Ultrasoon uitlogen van edelmetalen

Krachtig ultrageluid is een effectieve techniek om metalen zoals edelmetalen en zeldzame aardmetalen te extraheren. Dit proces van ultrasoon ondersteunde vaste-vloeistofextractie staat bekend als sono-logen, lixiveren of wassen. Robuuste industriële ultrasone apparaten kunnen eenvoudig worden geïnstalleerd om zeldzame aardmetalen uit te logen uit ertsen, om mijnbouwslurries te behandelen voor een vollediger terugwinning of om hoogwaardige metalen (bijv. Cu, Zn, Ni) te scheiden van minder waardevolle metalen.

Het ultrasone uitlogen bevordert de reactie door massaoverdracht en oplossen, zodat hogere opbrengsten worden verkregen in een kortere extractietijd.
De belangrijkste voordelen van ultrasoon logen zijn:

• Hogere opbrengst
• vollediger uitloging
• lager reagensverbruik
• mildere omstandigheden
• eenvoudige haalbaarheidstest
• Lineaire schaalvergroting
• eenvoudige installatie van full-commerciële ultrasone systemen
• zeer robuuste ultrasone apparaten voor grote volumestromen

Ultrasoon uitlogen van edelmetalen: Snellere extractie door cavitatiechemie

Het terugwinnen van edelmetalen zoals goud, zilver, platina, palladium en rhodium is een hoeksteen van de moderne metallurgie en recycling. – Vooral bij de verwerking van ertsen, concentraten en secundaire grondstoffen zoals elektronisch schroot en katalysatoren. Hoewel conventioneel logen goed is ingeburgerd, wordt het vaak beperkt door trage massaoverdracht, oppervlaktepassivering, onvolledige vrijmaking van waardevolle fasen en hoog reagensverbruik.
Ultrasoon uitlogen pakt veel van deze knelpunten aan door ultrageluid van hoge intensiteit in de uitlogingsslurry te introduceren, waardoor de reactiekinetiek drastisch wordt geïntensiveerd door een fenomeen dat akoestische cavitatie wordt genoemd.

Het kernmechanisme: Akoestische cavitatie

Wanneer ultrageluid met een hoog vermogen wordt gekoppeld aan een vloeistof, ontstaan microscopische cavitatiebelletjes die zich snel vormen en instorten. Dit ineenstorten genereert extreme lokale omstandigheden, waaronder:

• intense micromixing en schuifkrachten
• microjets met hoge snelheid gericht op vaste oppervlakken
• gelokaliseerde hete plekken (zeer hoge temperaturen en drukken gedurende microseconden)

Hoewel deze effecten op microscopische schaal optreden, beïnvloeden ze het macroscopische uitloogproces sterk door het reactieve oppervlak voortdurend te vernieuwen en het transport van reagentia van en naar de vaste deeltjes te versnellen.

Ultrasoon versterkt uitlogen met zuur werkt twaalf keer sneller dan conventioneel uitlogen met zuur, door de gunstige mechanische werking van cavitatiebelletjes die dicht bij het oppervlak barsten. Dit fenomeen verbetert het mengen van de zuuroplossing, waardoor de transporteigenschappen verbeteren.
Afbeelding en studie: © Canciani et al., 2024

Waarom ultrageluid het uitlogen van edelmetalen verbetert

In de meeste loogsystemen is de snelheidsbeperkende stap niet de chemische reactie zelf, maar eerder het transport van reactanten door grenslagen, poriën of passiverende oppervlaktelagen. Ultrasone cavitatie verbetert de efficiëntie van het uitlogen door verschillende synergetische effecten:

1. Verbeterde massaoverdracht
   Ultrasoon geluid vermindert de dikte van de stagnerende diffusielaag rond vaste deeltjes. Hierdoor kunnen lixivianten (bijv. cyanide, thiosulfaat, chloride, jodide, thioureum of zure systemen) het metaalhoudende oppervlak sneller bereiken, terwijl opgeloste metaalcomplexen efficiënter worden verwijderd.
2. Activering deeltjesoppervlak
   Cavitatie microjets en schokgolven eroderen, reinigen en ruwen continu de deeltjesoppervlakken. Hierdoor komen nieuwe minerale fasen bloot te liggen en wordt het effectieve reactieve oppervlak vergroot. – vooral belangrijk in vuurvaste ertsen of gecoate deeltjes.
3. Verstoring van passiveerlagen
   Veel edelmetaalhoudende mineralen vormen oppervlaktelagen tijdens het uitlogen (bijv. oxiden, sulfaten, elementaire zwavel of silicafilms). Ultrasoon geluid kan deze barrières fysiek verstoren, waardoor het uitloogmiddel weer toegang krijgt tot de onderliggende metaalfase.
4. Verbeterde penetratie in poreuze vaste stoffen
   Voor concentraten, katalysatoren en e-afvaldeeltjes helpt ultrageluid vloeistof in poriën en microscheurtjes te persen, waardoor reagentia beter toegang krijgen tot ingesloten edelmetalen.

