Թանկարժեք մետաղների ուլտրաձայնային տարալվացում

Բարձր հզորության ուլտրաձայնը մետաղների, օրինակ՝ թանկարժեք մետաղների և հազվագյուտ հողային տարրերի կորզման արդյունավետ մեթոդ է։ Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ պինդ–հեղուկ արդյունահանման այս գործընթացը հայտնի է որպես սոնոտարալվացում, տարալվացում կամ լվացում։ Ամուր արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքերը կարելի է հեշտությամբ տեղադրել՝ հանքաքարերից հազվագյուտ հողային տարրերը տարալվացնելու, ավելի ամբողջական կորզման համար հանքարդյունաբերական խյուսերը մշակելու կամ բարձրարժեք մետաղները (օրինակ՝ Cu, Zn, Ni) պակաս արժեքավոր մետաղներից առանձնացնելու նպատակով։

Ուլտրաձայնային տարալվացումը նպաստում է ռեակցիային՝ զանգվածափոխանակության և լուծման միջոցով, ինչի շնորհիվ արդյունահանման ավելի կարճ ժամանակում ստացվում է ավելի բարձր ելք։
Ուլտրաձայնային տարալվացման հիմնական առավելություններն են՝

• ավելի բարձր ելք
• ավելի ամբողջական տարալվացում
• ռեագենտների նվազեցված ծախս
• ավելի մեղմ պայմաններ
• իրագործելիության պարզ փորձարկում
• մասշտաբի գծային մեծացում
• լիարժեք առևտրային արտադրության համար նախատեսված ուլտրաձայնային համակարգերի հեշտ տեղադրում
• շատ ամուր ուլտրաձայնային սարքեր՝ մեծ ծավալային հոսքերի համար

Թանկարժեք մետաղների ուլտրաձայնային տարալվացում. ավելի արագ արդյունահանում՝ կավիտացիոն քիմիայի միջոցով

Թանկարժեք մետաղների՝ ոսկու, արծաթի, պլատինի, պալադիումի և ռոդիումի կորզումը ժամանակակից մետալուրգիայի և վերամշակման հիմնասյուներից է՝ հատկապես հանքաքարերի, խտանյութերի և երկրորդային ռեսուրսների, օրինակ՝ էլեկտրոնային ջարդոնի ու կատալիտիկ փոխակերպիչների մշակման ժամանակ։ Թեև սովորական տարալվացումը լավ հաստատված մեթոդ է, այն հաճախ սահմանափակվում է դանդաղ զանգվածափոխանակությամբ, մակերևույթի պասիվացմամբ, արժեքավոր ֆազերի ոչ ամբողջական ազատմամբ և ռեագենտների մեծ ծախսով։
Ուլտրաձայնային տարալվացումը հաղթահարում է այս խոչընդոտներից շատերը՝ տարալվացման խյուսին հաղորդելով բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայն, որն ակուստիկ կավիտացիա կոչվող երևույթի միջոցով կտրուկ ինտենսիվացնում է ռեակցիայի կինետիկան։

Հիմնական մեխանիզմը. ակուստիկ կավիտացիա

Երբ բարձր հզորության ուլտրաձայնի էներգիան հաղորդվում է հեղուկին, առաջանում են մանրադիտակային կավիտացիոն պղպջակներ, որոնք արագ ձևավորվում և փլուզվում են։ Այդ փլուզումն առաջացնում է տեղային ծայրահեղ պայմաններ, այդ թվում՝

• ինտենսիվ միկրոխառնում և սահքի ուժեր
• պինդ մակերևույթներին ուղղված բարձր արագության միկրոշիթեր
• տեղային տաք կետեր (շատ բարձր ջերմաստիճաններ և ճնշումներ՝ միկրովայրկյանների ընթացքում)

Թեև այս ազդեցությունները տեղի են ունենում մանրադիտակային մասշտաբով, դրանք մեծապես ազդում են տարալվացման մակրոսկոպիկ գործընթացի վրա՝ անընդհատ թարմացնելով ռեակցունակ մակերևույթը և արագացնելով ռեագենտների տեղափոխումը դեպի պինդ մասնիկներ և դրանցից հեռու։

Ուլտրաձայնով ինտենսիվացված թթվային տարալվացումն ընթանում է սովորական թթվային տարալվացումից տասներկու անգամ ավելի արագ՝ մակերևույթի մոտ պայթող կավիտացիոն պղպջակների բարենպաստ մեխանիկական ազդեցության շնորհիվ։ Այս երևույթը բարելավում է թթվային լուծույթի խառնումը՝ դրանով բարելավելով տեղափոխման հատկությունները։
Պատկերը և ուսումնասիրությունը՝ © Canciani et al., 2024

