Pelindian Ultrasonik Logam Mulia

Ultrasonik berdaya tinggi merupakan teknik yang efektif untuk mengekstraksi logam seperti logam mulia dan unsur tanah jarang. Proses ekstraksi padat–cair berbantuan ultrasonik ini dikenal sebagai sono-leaching, pelindian, atau pencucian. Sonikator industri yang tangguh dapat dipasang dengan mudah untuk melindi unsur tanah jarang dari bijih, mengolah bubur pertambangan agar perolehan kembali lebih menyeluruh, atau memisahkan logam bernilai tinggi (misalnya Cu, Zn, Ni) dari logam yang kurang bernilai.

Pelindian ultrasonik mendorong reaksi melalui perpindahan massa dan pelarutan sehingga diperoleh hasil yang lebih tinggi dalam waktu ekstraksi yang lebih singkat.
Manfaat utama pelindian ultrasonik adalah:

• hasil yang lebih tinggi
• pelindian yang lebih menyeluruh
• konsumsi reagen yang lebih rendah
• kondisi yang lebih ringan
• pengujian kelayakan yang sederhana
• peningkatan skala secara linear
• pemasangan sistem ultrasonik skala komersial penuh yang mudah
• sonikator yang sangat tangguh untuk aliran bervolume besar

Pelindian Ultrasonik Logam Mulia: Ekstraksi Lebih Cepat Melalui Kimia Kavitasi

Perolehan kembali logam mulia seperti emas, perak, platina, paladium, dan rodium merupakan landasan metalurgi dan daur ulang modern – terutama dalam pengolahan bijih, konsentrat, dan sumber daya sekunder seperti skrap elektronik dan konverter katalitik. Meskipun pelindian konvensional sudah mapan, proses ini sering dibatasi oleh perpindahan massa yang lambat, pasivasi permukaan, pembebasan fase berharga yang tidak tuntas, dan konsumsi reagen yang tinggi.
Pelindian ultrasonik mengatasi banyak hambatan ini dengan memasukkan ultrasonik berintensitas tinggi ke dalam bubur pelindian, sehingga secara drastis mempercepat kinetika reaksi melalui fenomena yang dikenal sebagai kavitasi akustik.

Mekanisme Inti: Kavitasi Akustik

Ketika ultrasonik berdaya tinggi dikopelkan ke dalam cairan, terbentuk gelembung kavitasi mikroskopis yang dengan cepat terbentuk dan runtuh. Keruntuhan ini menghasilkan kondisi ekstrem setempat, termasuk:

• pencampuran mikro yang intens dan gaya geser
• semburan mikro berkecepatan tinggi yang mengarah ke permukaan padatan
• titik panas setempat (suhu dan tekanan yang sangat tinggi selama beberapa mikrodetik)

Meskipun efek ini terjadi pada skala mikroskopis, pengaruhnya sangat besar terhadap proses pelindian makroskopis karena terus memperbarui permukaan reaktif dan mempercepat transpor reagen menuju dan menjauhi partikel padat.

Pelindian asam yang ditingkatkan dengan ultrasonik berlangsung dengan laju dua belas kali lebih cepat daripada pelindian asam konvensional, berkat aksi mekanis yang menguntungkan dari gelembung kavitasi yang pecah di dekat permukaan. Fenomena ini meningkatkan pencampuran larutan asam, sehingga meningkatkan sifat transpor.
Gambar dan penelitian: © Canciani et al., 2024

Mengapa Ultrasonik Meningkatkan Pelindian Logam Mulia

Dalam sebagian besar sistem pelindian, tahap pembatas laju bukanlah reaksi kimia itu sendiri, melainkan transpor reaktan melalui lapisan batas, pori, atau lapisan tipis permukaan yang menyebabkan pasivasi. Kavitasi ultrasonik meningkatkan efisiensi pelindian melalui beberapa efek sinergis:

1. Peningkatan Perpindahan Massa
   Ultrasonik mengurangi ketebalan lapisan difusi stagnan yang mengelilingi partikel padat. Hal ini memungkinkan bahan pelindi (misalnya sianida, tiosulfat, klorida, iodida, tiourea, atau sistem asam) mencapai permukaan yang mengandung logam lebih cepat, sementara kompleks logam terlarut disingkirkan dengan lebih efisien.
2. Aktivasi Permukaan Partikel
   Semburan mikro dan gelombang kejut kavitasi terus-menerus mengikis, membersihkan, dan mengasarkan permukaan partikel. Hal ini menyingkap fase mineral yang baru dan meningkatkan luas permukaan reaktif efektif – yang sangat penting pada bijih refrakter atau partikel berlapis.
3. Perusakan Lapisan Pasivasi
   Banyak mineral yang mengandung logam mulia membentuk lapisan permukaan selama pelindian (misalnya oksida, sulfat, sulfur elemental, atau lapisan tipis silika). Ultrasonik dapat merusak penghalang ini secara fisik, sehingga memulihkan akses bahan pelindi ke fase logam di bawahnya.
4. Peningkatan Penetrasi ke Dalam Padatan Berpori
   Untuk konsentrat, katalis, dan partikel limbah elektronik, ultrasonik membantu mendorong cairan masuk ke dalam pori dan retakan mikro, sehingga meningkatkan akses reagen ke logam mulia yang tertanam di dalamnya.

