vrijeme ispiranja.

Ključne prednosti procesa

Iz perspektive procesnog inženjerstva, ultrazvučno luženje nudi nekoliko mjerljivih prednosti:

• kraće vrijeme ispiranja kroz ubrzanu kinetiku
• veći prinosi vađenja zbog poboljšanog pristupa površini
• manja potrošnja reagensa u mnogim sustavima (manje viška litoksijansa potrebno)
• poboljšana ponovljivost kroz bolju disperziju i miješanje
• potencijalno niža radna temperatura jer ultrazvuk kompenzira sporiju toplinsku kinetiku

Razmatranja procesa i skaliranje

Uspješno ultrazvučno ispiranje uvelike ovisi o dizajnu procesa. Kritični parametri uključuju:

• Gustoća i amplituda snage ultrazvuka
• Koncentracija suspenzije i raspodjela veličine čestica
• Geometrija reaktora i uvjeti protoka
• kontrola temperature
• Izbor kemije ispiranja (kisela, alkalna, kloridna itd.)

Važno je napomenuti da industrijska implementacija zahtijeva sondne visokosnažne ultrazvučne reaktore, jer soniatori u kadi obično ne isporučuju dovoljno energije u guste ispuštajuće suspenzije. Inline ultrazvučne ćelije za protok mogu se integrirati u kontinuirane krugove za luženje, omogućujući skalabilan rad. Hielscher visokoučinkoviti sonikatori izrađeni su za obradu velikih volumena u zahtjevnim uvjetima – povećavajući prinose ispranih metala uz smanjenje vremena obrade i utjecaja na okoliš.

Projektiranje, proizvodnja i savjetovanje – Kvaliteta Proizvedeno u Njemačkoj

Hielscher ultrasonicators su poznati po svojim najvišim standardima kvalitete i dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućuju glatku integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijske objekte. Teški uvjeti i zahtjevna okruženja lako se nose s Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana tvrtka i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne uređaje visokih performansi koji sadrže najsuvremeniju tehnologiju i jednostavnu su za korištenje. Naravno, Hielscher ultrasonicators sukladni su CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.

Literatura / Reference