Deeltjesgrootteverdelingen na ultrasoon en conventioneel uitlogen
Afbeelding en studie: © Canciani et al., 2024

Toepassingen: Van ertsen tot stedelijke mijnbouw

Ultrasoon logen wordt steeds vaker onderzocht in zowel primaire als secundaire bronnen:

• Goud en zilver
  Van power-ultrasound is aangetoond dat het de uitloging van goud in cyanide en alternatieve lixiviranten versnelt door het transport te verbeteren en passiveringseffecten te verwijderen. Het is ook relevant voor het terugwinnen van zilver uit ertsen en industriële residuen.
• Platinagroep-metalen (MPG's)
  Terugwinning van platina, palladium en rodium – vooral van gebruikte katalysatoren – is vaak afhankelijk van chloride-gebaseerde of zure loogsystemen. Ultrasoon geluid verbetert de oplossingskinetiek door oppervlaktereacties te intensiveren en de afbraak van complexe keramische/metalen matrices te verbeteren.
• Elektronisch schroot
  Gedrukte schakelingen en elektronische componenten bevatten waardevolle edele metalen, maar hebben sterke diffusiebarrières door polymeren, oxiden en multimateriaalstructuren. Ultrasone behandeling verbetert de uniformiteit van het uitlogen en kan de benodigde uitlogingstijd verkorten.

Belangrijkste procesvoordelen

Vanuit het oogpunt van procestechniek biedt ultrasoon logen verschillende meetbare voordelen:

• kortere uitlogingstijden door versnelde kinetiek
• hogere extractieopbrengsten dankzij betere toegang tot het oppervlak
• lager reagensverbruik in veel systemen (minder overtollig lixiviant nodig)
• verbeterde reproduceerbaarheid door betere dispersie en menging
• potentieel lagere bedrijfstemperatuur omdat ultrageluid langzamere thermische kinetiek compenseert

Procesoverwegingen en schaalvergroting

Succesvol ultrasoon uitlogen is sterk afhankelijk van het procesontwerp. Kritische parameters zijn onder andere:

• ultrageluid vermogensdichtheid en amplitude
• slurryconcentratie en deeltjesgrootteverdeling
• reactorgeometrie en stromingsomstandigheden
• temperatuurregeling
• keuze van uitloogchemie (zuur, alkalisch, chloride, enz.)

Belangrijk is dat voor toepassing op industriële schaal ultrasone reactoren met een hoog vermogen nodig zijn, aangezien ultrasone baden meestal niet voldoende energie leveren in dichte uitlogingsslurries. Inline ultrasone flowcellen kunnen worden geïntegreerd in continue uitlogingscircuits, waardoor schaalbaar gebruik mogelijk is. Hielscher high-performance sonicators zijn gebouwd voor het verwerken van grote volumes onder veeleisende omstandigheden – de opbrengst van uitgeloogde metalen te verhogen en tegelijkertijd de verwerkingstijd en de impact op het milieu te verminderen.

Ontwerp, productie en advies – Kwaliteit Made in Germany

Hielscher ultrasone machines staan bekend om hun hoge kwaliteit en ontwerpnormen. Robuustheid en eenvoudige bediening zorgen voor een soepele integratie van onze ultrasoonapparatuur in industriële faciliteiten. Ruwe omstandigheden en veeleisende omgevingen worden gemakkelijk door Hielscher ultrasoontoestellen aangepakt.

Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt speciale nadruk op hoogwaardige ultrasone apparaten met state-of-the-art technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard zijn de Hielscher ultrasoonapparaten CE-conform en voldoen ze aan de eisen van UL, CSA en RoHs.

Literatuur / Referenties