A nemesfémek ultrahangos kioldódása

A teljesítmény ultrahang hatékony technika fémek, például nemesfémek és ritkaföldfémek kivonására. Ez az ultrahanggal segített szilárd-folyadék extrakciós folyamat sono-kimosódás, lixiviáció vagy mosás néven ismert. Robusztus ipari ultrahangos készülékek könnyen telepíthetők ritkaföldfémek ércekből történő kioldására, bányászati iszapok kezelésére a teljesebb visszanyerés érdekében, vagy a nagy értékű fémek (pl. Cu, Zn, Ni) elválasztására a kevésbé értékes fémektől.

Az ultrahangos kioldódás elősegíti a reakciót tömegátadással és oldódással, így rövidebb extrakciós idő alatt magasabb hozamot kapunk.
Az ultrahangos kioldódás fő előnyei:

• Nagyobb hozam
• teljesebb kimosódás
• csökkentett reagensfogyasztás
• enyhébb körülmények
• egyszerű megvalósíthatósági tesztelés
• Lineáris felskálázás
• A teljes kereskedelmi forgalomban kapható ultrahang rendszerek egyszerű telepítése
• nagyon robusztus ultrahangos készülékek nagy térfogatáramokhoz

Nemesfémek ultrahangos kioldása: Gyorsabb extrakció a kavitációs kémia révén

Az olyan nemesfémek, mint az arany, ezüst, platina, palládium és ródium visszanyerése a modern kohászat és újrahasznosítás egyik sarokköve. – különösen az ércek, koncentrátumok és másodlagos nyersanyagok, például elektronikai hulladékok és katalizátorok feldolgozása során. Bár a hagyományos kioldás jól bevált, gyakran korlátozza a lassú anyagátvitel, a felületi passziváció, az értékes fázisok nem teljes felszabadulása és a magas reagensfogyasztás.
Az ultrahangos kioldás számos ilyen szűk keresztmetszetet old meg azáltal, hogy nagy intenzitású ultrahangot juttat a kioldó iszapba, ami az akusztikus kavitáció néven ismert jelenség révén drámaian fokozza a reakció kinetikáját.

Az alapmechanizmus: Akusztikus kavitáció

Amikor nagy teljesítményű ultrahangot kapcsolnak a folyadékba, mikroszkopikus kavitációs buborékok keletkeznek, amelyek gyorsan kialakulnak és összeomlanak. Ez az összeomlás szélsőséges helyi körülményeket hoz létre, többek között:

• intenzív mikrokeveredés és nyíróerők
• nagy sebességű mikrosugarak szilárd felületekre irányítva
• lokalizált forró pontok (mikroszekundumokig tartó nagyon magas hőmérséklet és nyomás)

Bár ezek a hatások mikroszkopikus szinten jelentkeznek, erősen befolyásolják a makroszkopikus kioldási folyamatot azáltal, hogy folyamatosan megújítják a reaktív felületet és felgyorsítják a reagensek szállítását a szilárd részecskékhez és azokból.

Az ultrahanggal fokozott savas kioldódás tizenkétszer gyorsabban működik, mint a hagyományos savas kimosódás, a felszín közelében feltörő kavitációs buborékok jótékony mechanikai hatása miatt. Ez a jelenség javítja a savoldat keverését, ezáltal javítja a szállítási tulajdonságokat.
Kép és tanulmány: © Canciani et al., 2024

Miért javítja az ultrahang a nemesfémek kioldódását?

A legtöbb kioldó rendszerben a sebességkorlátozó lépés nem maga a kémiai reakció, hanem a reakcióelemek határrétegeken, pórusokon vagy passziváló felületi filmeken keresztül történő szállítása. Az ultrahangos kavitáció több szinergikus hatás révén javítja a kioldás hatékonyságát:

1. Fokozott tömegátvitel
   Az ultrahang csökkenti a szilárd részecskéket körülvevő stagnáló diffúziós réteg vastagságát. Ez lehetővé teszi, hogy a lixiválószerek (pl. cianid, tioszulfát, klorid, jodid, tiourea vagy savas rendszerek) gyorsabban elérjék a fémtartalmú felületet, míg az oldott fémkomplexek hatékonyabban eltávolíthatók.
2. Részecskefelület aktiválása
   A kavitációs mikrosugarak és lökéshullámok folyamatosan erodálják, tisztítják és érdesítik a részecskék felületét. Ezáltal friss ásványi fázisok kerülnek felszínre, és megnő a hatékony reaktív felület. – különösen fontos a tűzálló ércek vagy bevonatos részecskék esetében.
3. A passziváló rétegek megszakítása
   Sok nemesfémtartalmú ásvány a kioldódás során felületi rétegeket képez (pl. oxidok, szulfátok, elemi kén vagy szilícium-dioxid filmek). Az ultrahang fizikailag meg tudja bontani ezeket a gátakat, helyreállítva az oldószer hozzáférését a mögöttes fémfázishoz.
4. Jobb behatolás a porózus szilárd anyagokba
   Koncentrátumok, katalizátorok és e-hulladék részecskék esetében az ultrahang segít a folyadékot a pórusokba és a mikrorepedésekbe nyomni, javítva a reagensek hozzáférését a beágyazott nemesfémekhez.