Ինչու է ուլտրաձայնը բարելավում թանկարժեք մետաղների տարալվացումը

Տարալվացման համակարգերի մեծ մասում արագությունը սահմանափակող փուլը ոչ թե բուն քիմիական ռեակցիան է, այլ ռեակցիայի մասնակից նյութերի տեղափոխումը սահմանային շերտերի, ծակոտիների կամ պասիվացնող մակերևութային թաղանթների միջով։ Ուլտրաձայնային կավիտացիան բարելավում է տարալվացման արդյունավետությունը մի քանի համատեղ ուժեղացող ազդեցությունների միջոցով՝

1. Ուժեղացված զանգվածափոխանակություն
   Ուլտրաձայնը նվազեցնում է պինդ մասնիկները շրջապատող անշարժ դիֆուզիոն շերտի հաստությունը։ Սա թույլ է տալիս տարալվացնող նյութերին (օրինակ՝ ցիանիդին, թիոսուլֆատին, քլորիդին, յոդիդին, թիոմիզանյութին կամ թթվային համակարգերին) ավելի արագ հասնել մետաղ պարունակող մակերևույթին, մինչդեռ լուծված մետաղական կոմպլեքսներն ավելի արդյունավետ են հեռացվում։
2. Մասնիկների մակերևույթի ակտիվացում
   Կավիտացիոն միկրոշիթերն ու հարվածային ալիքներն անընդհատ քայքայում, մաքրում և խորդուբորդ են դարձնում մասնիկների մակերևույթները։ Սա բացահայտում է հանքային նոր ֆազեր և մեծացնում արդյունավետ ռեակցունակ մակերեսը, ինչը հատկապես կարևոր է դժվար մշակվող հանքաքարերի կամ պատված մասնիկների դեպքում։
3. Պասիվացման շերտերի քայքայում
   Թանկարժեք մետաղներ պարունակող բազմաթիվ հանքանյութեր տարալվացման ընթացքում ձևավորում են մակերևութային շերտեր (օրինակ՝ օքսիդներ, սուլֆատներ, տարրային ծծումբ կամ սիլիցիումի երկօքսիդի թաղանթներ)։ Ուլտրաձայնը կարող է ֆիզիկապես քայքայել այս պատնեշները՝ վերականգնելով տարալվացնող նյութի հասանելիությունը դրանց տակ գտնվող մետաղական ֆազին։
4. Բարելավված ներթափանցում ծակոտկեն պինդ նյութերի մեջ
   Խտանյութերի, կատալիզատորների և էլեկտրոնային թափոնների մասնիկների դեպքում ուլտրաձայնն օգնում է հեղուկը մղել ծակոտիների ու միկրոճաքերի մեջ՝ բարելավելով ռեագենտների հասանելիությունը ներսում ներփակված թանկարժեք մետաղներին։

Մասնիկների չափային բաշխումները ուլտրաձայնային և սովորական տարալվացումից հետո
Պատկերը և ուսումնասիրությունը՝ © Canciani et al., 2024

Կիրառություններ. հանքաքարերից մինչև քաղաքային հանքարդյունահանում

Ուլտրաձայնային տարալվացումն ավելի ու ավելի լայնորեն է ուսումնասիրվում ինչպես առաջնային, այնպես էլ երկրորդային ռեսուրսների համար՝

• Ոսկի և արծաթ
  Ապացուցվել է, որ բարձր հզորության ուլտրաձայնն արագացնում է ոսկու տարալվացումը ցիանիդային և այլընտրանքային տարալվացնող նյութերում՝ բարելավելով տեղափոխումը և վերացնելով պասիվացման ազդեցությունները։ Այն կիրառելի է նաև հանքաքարերից և արդյունաբերական մնացորդներից արծաթի կորզման համար։
• Պլատինային խմբի մետաղներ (PGMs)
  Պլատինի, պալադիումի և ռոդիումի կորզումը՝ հատկապես օգտագործված կատալիտիկ փոխակերպիչներից, հաճախ հիմնվում է քլորիդային կամ թթվային տարալվացման համակարգերի վրա։ Ուլտրաձայնն ուժեղացնում է լուծման կինետիկան՝ ինտենսիվացնելով մակերևութային ռեակցիաները և բարելավելով բարդ կերամիկական/մետաղական մատրիցների քայքայումը։
• Էլեկտրոնային ջարդոն
  Տպատախտակներն ու էլեկտրոնային բաղադրիչները պարունակում են արժեքավոր թանկարժեք մետաղներ, սակայն պոլիմերների, օքսիդների և բազմանյութ կառուցվածքների պատճառով ստեղծում են դիֆուզիոն ուժեղ պատնեշներ։ Ուլտրաձայնային մշակումը բարելավում է տարալվացման համաչափությունը և կարող է կրճատել տարալվացման համար անհրաժեշտ ժամանակը։
• Հազվագյուտ հողային տարրեր՝ ածխի մոխրից
  Ածխի մոխիրը կարող է պարունակել արժեքավոր մետաղներ և հազվագյուտ հողային տարրեր, որոնք հաճախ կապված են հանքային ֆազերի կամ ապակենման ալյումասիլիկատային մատրիցի ներսում։ Ուլտրաձայնային մշակումը բարելավում է մոխրի մասնիկների և տարալվացման լուծույթի շփումը, ինչը կարող է բարձրացնել արդյունահանման արդյունավետությունը և կրճատել տարալվացման ժամանակը։
  Կարդացեք ավելին մոխրից հազվագյուտ հողային տարրերի ուլտրաձայնային տարալվացման մասին։

