Dārgmetālu ultraskaņas izskalošanās

Jaudas ultraskaņa ir efektīva metode metālu, piemēram, dārgmetālu un retzemju metālu, ieguvei. Šis ultrasoniski atbalstītais cietā šķidruma ekstrakcijas process ir pazīstams kā sono-izskalošanās, liksiviācija vai mazgāšana. Robustus rūpnieciskos ultrasonikatorus var viegli uzstādīt, lai izskalotu retzemju metālus no rūdām, lai apstrādātu kalnrūpniecības vircas pilnīgākai reģenerācijai vai atdalītu augstvērtīgus metālus (piemēram, Cu, Zn, Ni) no mazāk vērtīgiem metāliem.

Ultraskaņas izskalošanās veicina reakciju, pārnesot un izšķīdinot, lai īsākā ekstrakcijas laikā iegūtu augstākas ražas.
Ultraskaņas izskalošanās galvenās priekšrocības ir:

• Augstāka raža
• pilnīgāka izskalošanās
• samazināts reaģenta patēriņš
• Maigāki apstākļi
• vienkārša priekšizpēte
• Lineāra palielināšana
• viegla pilnas komerciālas ultraskaņas sistēmu uzstādīšana
• ļoti izturīgi ultrasonikatori liela apjoma plūsmām

Dārgmetālu izskalošana ar ultraskaņu: Ātrāka ekstrakcija, izmantojot kavitācijas ķīmiju

Dārgmetālu, piemēram, zelta, sudraba, platīna, pallādija un rodija, reģenerācija ir mūsdienu metalurģijas un pārstrādes stūrakmens. – jo īpaši rūdas, koncentrātu un otrreizējo resursu, piemēram, elektronisko iekārtu lūžņu un katalītisko pārveidotāju, pārstrādē. Lai gan tradicionālā izskalošana ir labi pazīstama, to bieži ierobežo lēna masas pārnese, virsmas pasivācija, nepilnīga vērtīgo fāžu atbrīvošanās un liels reaģentu patēriņš.
Ultraskaņas izskalošana novērš daudzas no šīm vājajām vietām, ieviešot izskalošanas suspensijā augstas intensitātes ultraskaņu, kas ievērojami pastiprina reakcijas kinētiku, pateicoties parādībai, ko sauc par akustisko kavitāciju.

Pamatmehānisms: Akustiskā kavitācija

Kad šķidrumā tiek savienota lielas jaudas ultraskaņa, tā rada mikroskopiskus kavitācijas burbulīšus, kas ātri veidojas un sabrūk. Šī sabrukšana rada ekstrēmus lokālus apstākļus, tostarp:

• intensīva mikromaisīšanās un bīdes spēki.
• liela ātruma mikrostrūklas, kas vērstas pret cietām virsmām.
• lokalizēti karstie punkti (ļoti augsta temperatūra un spiediens uz mikrosekundēm).

Lai gan šie efekti izpaužas mikroskopiskā mērogā, tie spēcīgi ietekmē makroskopisko izskalošanas procesu, nepārtraukti atjaunojot reaģējošo virsmu un paātrinot reaģentu pārvietošanos uz cietajām daļiņām un no tām.

Ultrasoniski uzlabota skābes izskalošanās darbojas divpadsmit reizes ātrāk nekā parastā skābes izskalošanās, pateicoties kavitācijas burbuļu labvēlīgajai mehāniskajai iedarbībai, kas plīst pie virsmas. Šī parādība uzlabo skābes šķīduma sajaukšanu, tādējādi uzlabojot transporta īpašības.
Attēls un pētījums: © Canciani et al., 2024

Kāpēc ultraskaņa uzlabo dārgmetālu izskalošanu

Lielākajā daļā izskalošanas sistēmu ātrumu ierobežojošais posms ir nevis pati ķīmiskā reakcija, bet gan reaģentu transportēšana caur robežslāņiem, porām vai pasivējošām virsmas plēvēm. Ultraskaņas kavitācija uzlabo izskalošanas efektivitāti, pateicoties vairākiem sinerģiskiem efektiem:

1. Uzlabota masas pārnese
   Ultraskaņa samazina ap cietajām daļiņām esošā stagnējošā difūzijas slāņa biezumu. Tas ļauj liksivatoriem (piemēram, cianīdam, tiosulfātam, hlorīdam, jodīdam, tiurīnvielai vai skābām sistēmām) ātrāk sasniegt metālu nesošo virsmu, bet izšķīdušie metālu kompleksi tiek efektīvāk noņemti.
2. Daļiņu virsmas aktivizēšana
   Kavitācijas mikrostrūklas un triecienviļņi nepārtraukti erodē, attīra un raupji apstrādā daļiņu virsmas. Tādējādi tiek atklātas svaigas minerālu fāzes un palielinās efektīvais reaģētspējīgais laukums. – īpaši svarīgi ugunsizturīgām rūdām vai daļiņām ar pārklājumu.
3. Pasivācijas slāņu izjaukšana
   Daudzi dārgmetālus saturoši minerāli izskalošanas laikā veido virsmas slāņus (piemēram, oksīdi, sulfāti, elementārais sērs vai silīcija dioksīda plēves). Ultraskaņa var fiziski izjaukt šīs barjeras, atjaunojot izskalošanas līdzekļa piekļuvi pamatā esošajai metāla fāzei.
4. Uzlabota iekļūšana porainās cietvielās
   Attiecībā uz koncentrātiem, katalizatoriem un e-atkritumu daļiņām ultraskaņa palīdz iepludināt šķidrumu porās un mikroplaisās, uzlabojot reaģenta piekļuvi iestrādātajiem dārgmetāliem.