Distribusi ukuran partikel setelah pelindian ultrasonik dan konvensional
Gambar dan penelitian: © Canciani et al., 2024

Aplikasi: Dari Bijih hingga Pertambangan Perkotaan

Pelindian ultrasonik semakin banyak diteliti untuk sumber daya primer maupun sekunder:

• Emas dan Perak
  Ultrasonik berdaya tinggi telah terbukti mempercepat pelindian emas dalam sianida dan bahan pelindi alternatif dengan meningkatkan transpor dan menghilangkan efek pasivasi. Teknik ini juga relevan untuk perolehan kembali perak dari bijih dan residu industri.
• Logam Golongan Platina (PGM)
  Perolehan kembali platina, paladium, dan rodium – terutama dari konverter katalitik bekas – sering mengandalkan sistem pelindian berbasis klorida atau asam. Ultrasonik mempercepat kinetika pelarutan dengan mengintensifkan reaksi permukaan dan meningkatkan penguraian matriks keramik/logam yang kompleks.
• Skrap Elektronik
  Papan sirkuit cetak dan komponen elektronik mengandung logam mulia yang berharga, tetapi memiliki penghalang difusi yang kuat akibat polimer, oksida, dan struktur multimaterial. Perlakuan ultrasonik meningkatkan keseragaman pelindian dan dapat mengurangi waktu pelindian yang diperlukan.
• Unsur Tanah Jarang dari Abu Batu Bara
  Abu batu bara dapat mengandung logam berharga dan unsur tanah jarang, yang sering terikat di dalam fase mineral atau matriks aluminosilikat seperti kaca. Perlakuan ultrasonik meningkatkan kontak antara partikel abu dan larutan pelindi, yang dapat meningkatkan efisiensi ekstraksi dan mempersingkat waktu pelindian.
  Baca lebih lanjut tentang pelindian ultrasonik unsur tanah jarang dari abu!

Keunggulan Utama Proses

Dari perspektif rekayasa proses, pelindian ultrasonik menawarkan beberapa manfaat yang terukur:

• waktu pelindian lebih singkat melalui percepatan kinetika
• hasil ekstraksi lebih tinggi berkat peningkatan akses ke permukaan
• konsumsi reagen lebih rendah dalam banyak sistem (kelebihan bahan pelindi yang diperlukan lebih sedikit)
• reprodusibilitas yang lebih baik melalui dispersi dan pencampuran yang lebih baik
• suhu operasi berpotensi lebih rendah karena ultrasonik mengimbangi kinetika termal yang lebih lambat

Pertimbangan Proses dan Peningkatan Skala

Keberhasilan pelindian ultrasonik sangat bergantung pada desain proses. Parameter penting meliputi:

• kerapatan daya dan amplitudo ultrasonik
• konsentrasi bubur dan distribusi ukuran partikel
• geometri reaktor dan kondisi aliran
• pengendalian suhu
• pemilihan sistem kimia pelindian (asam, basa, klorida, dll.)

Penerapan pada skala industri memerlukan reaktor ultrasonik berdaya tinggi tipe probe, karena sonikator bak biasanya tidak menyalurkan energi yang cukup ke dalam bubur pelindian yang pekat. Sel alir ultrasonik inline dapat diintegrasikan ke dalam sirkuit pelindian kontinu, sehingga memungkinkan operasi yang dapat ditingkatkan skalanya. Sonikator berkinerja tinggi Hielscher dibuat untuk memproses volume besar dalam kondisi berat – meningkatkan hasil logam yang terlindi sekaligus mengurangi waktu pemrosesan dan dampak lingkungan.

Desain, Manufaktur, dan Konsultasi – Kualitas Buatan Jerman

Sonikator Hielscher terkenal akan standar kualitas dan desainnya yang tertinggi. Ketangguhan dan kemudahan pengoperasian memungkinkan integrasi sonikator kami ke dalam fasilitas industri dengan lancar. Kondisi berat dan lingkungan yang menuntut dapat ditangani dengan mudah oleh sonikator Hielscher.

Hielscher Ultrasonics adalah perusahaan bersertifikat ISO dan memberikan perhatian khusus pada sonikator berkinerja tinggi yang dilengkapi teknologi mutakhir serta mudah digunakan. Tentu saja, sonikator Hielscher mematuhi standar CE dan memenuhi persyaratan UL, CSA, dan RoHs.

Literatur / Referensi

• 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.