Ultrazvukové lúhovanie drahých kovov

Výkonový ultrazvuk je účinná technika na extrakciu kovov, ako sú drahé kovy a vzácne zeminy. Tento proces ultrazvukom asistovanej extrakcie pevnej látky a kvapaliny je známy ako sono-lúhovanie, lixivácia alebo umývanie. Robustné priemyselné ultrazvukové prístroje možno ľahko nainštalovať na vylúhovanie vzácnych zemín z rúd, na úpravu banských kalov pre úplnejšie zhodnotenie alebo na oddelenie vysokohodnotných kovov (napr. Cu, Zn, Ni) od menej hodnotných kovov.

Ultrazvukové lúhovanie podporuje reakciu prenosom hmoty a rozpúšťaním, takže sa dosahujú vyššie výťažky pri kratšom čase extrakcie.
Hlavné výhody ultrazvukového lúhovania sú:

• Vyšší výnos
• Úplnejšie lúhovanie
• znížená spotreba činidiel
• miernejšie podmienky
• jednoduché testovanie uskutočniteľnosti
• Lineárne škálovanie
• jednoduchá inštalácia plne komerčných ultrazvukových systémov
• veľmi robustné ultrazvukové prístroje pre veľké objemové streamy

Ultrazvukové lúhovanie drahých kovov: Rýchlejšia extrakcia prostredníctvom kavitačnej chémie

Zhodnocovanie drahých kovov, ako sú zlato, striebro, platina, paládium a ródium, je základom modernej metalurgie a recyklácie. – najmä pri spracovaní rúd, koncentrátov a sekundárnych zdrojov, ako je elektronický šrot a katalyzátory. Hoci je konvenčné lúhovanie dobre zavedené, často ho obmedzuje pomalý prenos hmoty, povrchová pasivácia, neúplné uvoľňovanie cenných fáz a vysoká spotreba činidla.
Ultrazvukové lúhovanie rieši mnohé z týchto prekážok zavedením vysokointenzívneho ultrazvuku do lúhovacej suspenzie, čím sa dramaticky zintenzívňuje reakčná kinetika prostredníctvom javu známeho ako akustická kavitácia.

Základný mechanizmus: Akustická kavitácia

Keď sa ultrazvuk s vysokým výkonom spojí s kvapalinou, vytvára mikroskopické kavitačné bubliny, ktoré sa rýchlo formujú a rozpadajú. Tento kolaps vytvára extrémne lokalizované podmienky vrátane:

• intenzívne mikromiešanie a strihové sily
• vysokorýchlostné mikrotrysky namierené na pevné povrchy
• lokalizované horúce miesta (veľmi vysoké teploty a tlaky počas mikrosekúnd)

Hoci sa tieto účinky vyskytujú v mikroskopickom meradle, výrazne ovplyvňujú makroskopický proces lúhovania tým, že neustále obnovujú reaktívny povrch a urýchľujú transport činidiel k pevným časticiam a z nich.

Ultrazvukom vylepšené lúhovanie kyselinou funguje dvanásťkrát rýchlejšie ako konvenčné lúhovanie kyselinou, a to vďaka priaznivému mechanickému pôsobeniu kavitačných bublín praskajúcich blízko povrchu. Tento jav zlepšuje miešanie kyslého roztoku, čím zvyšuje transportné vlastnosti.
Obrázok a štúdia: © Canciani et al., 2024

Prečo ultrazvuk zlepšuje lúhovanie drahých kovov

Vo väčšine systémov lúhovania nie je rýchlostne limitujúcim krokom samotná chemická reakcia, ale skôr transport reaktantov cez hraničné vrstvy, póry alebo pasivujúce povrchové vrstvy. Ultrazvuková kavitácia zvyšuje účinnosť lúhovania prostredníctvom niekoľkých synergických účinkov:

