Leșierea cu ultrasunete a metalelor prețioase

Puterea ultrasunetelor este o tehnică eficientă pentru extragerea metalelor, cum ar fi metalele prețioase și pământurile rare. Acest proces de extracție solid-lichid asistat ultrasonically este cunoscut sub numele de sono-leaching, lixiviation sau spălare. Ultrasonicators industriale robuste pot fi ușor instalate pentru a scurge pământuri rare din minereuri, pentru a trata șlamuri miniere pentru o recuperare mai completă sau pentru a separa metale de mare valoare (de exemplu, Cu, Zn, Ni) de metale mai puțin valoroase.

Leșierea cu ultrasunete promovează reacția prin transfer de masă și dizolvare, astfel încât randamentele mai mari sunt obținute într-un timp de extracție mai scurt.
Principalele beneficii ale leșierii cu ultrasunete sunt:

• Randament mai mare
• leșiere mai completă
• consum redus de reactiv
• condiții mai blânde
• Testare simplă de fezabilitate
• Scalare liniară
• instalarea ușoară a sistemelor cu ultrasunete complet comerciale
• ultrasonicators foarte robuste pentru fluxuri de volum mare

Lixivarea cu ultrasunete a metalelor prețioase: Extracție mai rapidă prin chimia de cavitație

Recuperarea metalelor prețioase precum aurul, argintul, platina, paladiul și rodiul este o piatră de temelie a metalurgiei moderne și a reciclării – în special în prelucrarea minereurilor, a concentratelor și a resurselor secundare, cum ar fi deșeurile electronice și convertoarele catalitice. Deși levigatul convențional este bine stabilit, acesta este adesea limitat de transferul lent de masă, pasivarea suprafețelor, eliberarea incompletă a fazelor valoroase și consumul ridicat de reactivi.
Levigarea cu ultrasunete abordează multe dintre aceste blocaje prin introducerea ultrasunetelor de înaltă intensitate în suspensia de levigare, intensificând dramatic cinetica de reacție printr-un fenomen cunoscut sub numele de cavitare acustică.

Mecanismul principal: Cavitația acustică

Atunci când ultrasunetele de mare putere sunt cuplate într-un lichid, acestea creează bule de cavitare microscopice care se formează și se prăbușesc rapid. Acest colaps generează condiții extreme localizate, inclusiv:

• microamestec intens și forțe de forfecare
• microjeturi de mare viteză direcționate către suprafețe solide
• puncte fierbinți localizate (temperaturi și presiuni foarte ridicate timp de microsecunde)

Deși aceste efecte apar la scară microscopică, ele influențează puternic procesul macroscopic de levigare prin reînnoirea continuă a suprafeței reactive și accelerarea transportului reactivilor către și dinspre particulele solide.

Levigarea acidă îmbunătățită cu ultrasunete funcționează la o rată de douăsprezece ori mai rapidă decât levigarea acidă convențională, datorită acțiunii mecanice benefice a bulelor de cavitație care izbucnesc aproape de suprafață. Acest fenomen îmbunătățește amestecarea soluției acide, îmbunătățind astfel proprietățile de transport.
Imagine și studiu: © Canciani et al., 2024

De ce ultrasunetele îmbunătățesc levigarea metalelor prețioase

În majoritatea sistemelor de levigare, etapa de limitare a vitezei nu este reacția chimică în sine, ci mai degrabă transportul reactanților prin straturi limită, pori sau filme de suprafață pasivante. Cavitația ultrasonică îmbunătățește eficiența levigării prin mai multe efecte sinergice:

1. Transfer de masă îmbunătățit
   Ultrasunetele reduc grosimea stratului de difuzie stagnant din jurul particulelor solide. Acest lucru permite lixivianților (de exemplu, cianură, tiosulfat, clorură, iodură, tiouree sau sisteme acide) să ajungă mai repede la suprafața metalică, în timp ce complexele metalice dizolvate sunt îndepărtate mai eficient.
2. Activarea suprafeței particulelor
   Microjeturile de cavitație și undele de șoc erodează, curăță și asperizează continuu suprafețele particulelor. Acest lucru expune noi faze minerale și crește suprafața reactivă efectivă – deosebit de important în cazul minereurilor refractare sau al particulelor acoperite.
3. Perturbarea straturilor de pasivare
   Multe minerale purtătoare de metale prețioase formează straturi de suprafață în timpul levigării (de exemplu, oxizi, sulfați, sulf elementar sau pelicule de silice). Ultrasunetele pot întrerupe fizic aceste bariere, restabilind accesul agentului de levigare la faza metalică de bază.
4. Penetrarea îmbunătățită în solidele poroase
   Pentru concentrate, catalizatori și particule de deșeuri electronice, ultrasunetele ajută la forțarea lichidului în pori și microfisuri, îmbunătățind accesul reactivilor la metalele prețioase încorporate.

