귀금속의 초음파 침출

파워 초음파는 귀금속 및 희토류와 같은 금속을 추출하는 효과적인 기술입니다. 이 초음파 보조 고액 추출 과정은 소노 침출, lixiviation 또는 세척으로 알려져 있습니다. 견고한 산업용 초음파를 쉽게 설치하여 광석에서 희토류를 침출하거나보다 완전한 회수를 위해 광산 슬러리를 처리하거나, 가치가 낮은 금속에서 고가 금속 (예 : Cu, Zn, Ni)을 분리 할 수 있습니다.

초음파 침출은 물질 전달 및 용해에 의한 반응을 촉진하여 더 짧은 추출 시간에 더 높은 수율을 얻을 수 있습니다.
초음파 침출의 주요 이점은 다음과 같습니다.

• 더 높은 수율
• 보다 완벽한 침출
• 시약 소비 감소
• 더 온화한 조건
• 간단한 타당성 테스트
• 리니어 스케일업
• 완전 상용 초음파 시스템의 간편한 설치
• 대용량 스트림을 위한 매우 강력한 초음파발생기

귀금속의 초음파 침출: 캐비테이션 화학을 통한 빠른 추출

금, 은, 백금, 팔라듐, 로듐과 같은 귀금속을 회수하는 것은 현대 야금 및 재활용의 초석입니다. – 특히 광석, 정광, 전자 스크랩 및 촉매 변환기와 같은 이차 자원의 처리에서 유용합니다. 기존의 침출법은 잘 확립되어 있지만, 느린 질량 전달, 표면 부동태화, 불완전한 유가상 해방, 높은 시약 소비량으로 인해 종종 제한을 받습니다.
초음파 침출은 침출 슬러리에 고강도 초음파를 도입하여 음향 캐비테이션이라는 현상을 통해 반응 동역학을 극적으로 강화함으로써 이러한 많은 병목 현상을 해결합니다.

핵심 메커니즘: 음향 캐비테이션

고출력 초음파가 액체에 결합되면 미세한 캐비테이션 버블이 빠르게 형성되고 붕괴됩니다. 이러한 붕괴는 다음과 같은 극단적인 국부적 조건을 생성합니다:

• 강렬한 미세 혼합 및 전단력
• 고체 표면을 향하는 고속 마이크로 제트
• 국부적인 핫스팟(마이크로초 동안의 매우 높은 온도 및 압력)

이러한 효과는 미시적 규모에서 발생하지만, 반응 표면을 지속적으로 갱신하고 고체 입자로의 시약 이동을 가속화함으로써 거시적 침출 과정에 큰 영향을 미칩니다.

초음파로 강화된 산성 침출은 표면 근처에서 파열되는 캐비테이션 기포의 유익한 기계적 작용으로 인해 기존의 산성 침출보다 12배 빠른 속도로 작동합니다. 이 현상은 산성 용액 혼합을 개선하여 수송 특성을 향상시킵니다.
이미지 및 연구: © 칸치아니 외, 2024

초음파가 귀금속 침출을 개선하는 이유

대부분의 침출 시스템에서 속도 제한 단계는 화학 반응 자체가 아니라 경계층, 기공 또는 부동태화 표면 필름을 통해 반응물을 운반하는 것입니다. 초음파 캐비테이션은 여러 시너지 효과를 통해 침출 효율을 향상시킵니다:

1. 향상된 대량 전송
   초음파는 고체 입자를 둘러싼 정체된 확산 층의 두께를 감소시킵니다. 이를 통해 시안화물, 티오황산염, 염화물, 요오드화물, 티오우레아 또는 산성 시스템과 같은 용해제가 금속 함유 표면에 더 빨리 도달하고 용해된 금속 복합체는 더 효율적으로 제거될 수 있습니다.
2. 파티클 표면 활성화
   캐비테이션 마이크로제트와 충격파는 입자 표면을 지속적으로 침식하고 세척하며 거칠게 만듭니다. 이를 통해 새로운 미네랄 상이 노출되고 유효 반응 면적이 증가합니다. – 내화 광석이나 코팅 입자에서 특히 중요합니다.
3. 패시베이션 레이어 중단
   많은 귀금속 함유 광물은 침출 중에 표면층(예: 산화물, 황산염, 원소 황 또는 실리카 필름)을 형성합니다. 초음파는 이러한 장벽을 물리적으로 파괴하여 침출제가 기본 금속 상에 접근하도록 복원할 수 있습니다.
4. 다공성 고체에 대한 침투력 향상
   농축액, 촉매 및 전자 폐기물 입자의 경우 초음파는 액체를 기공과 미세 균열로 밀어 넣어 내장된 귀금속에 대한 시약 접근성을 개선하는 데 도움이 됩니다.