1. Zvýšený prenos hmoty
   Ultrazvuk znižuje hrúbku stagnujúcej difúznej vrstvy obklopujúcej pevné častice. To umožňuje, aby sa lixivátory (napr. kyanid, tiosíran, chlorid, jodid, tiomočovina alebo kyslé systémy) dostali rýchlejšie k povrchu nesúcemu kov, zatiaľ čo rozpustené komplexy kovov sa odstraňujú účinnejšie.
2. Aktivácia povrchu častíc
   Kavitačné mikrotrysky a rázové vlny nepretržite erodujú, čistia a zdrsňujú povrch častíc. Tým sa odhaľujú čerstvé minerálne fázy a zväčšuje sa efektívna reakčná plocha – obzvlášť dôležité v prípade žiaruvzdorných rúd alebo povlakovaných častíc.
3. Narušenie pasivačných vrstiev
   Mnohé minerály obsahujúce drahé kovy vytvárajú počas lúhovania povrchové vrstvy (napr. oxidy, sírany, elementárnu síru alebo vrstvy oxidu kremičitého). Ultrazvuk môže tieto bariéry fyzicky narušiť, čím sa obnoví prístup lúhovacieho činidla k základnej fáze kovu.
4. Zlepšená penetrácia do poréznych pevných látok
   V prípade koncentrátov, katalyzátorov a častíc elektronického odpadu pomáha ultrazvuk vtláčať kvapalinu do pórov a mikrotrhlín, čím zlepšuje prístup činidla k vloženým vzácnym kovom.

Distribúcia veľkosti častíc po ultrazvukovom a konvenčnom lúhovaní
Obrázok a štúdia: © Canciani et al., 2024

Aplikácie: Od rúd po mestskú ťažbu

Ultrazvukové lúhovanie sa čoraz viac skúma v primárnych aj sekundárnych zdrojoch:

• Zlato a striebro
  Ukázalo sa, že silový ultrazvuk urýchľuje lúhovanie zlata v kyanidových a alternatívnych lúhovadlách tým, že zlepšuje transport a odstraňuje pasivačné účinky. Má význam aj pri získavaní striebra z rúd a priemyselných zvyškov.
• Kovy platinovej skupiny (PGM)
  Získavanie platiny, paládia a ródia – najmä z použitých katalyzátorov – sa často spolieha na chloridové alebo kyslé lúhovacie systémy. Ultrazvuk zvyšuje kinetiku rozpúšťania zintenzívnením povrchových reakcií a zlepšením rozkladu zložitých keramických/kovových matríc.
• Elektronický šrot
  Dosky s plošnými spojmi a elektronické komponenty obsahujú cenné vzácne kovy, ale predstavujú silné difúzne bariéry kvôli polymérom, oxidom a štruktúram z viacerých materiálov. Ultrazvuková úprava zlepšuje rovnomernosť lúhovania a môže skrátiť potrebný čas lúhovania.

Kľúčové výhody procesu

Z hľadiska procesného inžinierstva ponúka ultrazvukové lúhovanie niekoľko merateľných výhod:

• kratší čas lúhovania vďaka zrýchlenej kinetike
• vyššie výnosy ťažby vďaka lepšiemu prístupu na povrch
• nižšia spotreba činidla v mnohých systémoch (menej potrebných nadbytočných lixivantov)
• lepšia reprodukovateľnosť vďaka lepšej disperzii a miešaniu
• potenciálne nižšia prevádzková teplota, pretože ultrazvuk kompenzuje pomalšiu tepelnú kinetiku

Úvahy o procese a zväčšovaní

Úspešné lúhovanie ultrazvukom výrazne závisí od návrhu procesu. Medzi kritické parametre patria:

• hustota a amplitúda ultrazvukového výkonu
• koncentrácia suspenzie a distribúcia veľkosti častíc
• geometria reaktora a podmienky prúdenia
• regulácia teploty
• výber chemického lúhovania (kyslé, alkalické, chloridové atď.)

Dôležité je, že priemyselná implementácia si vyžaduje vysoko výkonné ultrazvukové reaktory typu sondy, pretože sonikátory do kúpeľa zvyčajne nedodávajú dostatočnú energiu do hustých lúhovacích kalov. Inline ultrazvukové prietokové cely možno integrovať do kontinuálnych lúhovacích okruhov, čo umožňuje škálovateľnú prevádzku. Vysoko výkonné sonikátory Hielscher sú určené na spracovanie veľkých objemov v náročných podmienkach – zvýšenie výťažkov vylúhovaných kovov pri súčasnom skrátení času spracovania a znížení vplyvu na životné prostredie.

Dizajn, výroba a poradenstvo – Kvalita vyrobená v Nemecku

Ultrazvukové prístroje Hielscher sú známe svojou najvyššou kvalitou a dizajnovými štandardmi. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú bezproblémovú integráciu našich ultrazvukových prístrojov do priemyselných zariadení. Drsné podmienky a náročné prostredie ľahko zvládnu ultrazvukové prístroje Hielscher.

Hielscher Ultrasonics je spoločnosť s certifikáciou ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové prístroje s najmodernejšou technológiou a užívateľskou prívetivosťou. Ultrazvukové prístroje Hielscher sú samozrejme v súlade s CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.

Literatúra / Referencie