Distribuția granulometrică a particulelor după levigarea cu ultrasunete și convențională
Imagine și studiu: © Canciani et al., 2024

Aplicații: De la minereuri la mineritul urban

Lixivarea cu ultrasunete este din ce în ce mai investigată atât în resursele primare, cât și în cele secundare:

• Aur și argint
  S-a demonstrat că ultrasunetele de putere accelerează levigarea aurului în cianură și lixivianți alternativi prin îmbunătățirea transportului și eliminarea efectelor de pasivare. Aceasta este, de asemenea, relevantă pentru recuperarea argintului din minereuri și reziduuri industriale.
• Metale din grupul platinei (PGM)
  Recuperarea platinei, paladiului și rodiului – în special din convertoarele catalitice uzate – se bazează adesea pe sisteme de levigare pe bază de cloruri sau acide. Ultrasunetele îmbunătățesc cinetica de dizolvare prin intensificarea reacțiilor de suprafață și îmbunătățirea descompunerii matricilor ceramice/metalice complexe.
• Resturi electronice
  Plăcile cu circuite imprimate și componentele electronice conțin metale prețioase valoroase, dar prezintă bariere puternice de difuzie datorită polimerilor, oxizilor și structurilor multi-materiale. Tratamentul cu ultrasunete îmbunătățește uniformitatea de levigare și poate reduce timpul de levigare necesar.

Principalele avantaje ale procesului

Din perspectiva ingineriei proceselor, levigarea cu ultrasunete oferă mai multe beneficii măsurabile:

• timpi de levigare mai scurți prin cinetică accelerată
• randamente de extracție mai ridicate datorită accesului îmbunătățit la suprafață
• consum mai mic de reactivi în multe sisteme (mai puțin exces de lixiviant necesar)
• reproductibilitate îmbunătățită prin dispersie și amestecare mai bune
• temperatură de funcționare potențial mai scăzută deoarece ultrasunetele compensează cinetica termică mai lentă

Considerații privind procesul și extinderea

Succesul levigării cu ultrasunete depinde în mare măsură de proiectarea procesului. Parametrii critici includ:

• densitatea și amplitudinea puterii ultrasunetelor
• concentrația suspensiei și distribuția dimensiunii particulelor
• geometria reactorului și condițiile de curgere
• controlul temperaturii
• alegerea chimiei de levigare (acidă, alcalină, clorură etc.)

În mod important, implementarea la scară industrială necesită reactoare cu ultrasunete de mare putere de tip sondă, deoarece sonicatoarele de baie nu furnizează de obicei suficientă energie în suspensiile dense de levigat. Celulele de curgere cu ultrasunete în linie pot fi integrate în circuite de levigare continue, permițând funcționarea scalabilă. Sonicatoarele Hielscher de înaltă performanță sunt construite pentru prelucrarea volumelor mari în condiții exigente – creșterea randamentelor de metale levigate, reducând în același timp timpul de procesare și impactul asupra mediului.

Proiectare, fabricație și consultanță – Calitate Made in Germany

Hielscher ultrasonicators sunt bine-cunoscute pentru cele mai înalte standarde de calitate și design. Robustețea și funcționarea ușoară permit integrarea fără probleme a ultrasonicators noastre în instalații industriale. Condiții dure și medii solicitante sunt ușor de manipulat de ultrasonicators Hielscher.

Hielscher Ultrasonics este o companie certificată ISO și pune un accent deosebit pe ultrasonicators de înaltă performanță cu tehnologie de ultimă oră și ușurință în utilizare. Desigur, ultrasonicators Hielscher sunt conforme CE și îndeplinesc cerințele UL, CSA și RoHs.

Literatură / Referințe