Szemcseméret-eloszlás ultrahangos és hagyományos kioldódás után
Kép és tanulmány: © Canciani et al., 2024

Alkalmazások: Az ércektől a városi bányászatig

Az ultrahangos kioldást egyre gyakrabban vizsgálják mind az elsődleges, mind a másodlagos erőforrások esetében:

• Arany és ezüst
  Kimutatták, hogy a teljesítmény-ultrahang a szállítás javítása és a passzivációs hatások megszüntetése révén felgyorsítja az arany kioldását cianidban és alternatív lixiválószerekben. Ez az ércekből és ipari maradékokból történő ezüst visszanyerése szempontjából is fontos.
• Platina-csoportba tartozó fémek (PGM-ek)
  Platina, palládium és ródium kinyerése – különösen a kiégett katalizátorokból – gyakran kloridalapú vagy savas kioldó rendszerekre támaszkodik. Az ultrahang a felületi reakciók fokozásával és az összetett kerámia/fém mátrixok lebontásának javításával fokozza az oldási kinetikát.
• Elektronikus hulladék
  A nyomtatott áramköri lapok és az elektronikus alkatrészek értékes nemesfémeket tartalmaznak, de a polimerek, oxidok és a több anyagból álló szerkezetek miatt erős diffúziós akadályokat jelentenek. Az ultrahangos kezelés javítja a kioldás egyenletességét és csökkentheti a szükséges kioldási időt.

A folyamat fő előnyei

Folyamattechnikai szempontból az ultrahangos kioldás számos mérhető előnyt kínál:

• rövidebb kioldási idő a gyorsított kinetika révén
• nagyobb kitermelési hozam a jobb felszíni hozzáférésnek köszönhetően
• alacsonyabb reagensfogyasztás számos rendszerben (kevesebb felesleges lixiválószerre van szükség)
• jobb reprodukálhatóság a jobb diszpergálás és keverés révén
• potenciálisan alacsonyabb üzemi hőmérséklet, mivel az ultrahang kompenzálja a lassabb termikus kinetikát

Folyamatra vonatkozó megfontolások és méretnövelés

A sikeres ultrahangos kioldás nagymértékben függ a folyamat tervezésétől. A kritikus paraméterek a következők:

• ultrahang teljesítménysűrűség és amplitúdó
• iszapkoncentráció és részecskeméret-eloszlás
• reaktorgeometria és áramlási feltételek
• hőmérséklet-szabályozás
• az oldási kémia megválasztása (savas, lúgos, kloridos stb.)

Fontos, hogy az ipari méretű megvalósításhoz szondás, nagy teljesítményű ultrahangos reaktorokra van szükség, mivel a fürdőszonikátorok általában nem szállítanak elegendő energiát a sűrű oldóiszapokba. Az inline ultrahangos áramlási cellák integrálhatók a folyamatos kioldó körökbe, lehetővé téve a méretezhető működést. A Hielscher nagy teljesítményű szonikátorok nagy mennyiségek igényes körülmények közötti feldolgozására készültek. – a kilúgozott fémek hozamának növelése, miközben csökken a feldolgozási idő és a környezetterhelés.

Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban gyártott minőség

A Hielscher ultrahangos készülékek jól ismertek a legmagasabb minőségi és tervezési szabványokról. A robusztusság és a könnyű kezelhetőség lehetővé teszi ultrahangos készülékeink zökkenőmentes integrálását ipari létesítményekbe. A durva körülmények és az igényes környezetek könnyen kezelhetők Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics egy ISO tanúsítvánnyal rendelkező cég, és különös hangsúlyt fektet a nagy teljesítményű ultrasonicatorokra, amelyek a legmodernebb technológiát és felhasználóbarátságot mutatják. Természetesen a Hielscher ultrasonicators CE-kompatibilis és megfelel az UL, CSA és RoHs követelményeinek.

Irodalom / Hivatkozások