Lixiviação Ultra-sônica de Metais Preciosos

Ultrassom de poder é uma técnica eficiente para extrair metais como metais preciosos e terras raras. Este processo de extração sólido-líquido assistida por ultra-sons é conhecido como sono-lixiviação, lixiviação ou lavagem. Ultrasonicadores industriais robustos podem ser facilmente instalados para lixiviar terras raras dos minérios, para tratar de lamas de mineração para uma recuperação mais completa ou para separar metais menos valiosos metais de alto valor (por ex. Cu, Zn, Ni).

A lixiviação ultra-sônica promove a reação de transferência de massa e dissolução para que os rendimentos mais elevados são obtidos em menor tempo de extração.
Os principais benefícios da lixiviação ultra-sônica são:

• maior rendimento
• lixiviação mais completa
• consumo de reagente reduzido
• condições mais suaves
• estudos de viabilidade simples
• expansão linear a escala larga
• fácil instalação de sistemas de ultra-som completo-comerciales
• ultrasonicadores muito robustos para fluxos de grande volume

Lixiviação ultra-sônica de metais preciosos: Extração mais rápida através da química da cavitação

A recuperação de metais preciosos como o ouro, a prata, a platina, o paládio e o ródio é uma pedra angular da metalurgia e da reciclagem modernas – especialmente no processamento de minérios, concentrados e recursos secundários, como sucata eletrónica e conversores catalíticos. Embora a lixiviação convencional esteja bem estabelecida, é frequentemente limitada pela lenta transferência de massa, passivação da superfície, libertação incompleta de fases valiosas e elevado consumo de reagentes.
A lixiviação ultra-sónica resolve muitos destes estrangulamentos através da introdução de ultra-sons de alta intensidade na pasta de lixiviação, intensificando drasticamente a cinética da reação através de um fenómeno conhecido como cavitação acústica.

O mecanismo principal: Cavitação acústica

Quando o ultrassom de alta potência é acoplado a um líquido, ele cria bolhas de cavitação microscópicas que se formam e colapsam rapidamente. Este colapso gera condições localizadas extremas, incluindo:

• intensa micro-mistura e forças de cisalhamento
• microjactos de alta velocidade dirigidos a superfícies sólidas
• pontos quentes localizados (temperaturas e pressões muito elevadas durante microssegundos)

Embora estes efeitos ocorram a uma escala microscópica, influenciam fortemente o processo macroscópico de lixiviação, renovando continuamente a superfície reactiva e acelerando o transporte de reagentes de e para as partículas sólidas.

A lixiviação ácida por ultra-sons funciona a um ritmo doze vezes mais rápido do que a lixiviação ácida convencional, devido à ação mecânica benéfica das bolhas de cavitação que rebentam perto da superfície. Este fenómeno melhora a mistura da solução ácida, melhorando assim as propriedades de transporte.
Imagem e estudo: © Canciani et al., 2024

Por que o ultrassom melhora a lixiviação de metais preciosos

Na maioria dos sistemas de lixiviação, o passo limitador da taxa não é a própria reação química, mas sim o transporte de reagentes através de camadas limite, poros ou filmes de superfície passivante. A cavitação ultra-sónica melhora a eficiência da lixiviação através de vários efeitos sinérgicos:

1. Transferência de massa melhorada
   Os ultra-sons reduzem a espessura da camada de difusão estagnada que envolve as partículas sólidas. Isto permite que os lixiviantes (por exemplo, cianeto, tiossulfato, cloreto, iodeto, tioureia ou sistemas ácidos) atinjam mais rapidamente a superfície que contém o metal, enquanto os complexos metálicos dissolvidos são removidos de forma mais eficiente.
2. Ativação da superfície das partículas
   Os microjactos de cavitação e as ondas de choque corroem, limpam e tornam ásperas as superfícies das partículas de forma contínua. Isto expõe novas fases minerais e aumenta a área reactiva efectiva – especialmente importante em minérios refractários ou partículas revestidas.
3. Perturbação das camadas de passivação
   Muitos minerais que contêm metais preciosos formam camadas superficiais durante a lixiviação (por exemplo, óxidos, sulfatos, enxofre elementar ou películas de sílica). Os ultra-sons podem romper fisicamente estas barreiras, restaurando o acesso do agente lixiviante à fase metálica subjacente.
4. Penetração melhorada em sólidos porosos
   Para concentrados, catalisadores e partículas de resíduos electrónicos, os ultra-sons ajudam a forçar a entrada de líquido nos poros e microfissuras, melhorando o acesso dos reagentes aos metais preciosos incorporados.

Distribuições granulométricas após lixiviação ultra-sónica e convencional
Imagem e estudo: © Canciani et al., 2024

Aplicações: Dos minérios à mineração urbana

A lixiviação por ultra-sons é cada vez mais investigada em recursos primários e secundários:

• Ouro e prata
  Foi demonstrado que os ultra-sons de potência aceleram a lixiviação do ouro em cianeto e lixiviantes alternativos, melhorando o transporte e removendo os efeitos de passivação. Também é relevante para a recuperação de prata de minérios e resíduos industriais.
• Metais do grupo da platina (PGMs)
  Recuperação de platina, paládio e ródio – especialmente de catalisadores usados – depende frequentemente de sistemas de lixiviação à base de cloreto ou ácidos. Os ultra-sons melhoram a cinética de dissolução, intensificando as reacções de superfície e melhorando a decomposição de matrizes complexas de cerâmica/metal.
• Sucata eletrónica
  As placas de circuitos impressos e os componentes electrónicos contêm metais preciosos valiosos, mas apresentam fortes barreiras à difusão devido a polímeros, óxidos e estruturas multi-materiais. O tratamento por ultra-sons melhora a uniformidade da lixiviação e pode reduzir o tempo de lixiviação necessário.

Principais vantagens do processo

Do ponto de vista da engenharia de processos, a lixiviação por ultra-sons oferece vários benefícios mensuráveis:

• tempos de lixiviação mais curtos através de uma cinética acelerada
• rendimentos de extração mais elevados devido a um melhor acesso à superfície
• menor consumo de reagente em muitos sistemas (menos excesso de lixiviante necessário)
• reprodutibilidade melhorada através de uma melhor dispersão e mistura
• temperatura de funcionamento potencialmente mais baixa porque os ultra-sons compensam a cinética térmica mais lenta

Considerações sobre o processo e aumento de escala

O sucesso da lixiviação por ultra-sons depende fortemente da conceção do processo. Os parâmetros críticos incluem:

• densidade e amplitude da potência dos ultra-sons
• concentração da lama e distribuição do tamanho das partículas
• geometria do reator e condições de fluxo
• controlo da temperatura
• escolha da química de lixiviação (ácida, alcalina, cloreto, etc.)

É importante salientar que a implementação à escala industrial requer reactores ultra-sónicos de alta potência do tipo sonda, uma vez que os sonicadores de banho normalmente não fornecem energia suficiente para lamas de lixiviação densas. As células de fluxo ultrassónico em linha podem ser integradas em circuitos de lixiviação contínua, permitindo uma operação escalável. Os sonicadores de alto desempenho da Hielscher são construídos para processar grandes volumes em condições exigentes – aumentar os rendimentos dos metais lixiviados, reduzindo simultaneamente o tempo de processamento e o impacto ambiental.

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os ultrassons Hielscher são conhecidos pelos seus elevados padrões de qualidade e design. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos ultrassons nas instalações industriais. As condições difíceis e os ambientes exigentes são facilmente controlados pelos ultrassons Hielscher.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá especial ênfase aos ultrassons de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassons da Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos da UL, CSA e RoHs.

Literatura / Referências