Ультразвуковое выщелачивание драгоценных металлов

Мощный ультразвук является эффективным методом извлечения металлов, таких как драгоценные металлы и редкоземельные элементы. Этот процесс экстракции твердой и жидкой фаз с помощью ультразвука известен как соно-выщелачивание, ликсивиация или промывка. Надежные промышленные ультразвуковые аппараты могут быть легко установлены для выщелачивания редкоземельных элементов из руд, для обработки горных шламов для более полного извлечения или для отделения ценных металлов (например, Cu, Zn, Ni) от менее ценных металлов.

Ультразвуковое выщелачивание способствует реакции путем массопереноса и растворения, что позволяет получать более высокие выходы при более коротком времени экстракции.
Основными преимуществами ультразвукового выщелачивания являются:

• Более высокая урожайность
• более полное выщелачивание
• Снижение расхода реагентов
• более мягкие условия
• Простое технико-экономическое обоснование
• Линейное масштабирование вверх
• Простая установка полноценных коммерческих ультразвуковых систем
• Очень прочные ультразвуковые аппараты для больших объемов потоков

Ультразвуковое выщелачивание драгоценных металлов: Ускоренное извлечение благодаря кавитационной химии

Извлечение драгоценных металлов, таких как золото, серебро, платина, палладий и родий, является краеугольным камнем современной металлургии и рециклинга. – особенно при переработке руд, концентратов и вторичных ресурсов, таких как электронный лом и каталитические конвертеры. Хотя традиционное выщелачивание хорошо известно, оно часто ограничено медленным массопереносом, пассивацией поверхности, неполным высвобождением ценных фаз и высоким расходом реагентов.
Ультразвуковое выщелачивание решает многие из этих проблем за счет введения высокоинтенсивного ультразвука в суспензию выщелачивания, что значительно усиливает кинетику реакции благодаря явлению, известному как акустическая кавитация.

Основной механизм: Акустическая кавитация

При воздействии мощного ультразвука на жидкость образуются микроскопические кавитационные пузырьки, которые быстро формируются и схлопываются. Этот коллапс приводит к возникновению экстремальных локальных условий, включая:

• интенсивное микросмешивание и сдвиговые усилия
• Высокоскоростные микроструи, направленные на твердые поверхности
• локализованные горячие точки (очень высокие температуры и давление в течение микросекунд)

Хотя эти эффекты происходят в микроскопическом масштабе, они сильно влияют на макроскопический процесс выщелачивания, постоянно обновляя реакционную поверхность и ускоряя перенос реагентов к твердым частицам и от них.

Кислотное выщелачивание с усиленным ультразвуковым излучением происходит со скоростью в двенадцать раз быстрее, чем обычное кислотное выщелачивание, благодаря благотворному механическому действию кавитационных пузырьков, лопающихся у поверхности. Это явление улучшает смешивание кислотных растворов, тем самым улучшая транспортные свойства.
Изображение и исследование: © Canciani et al., 2024

Почему ультразвук улучшает выщелачивание драгоценных металлов

В большинстве систем выщелачивания лимитирующим этапом является не сама химическая реакция, а перенос реагентов через пограничные слои, поры или пассивирующие поверхностные пленки. Ультразвуковая кавитация повышает эффективность выщелачивания за счет нескольких синергетических эффектов:

1. Усиленный массоперенос
   Ультразвук уменьшает толщину застойного диффузионного слоя, окружающего твердые частицы. Это позволяет ликваторам (например, цианиду, тиосульфату, хлориду, йодиду, тиомочевине или кислотным системам) быстрее достигать металлоносной поверхности, а растворенные комплексы металлов удаляются более эффективно.
2. Активация поверхности частиц
   Кавитационные микроструи и ударные волны непрерывно разъедают, очищают и шероховатят поверхность частиц. Это обнажает свежие минеральные фазы и увеличивает эффективную реактивную площадь – Особенно это важно для тугоплавких руд или частиц с покрытием.
3. Нарушение пассивирующих слоев
   Многие минералы, содержащие драгоценные металлы, в процессе выщелачивания образуют поверхностные слои (например, оксиды, сульфаты, элементарную серу или пленки кремнезема). Ультразвук может физически разрушить эти барьеры, восстанавливая доступ выщелачивающего агента к нижележащей металлической фазе.
4. Улучшенное проникновение в пористые твердые тела
   При работе с концентратами, катализаторами и частицами электронных отходов ультразвук способствует проникновению жидкости в поры и микротрещины, улучшая доступ реагентов к вкраплениям драгоценных металлов.