Daļiņu izmēra sadalījums pēc ultraskaņas un parastās izskalošanās
Attēls un pētījums: © Canciani et al., 2024

Pieteikumi: No rūdas līdz pilsētu kalnrūpniecībai

Ultraskaņas izskalošana tiek arvien vairāk pētīta gan primārajos, gan sekundārajos resursos:

• Zelts un sudrabs
  Ir pierādīts, ka enerģijas ultraskaņa paātrina zelta izskalošanu cianīdā un alternatīvos liksivatoros, uzlabojot transportēšanu un novēršot pasivācijas efektu. Tā ir svarīga arī sudraba atgūšanai no rūdām un rūpnieciskajiem atlikumiem.
• Platīna grupas metāli (PGM)
  Platīna, pallādija un rodija atgūšana – jo īpaši no izlietotiem katalītiskajiem pārveidotājiem – bieži vien izmanto hlorīdu vai skābes izskalošanas sistēmas. Ultraskaņa uzlabo šķīdināšanas kinētiku, pastiprinot virsmas reakcijas un uzlabojot sarežģītu keramikas/metālu matricu sadalīšanos.
• Elektroniskais lūžņi
  Drukātās shēmas plates un elektroniskās detaļas satur vērtīgus dārgmetālus, bet polimēru, oksīdu un vairāku materiālu struktūru dēļ tām ir spēcīgi difūzijas šķēršļi. Ultraskaņas apstrāde uzlabo izskalošanas vienmērīgumu un var samazināt nepieciešamo izskalošanas laiku.

Galvenās procesa priekšrocības

No procesu inženierijas viedokļa ultraskaņas izskalošana piedāvā vairākas izmērāmas priekšrocības:

• īsāks izskalošanas laiks, pateicoties paātrinātai kinētikai.
• augstāks ieguves apjoms, pateicoties uzlabotai piekļuvei virsmai.
• mazāks reaģenta patēriņš daudzās sistēmās (nepieciešams mazāk liekā liksivanta).
• uzlabota reproducējamība, pateicoties labākai dispersijai un sajaukšanai.
• potenciāli zemāka darba temperatūra, jo ultraskaņa kompensē lēnāku termisko kinētiku.

Procesa apsvērumi un mēroga palielināšana

Veiksmīga ultraskaņas izskalošana ir ļoti atkarīga no procesa konstrukcijas. Kritiskie parametri ir šādi:

• ultraskaņas jaudas blīvums un amplitūda
• suspensijas koncentrācija un daļiņu izmēru sadalījums
• reaktora ģeometrija un plūsmas apstākļi
• temperatūras kontrole
• izskalošanas ķīmijas izvēle (skāba, sārmaina, hlorīda u. c.).

Svarīgi ir tas, ka rūpnieciskā mērogā ir nepieciešami zondes tipa lieljaudas ultraskaņas reaktori, jo vannas sonikatori parasti nespēj nodrošināt pietiekamu enerģiju blīvās izskalošanas suspensijās. Inline ultraskaņas plūsmas šūnas var integrēt nepārtrauktās izskalošanas ķēdēs, nodrošinot mērogojamu darbību. Hielscher augstas veiktspējas sonikatori ir paredzēti lielu apjomu apstrādei sarežģītos apstākļos. – palielinot izskaloto metālu ieguvi, vienlaikus samazinot apstrādes laiku un ietekmi uz vidi.

Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Kvalitāte ražots Vācijā

Hielscher ultrasonikatori ir labi pazīstami ar saviem augstākajiem kvalitātes un dizaina standartiem. Robustums un viegla darbība ļauj vienmērīgi integrēt mūsu ultrasonikatorus rūpnieciskajās iekārtās. Hielscher ultrasonikatori viegli apstrādā neapstrādātus apstākļus un prasīgu vidi.

Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums un īpašu uzsvaru liek uz augstas veiktspējas ultrasonikatoriem, kas piedāvā vismodernākās tehnoloģijas un lietotājdraudzīgumu. Protams, Hielscher ultrasonikatori atbilst CE prasībām un atbilst UL, CSA un RoHs prasībām.

Literatūra / Atsauces