Գործընթացի հիմնական առավելությունները

Գործընթացների ինժեներիայի տեսանկյունից ուլտրաձայնային տարալվացումն ապահովում է մի շարք չափելի առավելություններ՝

• տարալվացման ավելի կարճ ժամանակ՝ արագացված կինետիկայի շնորհիվ
• արդյունահանման ավելի բարձր ելք՝ մակերևույթի բարելավված հասանելիության շնորհիվ
• ռեագենտների ավելի ցածր ծախս բազմաթիվ համակարգերում (տարալվացնող նյութի ավելի փոքր ավելցուկ է անհրաժեշտ)
• բարելավված վերարտադրելիություն՝ ավելի լավ դիսպերսման և խառնման շնորհիվ
• հնարավոր ավելի ցածր աշխատանքային ջերմաստիճան, քանի որ ուլտրաձայնը փոխհատուցում է ջերմային կինետիկայի դանդաղությունը

Գործընթացի նկատառումներ և մասշտաբի մեծացում

Հաջող ուլտրաձայնային տարալվացումը մեծապես կախված է գործընթացի նախագծումից։ Կարևոր պարամետրերն են՝

• ուլտրաձայնի հզորության խտությունը և ամպլիտուդը
• խյուսի կոնցենտրացիան և մասնիկների չափային բաշխումը
• ռեակտորի երկրաչափությունը և հոսքի պայմանները
• ջերմաստիճանի վերահսկումը
• տարալվացման քիմիական համակարգի ընտրությունը (թթվային, ալկալային, քլորիդային և այլն)

Կարևոր է, որ արդյունաբերական մասշտաբով ներդրումը պահանջում է զոնդային տիպի բարձր հզորության ուլտրաձայնային ռեակտորներ, քանի որ ուլտրաձայնային լոգանքները սովորաբար բավարար էներգիա չեն հաղորդում տարալվացման խիտ խյուսերին։ Հոսքագծային ուլտրաձայնային հոսքային բջիջները կարող են ինտեգրվել տարալվացման անընդհատ շղթաներին՝ հնարավորություն տալով մեծացնել աշխատանքի մասշտաբը։ Hielscher բարձր արտադրողականության ուլտրաձայնային սարքերը նախատեսված են պահանջկոտ պայմաններում մեծ ծավալներ մշակելու համար՝ բարձրացնելով տարալվացված մետաղների ելքը և միաժամանակ նվազեցնելով մշակման ժամանակն ու շրջակա միջավայրի վրա ազդեցությունը։

Նախագծում, արտադրություն և խորհրդատվություն – Գերմանիայում ստեղծված որակ

Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը հայտնի են իրենց որակի և նախագծման ամենաբարձր չափանիշներով։ Ամրությունն ու շահագործման դյուրինությունն ապահովում են մեր ուլտրաձայնային սարքերի սահուն ինտեգրումն արդյունաբերական կայանքներին։ Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը հեշտությամբ դիմակայում են ծանր պայմաններին և պահանջկոտ միջավայրերին։

Hielscher Ultrasonics ընկերությունն ունի ISO հավաստագրում և հատուկ ուշադրություն է դարձնում բարձր արտադրողականության ուլտրաձայնային սարքերին, որոնք առանձնանում են գերժամանակակից տեխնոլոգիայով և օգտագործման հարմարավետությամբ։ Իհարկե, Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը համապատասխանում են CE նորմերին և բավարարում են UL, CSA և RoHs պահանջները։

Գրականություն / հղումներ

• 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.