Распределение частиц по размерам после ультразвукового и обычного выщелачивания
Изображение и исследование: © Canciani et al., 2024

Приложения: От руд до городской добычи

Ультразвуковое выщелачивание все чаще исследуется как в первичных, так и во вторичных ресурсах:

• Золото и серебро
  Было показано, что мощный ультразвук ускоряет выщелачивание золота в цианиде и альтернативных ликваторах за счет улучшения транспортировки и устранения эффекта пассивации. Это также актуально для извлечения серебра из руд и промышленных отходов.
• Металлы платиновой группы (МПГ)
  Восстановление платины, палладия и родия – особенно из отработанных каталитических нейтрализаторов – часто используют системы выщелачивания на основе хлоридов или кислот. Ультразвук улучшает кинетику растворения, усиливая поверхностные реакции и улучшая разрушение сложных керамических/металлических матриц.
• Электронный лом
  Печатные платы и электронные компоненты содержат ценные драгоценные металлы, но имеют сильные диффузионные барьеры из-за полимеров, оксидов и многоматериальных структур. Ультразвуковая обработка улучшает равномерность выщелачивания и позволяет сократить необходимое время выщелачивания.

Ключевые преимущества процесса

С точки зрения технологического процесса ультразвуковое выщелачивание дает несколько ощутимых преимуществ:

• сокращение времени выщелачивания за счет ускоренной кинетики
• более высокая производительность добычи благодаря улучшенному доступу к поверхности
• меньший расход реагентов во многих системах (требуется меньше избыточного ликсивианта)
• улучшенная воспроизводимость благодаря лучшей дисперсии и смешиванию
• потенциально более низкая рабочая температура, поскольку ультразвук компенсирует более медленную тепловую кинетику

Процессные соображения и масштабирование

Успешное ультразвуковое выщелачивание в значительной степени зависит от схемы процесса. Критические параметры включают:

• плотность и амплитуда мощности ультразвука
• концентрация суспензии и распределение частиц по размерам
• геометрия реактора и условия протекания
• Контроль температуры
• выбор химического состава выщелачивания (кислотный, щелочной, хлоридный и т.д.)

Важно отметить, что для реализации в промышленных масштабах требуются мощные ультразвуковые реакторы зондового типа, поскольку соникаторы для ванн обычно не обеспечивают достаточную энергию в плотных суспензиях выщелачивания. Встраиваемые ультразвуковые проточные камеры могут быть интегрированы в непрерывные схемы выщелачивания, что позволяет масштабировать процесс. Высокопроизводительные соникаторы Hielscher предназначены для обработки больших объемов в сложных условиях – повышение выхода выщелоченных металлов при одновременном сокращении времени обработки и воздействия на окружающую среду.

Проектирование, производство и консалтинг – Качество «Сделано в Германии»

Ультразвуковые аппараты Hielscher хорошо известны своими высочайшими стандартами качества и дизайна. Надежность и простота в эксплуатации позволяют без проблем интегрировать наши ультразвуковые аппараты в промышленные объекты. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и требовательными условиями окружающей среды.

Hielscher Ultrasonics является компанией, сертифицированной по стандарту ISO, и уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, отличающимся самыми современными технологиями и удобством в использовании. Конечно, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и соответствуют требованиям UL, CSA и RoHs.

Литература / Литература