초음파 및 기존 침출 후의 입자 크기 분포
이미지 및 연구: © 칸치아니 외, 2024

애플리케이션: 광석에서 도시 채굴까지

초음파 침출은 1차 자원과 2차 자원 모두에서 점점 더 많이 조사되고 있습니다:

• 골드 및 실버
  파워 초음파는 수송을 개선하고 부동화 효과를 제거하여 시안화물 및 대체 용융물에서 금 침출을 가속화하는 것으로 나타났습니다. 또한 광석 및 산업 잔류물에서 은을 회수하는 데에도 적합합니다.
• 플래티넘 그룹 금속(PGM)
  백금, 팔라듐, 로듐 회수 – 특히 사용 후 촉매 변환기에서 – 는 염화물 기반 또는 산성 침출 시스템에 의존하는 경우가 많습니다. 초음파는 표면 반응을 강화하고 복잡한 세라믹/금속 매트릭스의 분해를 개선하여 용해 동역학을 향상시킵니다.
• 전자 스크랩
  인쇄 회로 기판과 전자 부품에는 귀중한 귀금속이 포함되어 있지만 폴리머, 산화물 및 다중 재료 구조로 인해 강력한 확산 장벽이 존재합니다. 초음파 처리는 침출 균일성을 개선하고 필요한 침출 시간을 줄일 수 있습니다.

주요 프로세스 이점

공정 엔지니어링 관점에서 초음파 침출은 몇 가지 측정 가능한 이점을 제공합니다:

• 가속화된 동역학을 통한 침출 시간 단축
• 표면 접근성 향상으로 인한 추출 수율 증가
• 많은 시스템에서 시약 소비량 감소(과잉 시약 필요량 감소)
• 더 나은 분산 및 혼합을 통한 재현성 향상
• 초음파가 느린 열역학을 보상하기 때문에 잠재적으로 작동 온도를 낮출 수 있습니다.

프로세스 고려 사항 및 확장

성공적인 초음파 침출은 공정 설계에 따라 크게 달라집니다. 중요한 파라미터는 다음과 같습니다:

• 초음파 출력 밀도 및 진폭
• 슬러리 농도 및 입자 크기 분포
• 원자로 형상 및 흐름 조건
• 온도 제어
• 침출 화학 물질 선택(산성, 알칼리성, 염화물 등)

중요한 것은 수조 초음파 처리기는 일반적으로 밀도가 높은 침출 슬러리에 충분한 에너지를 전달하지 못하기 때문에 산업 규모로 구현하려면 프로브형 고출력 초음파 반응기가 필요하다는 점입니다. 인라인 초음파 흐름 셀은 연속 침출 회로에 통합할 수 있어 확장 가능한 작동이 가능합니다. Hielscher 고성능 초음파 처리기는 까다로운 조건에서 많은 양을 처리할 수 있도록 제작되었습니다. – 처리 시간과 환경에 미치는 영향을 줄이면서 침출 금속의 수율을 높일 수 있습니다.

설계, 제조 및 컨설팅 – 독일에서 만든 품질

Hielscher 초음파는 최고의 품질과 디자인 표준으로 잘 알려져 있습니다. 견고 함과 쉬운 작동으로 초음파를 산업 시설에 원활하게 통합 할 수 있습니다. 거친 조건과 까다로운 환경은 Hielscher 초음파기로 쉽게 처리 할 수 있습니다.

Hielscher 초음파는 ISO 인증 회사이며 최첨단 기술과 사용자 친화성을 갖춘 고성능 초음파에 특히 중점을 둡니다. 물론, Hielscher 초음파는 CE를 준수하며 UL, CSA 및 RoHs의 요구 사항을 충족합니다.

문헌 / 참고문헌